负载型金属CO氧化催化体系的研究进展

本文结合近年来我们的研究工作以及国内外相关研究,概述了负载型金属CO氧化催化体系的研究进展,并进一步展望了今后的研究、发展方向以及应用前景。

活性碳负载纳米金属氧化物对AP热分解的催化性能

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)颗粒),将纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe_(2)O_(3)@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe_(2)O_(3)、AP/Fe_(2)O_(3)@C;通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5 K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃;AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO_(2)、N_(2)O、HNO_(3)和NO_(2),其中NO_(2)含量最高;AP/Fe_(2)O_(3)@C分解主要气相产物中CO_(2)含量显著提升,NO_(2)含量稍有降低。

层状锌铝双金属氧化物的制备及其吸附-光催化性能

采用前驱体煅烧法制备具有吸附-光催化双功能的层状锌铝双金属氧化物(LDOs)。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV⁃Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征探究了双金属比例、煅烧温度对其吸附-光催化降解四环素(TC)性能的影响。结果表明,当Zn、Al物质的量之比为2∶1,煅烧温度为400℃时,可形成具有优异吸附-光催化活性的Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)。吸附实验表明,Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)对TC是化学吸附限制的非均相单分子层吸附,且高温利于吸附。利用自由基猝灭实验结合电子顺磁共振(EPR)测试证实光生空穴(h^(+))、羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O_(2)^(-))作为活性物种参与TC的协同降解。

负载铁系金属氧化物催化次氯酸钠降解酸性大红的实验研究

酸性大红是一种性能良好的染料,也是一种难以治理的工业废水,但由于它在水中溶解度较高,通常难以通过简单方法直接进行处理。次氯酸钠为多功能强氧化剂,安全无毒,但稳定性不高,对氧化活性的利用不够,对酸性大红染料的去除能力有限。通过负载铁系金属氧化物来催化次氯酸钠对酸性大红染料进行降解,从而高效率提供分子反应动能,提高其氧化性;考察pH值、催化剂投入量、反应时间、次氯酸钠用量、负载催化剂量等对酸性大红的降解作用,得出最佳处理条件。结果显示:①采用沉淀—负载法,随着负载量增加,硅藻土图谱上的CoFe_(2)O_(4)峰越来越明显,完成了有效负载;②在pH值为4、反应时间为25 min、催化剂投加量为0.7 g、负载催化剂量达到30%、次氯酸钠溶液为5 mL时,降解酸性大红效果最显著;③对比次氯酸钠和芬顿试剂氧化降解酸性大红发现,次氯酸钠对酸性大红的去除率比芬顿试剂高;④在实际生产废水降解实验中,使用负载铁系金属氧化物催化次氯酸钠降解酸性大红和COD的效果十分显著,用此方法对废水中的酸性大红和COD的去除率分别为90%和83%。

金属卟啉及复合催化体系催化氧气氧化对硝基乙苯制备对硝基苯乙酮

在常压、无溶剂条件下,以氧气为氧化剂,研究了金属卟啉及金属卟啉-过渡金属盐复合催化体系对氧化对硝基乙苯制备对硝基苯乙酮的催化作用.发现所有金属卟啉及金属卟啉-过渡金属盐复合催化剂对上述反应均具有催化活性,且催化效果有明显的差别.金属卟啉与过渡金属盐的复合催化体系比单独的金属卟啉催化体系具有更好的效果,且具有明显的协同作用.其中氯化四-(对-甲氧基苯基)锰卟啉-硬脂酸钴复合催化剂的效果最好,可使反应的引发温度从无催化剂(空白)的190℃降低到155℃,对硝基乙苯的转化率从11.3%提高到61.5%,对硝基苯乙酮的选择性从52.5%提高到88.9%,相应的收率也从5.9%提高到54.7%.

NO-CO-CO_2-N_2体系中若干金属氧化物对NO去除反应的催化作用

采用固定床流动反应装置，考察Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｎｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５等金属氧化物对ＮＯＣＯＣＯ２Ｎ２体系中ＮＯ去除反应的催化作用，同时，分析了ＮＯＣＯＣＯ２Ｎ２体系中金属氧化物对ＮＯ去除的作用。研究结果表明，各金属氧化物对ＮＯ去除反应均有不同程度的催化活性，其中Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ２Ｏ３、ＣｕＯ等对ＮＯ的去除显示出较强的催化作用。金属氧化物存在条件下ＮＯＣＯＣＯ２Ｎ２体系中，ＮＯ去除反应较为复杂，ＮＯ／ＣＯ气相直接反应、低价氧化物对ＮＯ的还原作用、金属氧化物对ＮＯ分解反应的催化作用及金属氧化物对ＮＯ／ＣＯ反应的催化作用等都可能存在。大部分金属氧化物以对ＮＯ／ＣＯ反应的催化作用为主，而Ｎｉ２Ｏ３的预还原试样对ＮＯ的直接分解反应表现了极强的催化活性。

负载型金属氧化物在聚丙烯(PP)/氢氧化铝(ATH)阻燃体系中的协效催化阻燃作用

为解决氢氧化铝(ATH)阻燃聚丙烯(PP)存在高添加量低阻燃效率问题,文中采取了在PP/ATH体系中引入硼酸锌(ZnB)/负载型金属氧化物(WMS)复合协效剂的方法。研究结果表明,ZnB的引入解决了PP/ATH阻燃材料的阴燃问题,WMS的引入显著提高了PP/ATH体系的残炭率,降低了材料的热释放速率、总热释放量和质量损失速率,因而降低了材料的火灾危险性。而ZnB与WMS的协同使用则显著改善了材料的阻燃性能。WMS对PP/ATH阻燃体系的协效催化阻燃作用归因于其具有促进基体树脂PP大分子链自身参与凝聚相成炭的作用。

双金属催化剂体系催化过氧化氢分解反应

研究了双金属催化剂体系催化过氧化氢分解反应,测量了不同催化剂体系的活化能.结果表明,双金属催化剂对过氧化氢分解反应具有良好的催化性能,且双金属催化剂存在协同催化作用;而酸性环境对过氧化氢催化分解有明显的抑制作用.

富氧条件下烃类选择性催化还原NO_x研究进展——金属氧化物催化剂体系及NO还原反应机理

综述了负载或非负载的金属氧化物催化剂体系上,富氧条件下NO的非选择性催化还原反应性能及反应机理 着重讨论了还原剂种类、催化剂结构与化学性质对催化反应的影响及催化剂的耐水性和耐SO2性能

贵金属催化剂低温催化氧化一氧化碳研究进展

随着“双碳”政策的不断推行以及人们环保意识的不断提高,一氧化碳(CO)作为典型的大气污染物,已成为工业废气和汽车尾气排放的主要控制对象。贵金属型CO氧化催化剂具有优异的低温活性、抗中毒抗性能,是CO催化氧化处理的最为有效的手段之一。基于贵金属型CO氧化催化剂的研究现状,重点围绕Pt、Pd、Au、Ag、Rh贵金属催化剂的贵金属调控技术和载体可控技术进行综述,总结了贵金属型CO氧化催化剂的性能优化策略和发展方向,为开发高性能的CO氧化催化剂提供指导。

金属有机框架衍生镍纳米颗粒在宽电位窗口内高效电催化二氧化碳还原

电催化二氧化碳(CO_(2))还原被认为是将CO_(2)转化为可再生能源产品的一种有前途的方法。开发性能优异的电催化剂高效完成这一重要反应是关键。镍基催化剂广泛应用于电催化CO_(2)还原研究,但是,镍纳米颗粒经常表现较差的催化性能。在本文中,通过在氮气气氛中高温热解镍基金属有机骨架(MOF)、尿素和炭黑混合物,获得了镍纳米颗粒负载于多孔碳氮中的催化材料(NiNPs-NC)。有趣的是,NiNPs-NC在H型和流动相电池中都表现出优异的CO_(2)电还原性能。在H型电解池和-0.67–-1.07 V vs.RHE(可逆氢电极)电位窗口内,NiNPs-NC催化CO_(2)还原为CO的法拉第效率大于90%,其中,在-0.87 V vs.RHE时,CO的法拉第效率约为100%。在流动相电解池和-0.50–-0.70 V vs.RHE电位窗口内,NiNPs-NC催化CO_(2)还原为CO的选择性大于95%。电化学阻抗谱图和塔菲尔斜率表征显示,NiNPs-NC的高催化活性归因于其在催化过程中的快速电荷转移。本文提供了一种制备高效CO_(2)电还原催化剂的方法。

四聚型季铵类多金属氧酸盐相转移催化甲苯氧化合成苯甲醛

甲苯氧化制备苯甲醛在工业应用中通常涉及有毒试剂或产生多种难以分离的副产物.本文采用乙二胺、环氧氯丙烷和N,N-二甲基丁基叔胺等作为初始原料,合成了四聚型季铵盐氯化物,然后与Keggin型钨钒磷杂多酸发生阴离子交换反应,制备了一系列四聚型季胺类多金属氧酸盐;并通过在乙腈中使用H_(2)O_(2)(质量分数30%)将甲苯氧化为苯甲醛作为模型反应,评价了这些新型的多金属氧酸盐的催化性能.四核阳离子的引入不仅可以调节杂多阴离子的氧化还原性质,还可以使催化剂具有密集的协同催化活性位点.另外,优选出的催化剂具有良好的两亲性相转移催化能力,不仅显著提高了反应速率,而且实现了催化剂的简便回收和重复使用.在经过7次重复使用后,催化剂的性能几乎没有下降,并且实现了可接受的甲苯转化率(40%)和苯甲醛选择性(75%).本研究开发了一条与工业相关的碳氢化合物催化氧化的环境友好型工艺,为实际工业应用奠定了一定的理论基础.

复合金属氧化物制备及催化氧化CVOCs性能研究

本研究旨在解决传统Ce-Ti体系在处理含氯挥发性有机废气(CVOCs)时易受氯中毒和深度催化氧化能力不足的问题,通过引入过渡金属元素并调控其微观结构,制备了针对CVOCs催化氧化的四元金属催化剂Cu_(a)ZrCeTiO_(x),并以二氯甲烷(DCM)为测试底物对催化活性及产物选择性进行了初步评价。利用多种表征技术分析其对DCM的催化氧化性能差异,结果显示Cu和Zr的共掺杂显著提高了催化剂的性能。特别是Cu_(0.001)ZrCeTiO_(x)催化剂,在360℃反应温度下,DCM的转化率高达98.13%,CO 2的选择性达到61.53%,经20 h的测试周期后,DCM的转化率依旧保持在80%以上,表现出高催化活性、产物选择性和稳定性。揭示了过渡金属掺杂在提升催化系统性能方面的重要作用。

过渡金属多相催化分子氧选择性氧化邻二醇的研究进展

邻二醇选择性氧化断键生成醛、酮和羧酸是重要和基本的有机反应,氧化剂通常采用化学计量的高碘酸盐或四乙酸铅,无论从经济还是环保的角度考虑,这些传统方法都有违绿色化工的发展理念。理论上以分子氧为氧化剂选择性氧化邻二醇断键的副产物只有水,而且分子氧廉价易得,因而具有环境友好和经济可行的双重优势。经过多年探索,人们已开发了多个基于不同过渡金属为活性组分的多相催化剂或催化体系用于分子氧选择性氧化邻二醇断键反应,为未来广泛应用奠定了基础。该文按贵金属和非贵金属分类综述此类催化剂及相关反应工艺的研究进展,并指出该领域的发展方向。

非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚中的研究进展

环氧化物与环状酸酐的开环共聚是一种新型的脂肪族聚酯合成技术,其技术核心之一是催化剂的选择与应用。与金属催化剂相比,非金属催化剂在简易性、低毒性、单体适应性、经济性等方面表现出潜在优势,得到迅速发展。针对非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚领域的研究进展进行了综述,总结并评述了近年来有机碱、Lewis酸碱对以及其他非金属催化剂在开环共聚反应中的工作机制认识和催化实施效果,对其发展方向和工业化应用潜力进行了展望。

金属氧化物负载钌催化木质素衍生酚类化合物制备环己醇的研究

本研究采用初湿浸渍法,制备得到一系列钌负载于金属氧化物载体的催化剂(Ru/CeO_(2)、Ru/Nb_(2)O_(5)、Ru/ZrO_(2)、Ru/Al_(2)O_(3)和Ru/CeOx),用于木质素衍生酚类化合物苯酚提质加氢转化为环己醇的研究。通过采用X射线晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对所制备催化剂进行结构和物化特征的表征,发现Ru/CeOx中含有的氧空位可以很好地吸附带有含氧基团的原料,从而有利于苯酚的高效加氢;同时XPS表明,Ru/CeOx中的有效活性中心RuO_(2)和Ru0是催化加氢的活性位点,因此,氧空位和金属活性位点的共同作用使得催化剂有较好的加氢活性。探究了反应温度、压力、时间对加氢效果的影响,发现催化剂能够在140℃下使苯酚完全转化,得到目标产物环己醇得率为90.2%,并对催化剂的循环特性进行考察,发现循环使用四次后催化剂仍表现出优异的加氢活性。同时采用GC-MS检测加氢过程的中间产物,进而推断出苯酚加氢过程的反应路径。

过渡金属水氧化催化剂及光阳极研究进展

光电化学(PEC)分解水为太阳能转换为氢能提供了一种极具潜力的绿色、可持续发展策略。复杂缓慢的水氧化反应限制了水分解的速率,因此高效光阳极的设计和制备被广泛关注和深入研究。总结了过渡金属水氧化催化剂,包括多相和均相非贵金属水氧化催化剂以及贵金属水氧化催化剂的研究进展。同时,介绍了过渡金属基光阳极的构筑及其性能,包括无机半导体光阳极TiO_(2)、Fe_(2)O_(3)、BiVO_(4)以及染料敏化光阳极。最后,提出构建高效稳定的水分解光阳极的策略及发展方向,为其将来在工业规模上实现高效和经济的太阳能—氢能转换提供参考。

石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺研究进展

光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。

碱性氢氧化反应中非Pt贵金属电催化剂的研究进展

氢氧根交换膜燃料电池(HEMFCs)技术快速发展,碱性介质中用于催化阴极氧还原反应(ORR)的非贵金属电催化剂已有广泛研究。但HEMFCs存在的一个巨大挑战是阳极氢氧化反应(HOR)相对缓慢的动力学,因此需要较高负载量的Pt基阳极电催化剂才能实现较高的性能,这制约了HEMFCs的发展。由于Pt价格昂贵、地球储量有限,开发非Pt阳极HOR电催化剂被认为是减少Pt用量和降低燃料电池生产成本的可行途径。这里从电催化剂的异质结构、支撑效应、金属合金等方面,总结了近3年来非Pt贵金属(Ru、Rh、Pd、Ir)基HOR电催化剂的最新研究进展,归纳了相应的电催化性能,并阐明了其HOR机理。最新报道的非Pt HOR电催化剂可以降低阳极电催化剂的成本,并具有与商业Pt/C媲美的活性与稳定性。最后,基于目前对非Pt贵金属电催化剂结构特征分析,进一步对HOR研究的未来发展方向做出了展望。

金属卟啉及其复合催化体系催化氧化邻硝基乙苯制备α-邻硝基苯乙醇

研究了以邻硝基乙苯为原料、以金属卟啉及其复合催化体系为催化剂制备α-邻硝基苯乙醇的方法。结果表明,催化剂用量1.0×10-6mol、反应温度130℃、反应时间3 h为最优反应条件。在该条件下,所有金属卟啉及金属卟啉-金属卟啉复合催化剂对上述反应均具有催化活性,且催化活性有明显的差异。其中,氯化四-(对甲基苯基)锰卟啉与氯化四-(对硝基苯基)锰卟啉复合催化剂的效果最好,邻硝基乙苯的转化率提高到25.1%,α-邻硝基苯乙醇的选择性达49.6%,且金属卟啉催化剂之间具有明显的协同作用。