Mo-Sn催化剂上CO催化氧化的研究

采用沉淀浸渍法制备了一系列不同Mo/Sn物质的量比的Mo-Sn催化剂,以CO氧化反应作为探针反应考察不同Mo含量对CO催化氧化反应性能的影响,进一步研究催化剂的活性中心结构及构效关系。结果表明,Mo1Sn20催化剂在300℃实现了CO完全转化,相比纯SnO_(2)催化剂的转化温度降低了50℃。采用XRD、Raman、XPS、H2-TPR及In situ FT-IR等表征手段对催化剂的结构、钼物种价态、氧化还原性等进行了研究。相较于纯SnO_(2)催化剂,当引入较少含量的Mo物种后,Mo1Sn20催化剂比表面积增大为反应提供了更多的活性位点,Mo-Sn之间的相互作用增强使得MoO3部分向MoOx转变,产生较多的Mo^(5+)物种,Mo^(5+)物种的存在促进了氧气的吸附活化以及氧原子的迁移,晶格氧与Mo^(5+)物种共同作用增强了CO的催化性能。

综纤维素衍生物转化合成生物航空燃料的非均相催化剂研究进展

木质纤维素是自然界中储量丰富的生物质资源,其中的半纤维素和纤维素经水解、脱水后可得到两种重要的平台化学品——糠醛和5-羟甲基糠醛,而它们通过加氢等方法可获得其他的平台化学品。将这些平台化学品进行碳-碳偶联,能够得到C8以上的含氧化合物,再通过加氢脱氧得到长链烷烃,经过后续处理用作航空煤油等,因此,碳-碳偶联及加氢脱氧是综纤维素衍生物转化合成燃料的关键。首先综述了用于两种重要的碳链增长反应(羟醛缩合与羟基烷基化/烷基化)的非均相催化剂及其催化机理,主要包括用于催化羟醛缩合反应的碱性催化剂、酸性催化剂和酸碱协同催化剂,以及用于催化羟基烷基化/烷基化反应的酸性催化剂,然后对后续加氢脱氧过程的催化剂进行了简要介绍,最后对未来催化剂发展方向进行了展望。

不同尺寸钴基催化剂稳定策略研究进展

在多相催化反应中,金属催化剂的尺寸效应对其催化活性、产物选择性和稳定性具有较大影响。将金属催化剂的尺寸从纳米颗粒减小到亚纳米团簇,甚至原子尺度,可有效提高其活性中心利用率,从而大幅提高催化活性。钴(Co)基催化剂因其独特的电子结构和优异的催化活性,在众多反应中受到关注。根据Co基催化剂的研究现状,介绍了不同尺寸(纳米颗粒、团簇、单原子和双原子)Co基催化剂的结构及特点,阐述了提高不同尺寸Co基催化剂稳定性的策略,包括空间限域、金属-载体相互作用和金属-金属相互作用等,分析了这些策略对不同催化反应性能的影响及其优缺点,并对未来Co基催化剂的研究进行了展望。

催化裂化废催化剂等离子体处理技术研究

采用等离子体处理技术对催化裂化工艺(FCC)产生的废催化剂进行了无害化处理,在分析原料的基本物化特性的基础上,考察了助剂SiO 2和CaO不同配比对废催化剂处理效果的影响。结果表明:废催化剂经等离子体处理后,产物中的玻璃体占比达到83.9%;当助剂SiO 2质量分数为40%时,产物中的玻璃体比例提升至93.2%;进一步加入质量分数为15%的助剂CaO后,产物中的玻璃体占比依然高达92.4%,满足国家标准中关于固体废物中玻璃体占比要求;同时,经等离子体处理后,废催化剂产物浸出液中的金属元素含量显著降低,说明助剂的添加对降低废催化剂的重金属毒性有促进作用。等离子体处理技术在FCC废催化剂无害化处理方面具有良好的应用前景。

催化剂研究中的X射线光电子能谱(XPS)分析方法概述

催化剂在现代化工领域扮演着至关重要的角色,在提高生产效率、降低能源消耗以及减少环境污染等方面起着不可替代的作用。随着科学认知的不断提升,催化剂的研究已经从宏观的动力学性能评估,深入到微观的分子层面和电子结构分析。作为材料表界面研究领域中最有效的一种分析方法,在过去几十年里X射线光电子能谱(XPS)技术以其坚实的物理学基础和表面灵敏性已经成为研究催化材料的标准分析工具,且随着XPS仪器的日益普及,其应用也在不断增长。然而催化剂材料中的活性组分多趋于低含量、小尺度且成分复杂不稳定,对XPS高质量测试提出了巨大挑战。对催化剂研究中的常规XPS分析方法进行系统性的综述,对样品制备、实验设计、数据处理与谱图解析等流程中存在的问题和可能的处理方法进行了讨论,并对XPS技术在催化领域的应用前景进行了展望,以期为其他材料研究提供参考和启示。

MOFs衍生物催化剂制备及气体净化性能研究进展

催化净化是最为常用的气体污染物净化技术之一,具有效率高、选择性高和能耗低等特点。催化剂是催化净化技术的核心。随着节能减排要求不断提高,催化净化技术对催化剂的活性、选择性和稳定性等提出了更高的要求。以金属有机框架(MOFs)为前驱体制备的多孔杂化纳米结构催化剂具有活性位点可控、比表面积高和稳定性高等优点,成为气体净化催化剂的研究热点。本文以MOFs衍生物催化剂为对象,介绍不同种类MOFs衍生物催化剂的结构特点和制备方法;综述近几年MOFs衍生物催化剂在氮氧化物(NO_(x))、挥发性有机物(VOCs)、CO和N_(2)O等污染物催化净化方面的应用研究进展;最后,结合气体催化净化技术在高效催化剂工业应用方面的需求,对MOFs衍生物催化剂的研究方向进行展望。

多甲基混合茂配体茂金属催化剂合成与应用

合成了一系列茂配体,在其中的一个茂环上引入多个甲基,制备了多甲基混合茂配体茂金属催化剂,以甲基铝氧烷为助催化剂,进行了烯烃聚合评价研究,并与市售的二氯二茂锆进行对比。实验结果表明,多甲基混合茂配体茂金属催化剂的催化活性与二氯二茂锆相当,最高可达7951 kg/(mol·h);可催化乙烯与1-己烯共聚,共聚物中1-己烯含量最高可达6.8%(x)。

负载于SiO_(2)表面的NiO/MgO催化剂用于CO_(2)甲烷化反应

CO_(2)甲烷化反应被认为是解决CO_(2)利用难题的重要手段之一,其中NiO/MgO催化剂具有广阔的应用前景,如何提高NiO/MgO催化剂的比表面积成为其实际应用的关键.本文通过沉积-沉淀法在高比表面积的SiO_(2)载体上负载NiO/MgO催化剂,制备出了NiO/MgO/SiO_(2)催化剂.研究了MgO含量、催化剂煅烧温度和还原温度对催化剂结构和甲烷化性能的影响.采用X射线衍射、程序升温还原、N2吸附-脱附等温线、程序升温脱附、X射线光电子能谱和场发射透射电子显微镜等技术手段对催化剂进行了表征.结果表明,合适的MgO含量既能够对SiO_(2)形成较好的阻隔以避免NiO与SiO_(2)的反应,又可与NiO形成对甲烷化有利的Ni_(1-x)Mg_(x)O固溶体.适当的煅烧温度能够在形成Ni_(1-x)Mg_(x)O固溶体的同时避免对反应不利的NiMgSiO4的形成.此外,通过调控还原温度还能够调变Ni^(0)和Ni_(1-x)Mg_(x)O的比例,从而使二者在催化体系中起到协同作用,促进CO_(2)甲烷化反应.30%MgO含量、550℃煅烧、550℃还原后的Ni30MgSi-550-550R催化剂在CO_(2)甲烷化反应催化剂性能测试中表现出最佳的催化活性,且在350℃、30000mL/(g·h)空速的测试条件下展现出200 h的稳定性,这是由于在催化剂表面具有适当的Ni^(0)/Ni_(1-x)Mg_(x)O比例和对应的充足的H2和CO_(2)活化位点.在高比表面积的SiO_(2)上负载NiO/MgO催化剂、在SiO_(2)表面进行固相反应和通过还原温度调控Ni^(0)-Ni_(1-x)Mg_(x)O活性对的策略为用于CO_(2)甲烷化反应的催化剂设计提供了一种新思路.

包覆型MCM-41和Hβ分子筛负载的Pd催化剂双功能催化性能

采用水热合成法制备了一种MCM-41分子筛介孔孔道沿Hβ沸石内核向外生长的包覆型MCM-41和Hβ复合分子筛(Mβ)。以PdCl 2的盐酸溶液做浸渍液,用常规等体积浸渍法制备了Pd/Mβ催化剂。另外,还以预先硅烷化的Mβ作载体,以Pd(OAc)_(2)的甲苯溶液作浸渍液,用等体积浸渍法制备了Pd/S-Mβ催化剂。采用X射线衍射、N_(2)物理吸附、透射电镜(TEM)和吡啶吸附红外等手段对催化剂进行了表征,并以十氢萘的开环反应和二苯并噻吩的加氢脱硫反应评价了催化剂的性能,认识了金属中心和酸中心沿颗粒内部径向分布对双功催化剂能性能的影响。TEM结果表明,在Pd/Mβ催化剂中,Pd金属颗粒填充于MCM-41介孔相孔道中;而在Pd/S-Mβ催化剂中,Pd金属颗粒分布于催化剂表面。在十氢萘的开环和二苯并噻吩的加氢脱硫反应中,Pd/Mβ表现出双功能特性,是潜在的性能良好的加氢脱硫催化剂。尽管Pd/Mβ和Pd/S-Mβ酸性质基本一致,但是空间上将表面Pd金属组分与内核Hβ沸石酸组分用不具有酸性的MCM-41介孔相分隔后,会导致Pd/S-Mβ催化剂酸中心不能发挥作用。

电催化O_(2)还原合成H_(2)O_(2)的催化剂及机制研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种环境友好型的化学品,具有强氧化能力,在消毒杀菌、环境处理、化学化工等领域被广泛应用.目前,工业生产H_(2)O_(2)主要依靠传统工艺,受困于诸多挑战,如蒽醌法能耗高、污染大,H2/O2混合法技术风险大、易爆炸.因此,迫切需要一种绿色、便捷、条件温和且可分散制取的方法来合成H_(2)O_(2).二电子氧气还原反应(2e-oxygen reduction reaction,2e-ORR)是一种以可再生电力驱动的、在温和条件下合成H_(2)O_(2)的绿色可持续的方法.4e-路径的强烈竞争降低了H_(2)O_(2)的选择性,导致产量和法拉第效率均低.因此,设计和开发高选择性的2e-ORR催化剂,以实现专一的H_(2)O_(2)合成路径,从而实现规模应用和升级工业合成路线,是目前急需解决的问题.尽管现阶段发展的2e-ORR催化剂已经取得显著进展,但距离规模化应用仍存在很大差距.基于此,对电催化2e-ORR合成H_(2)O_(2)的最新研究进展进行了综述.首先,介绍电催化合成H_(2)O_(2)的催化剂研究情况;其次,分析讨论催化机制及其影响催化性能的关键因素;最后,针对面临的关键问题提出提高电催化性能的策略及未来展望.

基于学生创新能力培养的综合型实验设计——以“Ag系负载型薄膜催化剂的制备及性能研究”为例

依托化学与材料科学学院实验室综合训练教学平台的大型仪器资源和科研优势,以Ag系负载型薄膜催化降解有机污染物的反应为基础,提炼设计了薄膜催化剂的设计与制备、表征与分析、性能测试、机理探究等系列实验模块,通过科研问题导向和合作探究实践完成基于创新育人的综合型实验教学。综合型实验不仅使学生掌握电化学制备的基本实验技能和催化性能测试的综合应用能力,激发学生的科研兴趣,提升学生的创新思维和团队合作能力,同时有助于探索以科学研究带动创新人才培养的重要实施路径。

铁钴镍三元系水电解催化剂的制备及其性能研究

采用水热法制备并表征了铁钴镍系列氢氧化物催化剂,考察了铁钴镍催化剂摩尔分数对泡沫镍电极电催化性能的影响。结果表明,铁钴镍系列氢氧化物催化剂的最佳制备条件为:水热温度60℃、持续时间8 h,此时得到的样品比表面积最大,为59.61 m^(2)/g;25 mA/cm^(2)的电流密度下60%摩尔分数的Ni样品的析氧电位仅为1.35 V;Co(OH)_(2)摩尔分数为20%的催化剂在25 mA/cm^(2)的电流密度下最低析氧电位仅为1.33 V,过电位为100 mV;而20%Fe(OH)_(3)的样品表现出最低的阻抗。将优化成分后的铁钴镍(摩尔比为2∶2∶6)系氢氧化物催化剂作为测试样品涂覆在镍网电极上,在大面积电极下,电流密度为2000 A/m^(2)时小室电压为1.71 V左右、过电位为420 mV。

混合法制备天然沸石基臭氧催化剂的性能与表征

臭氧催化剂生产成本高,目前已成为限制臭氧催化氧化技术工程应用的重要因素之一。采用廉价易得的天然沸石粉作为催化剂载体原材料,以Cu为活性组分,通过混合法制备催化剂并测定其性能,探究天然沸石基臭氧催化剂的最佳制备条件,并对催化剂进行了形貌结构表征。结果表明:使用快脱粉作为黏结剂,添加量为10%(质量浓度)并在600℃焙烧制备的天然沸石基臭氧催化剂综合性能最佳,当反应30 min时,其对石化废水COD吸附去除率为37.27%;利用吸附饱和的催化剂对石化废水进行臭氧催化氧化,反应30 min时,COD去除率为43.48%,三维荧光图谱中区域Ⅰ~Ⅴ荧光类物质去除率分别达76.68%、82.52%、86.83%、80.16%及79.38%。表征结果表明,最佳天然沸石基臭氧催化剂形貌结构与沸石本身差异不大,比表面积仅增加1.75%,但孔容与平均孔径较天然沸石分别增大23.40%与21.48%,有利于提高污染物吸附和臭氧催化氧化去除效果;SEMEDS结果表明,催化剂活性组分Cu在沸石载体中负载均匀,不仅提高了其催化活性,也有利于维持催化剂的稳定性。从生产成本上来看,沸石催化剂较氧化铝催化剂低3000元/t,经济效益显著。通过混合法制备的天然沸石基臭氧催化剂具有优异的催化活性,能够高效处理石化二级出水,且可以大幅降低催化剂生产成本,在催化剂制备、工业废水深度处理和工程化推广等方面具有一定的潜力。

高级氧化工艺中催化剂纳米限域效应研究进展

在高级氧化反应中,纳米限域催化剂具有尺寸小、污染物降解速率快、降解产物形态可变等优势在环境科学、材料科学和催化化学等领域引起广泛关注.基于对零维、一维、二维、三维纳米限域催化剂性质及应用的探讨,归纳总结了其结构性质及催化去除水中污染物的降解机理.深入探讨了纳米限域催化剂在光催化、过硫酸盐活化、臭氧氧化反应中的活化机制,为催化剂纳米限域效应在高级氧化工艺中的深入研究和广泛应用提供依据.最后,对纳米限域催化剂结构、高级氧化反应中的催化机理和其环境毒理进行展望,以期为高效纳米限域催化剂的设计和应用提供理论依据.

不同载体Co基催化剂对丙烷脱氢性能的影响

通过水热合成法成功制备出二维六方介孔SBA-15分子筛,采用等体积浸渍法将2.0%Co分别负载于SBA-15、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、SBA-15S(商业SBA-15)、ZSM-5、SAPO-34等6种载体上,用于丙烷脱氢制丙烯反应,考察其催化性能及构效关系。结果表明,Co/SBA-15表现出最佳的稳定性及催化性能,丙烷最高转化率可达到45.45%,丙烯选择性为87.25%,丙烯最高收率为39.66%。Co/SBA-15催化剂具有独特的织构性质,既保证了反应物的吸附与活化,又保证了孔道不被堵塞,有利于反应物在其表面进行较快的扩散,表现出最优异的催化性能。

不同类型催化剂热催化合成生物质基乙酰丙酸甲酯研究进展

乙酰丙酸甲酯是一种重要的化工产品,在替代燃料、医疗药物和溶剂等领域具有广阔的应用前景。详细分析了乙酰丙酸甲酯的4种制备方法,其中生物质直接催化醇解法更具发展潜力。基于生物质直接催化醇解法及其催化剂类型,综述了近年来国内外制备生物质基乙酰丙酸甲酯的研究现状和趋势,总结了优化反应条件及性能,分析了各催化剂应用特点。最后,指出了制备生物质基乙酰丙酸甲酯的现存问题,并对其未来研究进行了展望:注重研究生物质醇解机理、应用非粮型生物质和开发易工业化的绿色催化剂。

MXene对锌-空气电池双金属催化剂催化性能的影响

开发高氧还原和氧析出性能、稳定和低成本阴极催化剂是实现锌-空气电池产业化的关键。本工作以FeCl_(3)、NiCl_(2)、ZnCl_(2)和甲酰胺为原材料,采用水热合成-高温碳化-低温硫化的制备方法引入层状MXene材料,制备了FeNiSNC7∶3@MXene双金属复合材料作为锌-空气电池阴极催化剂,并分析了其物相组成、微观形貌、元素组成、电化学性能和电池性能。结果表明,使用这种催化材料制备的电池在电池测试中具有0.74 V的窄电压间隙,峰值功率密度达到179 mW/cm^(2),为二维材料与非贵金属催化剂结合提升锌-空气电池催化剂性能方面提供了新思路。

银基催化剂调控及其甲醛催化氧化性能研究

银基催化剂具有较好的氧化能力,在环境催化领域具有良好的应用前景.采用等体积浸渍法制备银基催化剂,考察了助剂种类、预处理气氛和温度、载体孔道结构等制备工艺条件对银基催化剂上甲醛(HCHO)催化氧化性能的影响.实验结果表明,在6%的Ag/SBA-15催化剂中添加3%的Fe助剂能显著提高催化剂的HCHO催化氧化性能,先后采用O_(2)和H_(2)处理有助于提高催化剂活性,载体孔道结构对HCHO催化氧化活性影响较小,采用共浸渍法制备的银基催化剂的性能优于两步浸渍法制备的催化剂的性能.其中采用共浸渍法制备的AgFe/SBA-15催化剂,在O_(2)(600℃)和H_(2)(400℃)先后处理后,表现出良好的HCHO催化氧化性能,在75℃时可将HCHO完全转化为CO_(2)和H_(2)O.

负载型铜催化剂在有机液相反应中的应用

负载型催化剂的制备及催化性能研究已成为近年来的一个热点。铜是价格低廉、来源丰富且其本身具有较强的催化活性和选择性,负载铜催化剂具有稳定性好、金属铜浸出率低、可反复回收利用等优点,因此在催化领域受到广泛的关注。以载体分类为主,简述了近十年来负载型铜催化剂在有机合成中的制备方法、反应类型、催化活性和回收利用等方面的应用情况。

活性炭负载双金属催化剂的乙醇气相羰基化反应性能研究

乙醇气相羰基化法是一种非石油途径生产丙酸的方法,以活性炭为载体的Ni基催化剂广泛应用于该反应。为了提高该催化剂催化活性,在Ni基催化剂的基础上进一步分别掺杂铁、铜和铈元素,制备了一系列Ni-X(X=Fe、Cu或Ce)双金属催化剂,通过N_(2)物理吸/脱附、XRD和XPS等探究了金属分散性与Ni^(0)相对含量(n(Ni^(0))/n(Ni^(0)+Ni^(2+)+Ni^(3+)))对反应性能的影响。在250℃、0.1 MPa和原料(n(CO):n(C_(2)H_(5)OH):n(C_(2)H_(5)I)=40:20:1)体积空速为1.2 h^(-1)条件下,对Ni-X双金属催化剂进行了乙醇气相羰基化反应催化性能评价。结果表明,在Ni-Ce双金属催化剂表面存在Ni物种与Ce O_(2)之间的协同作用,该协同作用促进Ni^(2+)还原为Ni^(0),使催化剂表面出现更多活性位点,同时抑制了Ni金属表面堆积,促进了Ni金属分散。相比于Ni-Fe和Ni-Cu双金属催化剂,Ni-Ce双金属催化剂具有最高催化活性,反应6 h时该催化剂的乙醇转化率、丙酸与丙酸乙酯联合选择性以及丙酸与丙酸乙酯联合时空收率分别为70.9%、28.0%以及220.4 mg/(g·h)。