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MOF衍生的Fe-N-C电催化剂,用于高效氧还原反应
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作者 张景涛 王奎 +3 位作者 刘乐 任杰 杨浩伟 闫晓丽 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期8103-8110,8127,共9页
由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化... 由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化剂对氧还原反应至关重要。以金属-有机骨架(MOF)作为前驱体,通过高温热解合成了铁基氮掺杂碳电催化剂(Fe-N-C)。Fe-N-C催化剂由于其较强的金属-氮配位结构可以避免金属原子的聚集和溶解,使金属原子均匀分散在氮掺杂的碳载体上,实现较高的ORR性能。制备的Fe-N-C-2催化剂具有丰富的孔隙结构和大量的Fe-N X活性位点。其在碱性电解质中半波电位为0.91 V,在酸性电解质中半波电位为0.75 V。同时将其应用于锌空电池具有高达1.47 V的开路电压和163.1 mW/cm^(2)的功率密度。该策略为设计二维结构以构建高性能电催化剂提供了一种有前途的方法。 展开更多
关键词 非贵金属催化剂 金属-有机框架 fe-n-c 氧还原反应 锌空气电池
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Biomass derived Fe-N/C catalyst for efficiently catalyzing oxygen reduction reaction in both alkaline and neutral pH conditions
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作者 Lin-Qian Yu Hao Wang +3 位作者 Shu-La Chen Te-Er Wen Bao-Cheng Huang Ren-Cun Jin 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2023年第1期465-468,共4页
Fe-N/C is a promising oxygen reduction reaction(ORR)catalyst to substitute the current widely used precious metal platinum.Cost-effectively fabricating the Fe-N/C material with high catalytic activity and getting in-d... Fe-N/C is a promising oxygen reduction reaction(ORR)catalyst to substitute the current widely used precious metal platinum.Cost-effectively fabricating the Fe-N/C material with high catalytic activity and getting in-depth insight into the responsible catalytic site are of great significance.In this work,we proposed to use biomass,tea leaves waste,as the precursor to prepare ORR catalyst.By adding 5%FeCl3(wt%)into tea precursor,the pyrolysis product(i.e.,5%Fe-N/C)exhibited an excellent four-electron ORR activity,whose onset potential was only 10 m V lower than that of commercial Pt/C.The limiting current density of 5%Fe-N/C(5.75 m A/cm^(2))was even higher than Pt/C(5.44 m A/cm^(2)).Compared with other biomass or metal organic frameworks derived catalysts,5%Fe-N/C showed similar ORR activity.Also,both the methanol tolerance and material stability performances of as-prepared 5%Fe-N/C catalyst were superior to that of Pt/C.X-ray adsorption fine structure characterization revealed that the FeN4O2might be the possible catalytic site.An appropriate amount of iron chloride addition not only facilitated catalytic site formation,but also enhanced material conductivity and reaction kinetics.The results of this work may be useful for the Fe based transition metal ORR catalyst design and application. 展开更多
关键词 fe-n/c Oxygen reduction reaction BIOMASS Fe coordination POLYPHENOL
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氢燃料电池氧还原催化剂Fe-N_(4)/C合成中的问题及建议
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作者 张翼飞 《当代石油石化》 CAS 2024年第5期42-48,共7页
通过分析现有文献和技术方案发现,氢燃料电池氧还原催化剂Fe–N_(4)/C合成过程中存在2个关键问题,即过量的氮源会热解产生大量HCN、NO_(x)等剧毒物、污染物,以及氮源不能在碳基质上有效地形成与铁4配位的Fe–N_(4)/C。针对这2个问题,建... 通过分析现有文献和技术方案发现,氢燃料电池氧还原催化剂Fe–N_(4)/C合成过程中存在2个关键问题,即过量的氮源会热解产生大量HCN、NO_(x)等剧毒物、污染物,以及氮源不能在碳基质上有效地形成与铁4配位的Fe–N_(4)/C。针对这2个问题,建议加强热解条件下铁离子和氮原子的转化及其在碳基质中的迁移过程研究,重点研究热解过程中氮配位体前身物形态的演变、氮原子在碳基质中的定向重排、碳基质上氮配位体的形成及其锚定铁离子的机理。氮原子定向重排于碳基质上,一方面,氮原子获得高效利用,减少合成过程中过量氮源热解生成的大量HCN和NO_(x)等污染物,过程环保;另一方面,重排于碳基质上的氮原子与铁离子络合,形成具有高氧还原反应(ORR)活性、高稳定性的4配位Fe–N_(4)/C结构,进一步推动以非贵金属催化剂取代贵金属催化剂Pt/C在氢燃料电池中的应用。 展开更多
关键词 氢燃料电池 氧还原反应 Fe–N_(4)/c催化剂 热解 HcN NO_(x) 排放 建议
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P修饰提高Fe-N-C的氧反应活性用于高稳定的锌-空气电池 被引量:1
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作者 张光颖 刘旭 +6 位作者 张欣欣 梁志坚 邢耕宇 蔡斌 沈迪 王蕾 付宏刚 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期141-151,共11页
生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具... 生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具有低过电位的析氧反应(OER)催化剂来降低充电电压是解决该问题的关键.本课题组采用一种低温磷化策略制备了具有低OER过电位的P修饰的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N和生物质碳复合催化剂(P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC),其具有较好的双功能氧反应活性,氧还原反应(ORR)的半波电位为0.86 V,仅需要280 m V的OER过电位就可以达到10 m Acm-2的电流密度.以P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC作为正极组装的锌-空气电池表现出低的充放电电压差和长期稳定性,在目前报道的碳基催化剂应用于锌-空气电池中具有很大优势.此外,采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等技术研究了磷化对催化剂的结构和催化性能带来的差异原因,并利用密度泛函理论(DFT)计算研究了催化剂的OER反应机制.XPS测试结果表明,P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的P 2p轨道观察到P-M键、P-C键和P-O键,证实P在碳纳米结构中的成功修饰.Fe_(2)pXPS谱显示,P的掺入使Fe_(2)p峰向低结合能方向移动,这表明P的表面改性改变了金属Fe物种的表面电子构型.此外,拉曼光谱结果表明,P掺杂后样品的ID/IG值增加,说明结构中具有更多的缺陷,为ORR反应提供更多的催化活性位.O2-TPD结果表明,两种催化剂在低温区域(<500 ℃)表现为表面缺陷上的化学吸附氧,在高温区域(>500 ℃)表现为晶格氧释放,这说明了催化剂中都存在表面氧空位.与P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的脱附氧物种相关的峰值温度低于Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC,证明P修饰可以使催化剂具有更好的吸附/脱附氧能力,进一步降低了吸附氧分子的活化能垒.利用DFT计算分析了OER活性增强的原因.DOS结果显示,与位于E_(V)在-0.543 eV的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N模型的Fe-3d-t2g相比,引入P的P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型分别正移到-0.442和-0.493 eV(E_(V)=0为EF(费米能级)),更接近EF.这表明,在电化学反应过程中,表面P的修饰促进了Fe位点的电子转移能力.不同模型OER/ORR过程中间体的自由能结果表明,OER的速率决定步骤为*OOH→O2,P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型的速率决定步骤自由能分别为2.25和1.02 eV,比Fe_(3)O_(4)(2.36 eV)和Fe_(2)N(1.25 eV)模型更低,说明P改性降低了驱动OER所需的最小过电位.综上,P修饰可以调节Fe位点的电子结构,促进氧中间物的吸附和解吸,从而改善OER的性能. 展开更多
关键词 fe-n-c催化剂 磷修饰 氧还原反应 析氧反应 锌-空气电池
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Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦基DC-SOFC性能的影响
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作者 刘国阳 周安宁 +1 位作者 刘倩 王俊哲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1647-1656,共10页
半焦与CO_(2)的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO_(2)气化反应性,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂,用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了Ca_(2)Fe_... 半焦与CO_(2)的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO_(2)气化反应性,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂,用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的形貌和结构,采用热重分析实验研究Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料的CO_(2)气化反应催化活性;在Ag-GDC|YSZ|GDC-Ag电解质支撑电池系统上,研究了添加Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料基DC-SOFC输出性能的影响。结果表明,随着催化剂焙烧温度的提高,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂晶粒尺寸逐渐增大、比表面积降低,750℃焙烧的催化剂具有良好的分散性、颗粒尺寸约为0.1μm,在半焦的CO_(2)气化反应中催化作用最好;相较于CaO和Fe2O3,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂结构中吸附氧浓度更高,在半焦的CO_(2)气化反应中表现出更为优异的催化活性;Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的循环稳定性取决于催化剂结构的热稳定性,其循环使用时活性降低主要归因于半焦燃料中无机灰分的包裹。催化剂对DC-SOFC输出性能影响表明,当半焦中添加10%的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂时,电池的峰值功率密度从15.3 mW/cm^(2)增大到23.7 mW/cm^(2);EIS分析表明阳极传质阻力是影响DC-SOFC输出性能和燃料利用率的主要因素,降低灰分、催化剂累积带来的传质阻力可有效提高电池寿命和燃料利用率。 展开更多
关键词 直接碳固体氧化物燃料电池 钙钛矿 催化剂 c-cO_(2)气化反应
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碳笼负载镍基磁性催化剂Ni@Cage-C的制备与性能研究
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作者 廖立 宋谦 +2 位作者 龙沁 赖雪飞 邓怡 《化工设计通讯》 CAS 2024年第2期104-106,共3页
以自然结晶法制备的ZIF-67为前驱体,采用包裹-刻蚀-碳化策略,得到大小均匀的纳米碳笼(Cage-C),再于液相条件下以碳笼为载体负载上活性金属镍(Ni),成功制备了非贵金属磁性催化剂Ni@Cage-C,并应用于对硝基苯酚催化还原反应以考察其多相催... 以自然结晶法制备的ZIF-67为前驱体,采用包裹-刻蚀-碳化策略,得到大小均匀的纳米碳笼(Cage-C),再于液相条件下以碳笼为载体负载上活性金属镍(Ni),成功制备了非贵金属磁性催化剂Ni@Cage-C,并应用于对硝基苯酚催化还原反应以考察其多相催化性能。结果表明:优化条件下制备的Ni@Cage-C催化剂为碳笼包裹单质镍结构,其平均颗粒大小为550 nm;将Ni@Cage-C用于对硝基苯酚催化还原反应时,催化性能明显优于参照催化剂雷尼镍(Raney-Ni)。质量反应速率常数kM为6.11 mg^(-1)·min^(-1),催化效率达到98.87%,循环反应十圈后活性仍高于初始活性的85%。 展开更多
关键词 碳笼 磁性催化剂 Ni@cage-c 对硝基苯酚
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三聚氰胺衍生的高石墨氮中空管状Fe-N/C催化碱性氧还原反应
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作者 赵晓琦 李晶 +3 位作者 张雪 李盈霄 高艳芳 刘玲 《内蒙古工业大学学报(自然科学版)》 2023年第4期309-317,共9页
以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综... 以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综合评价;以CV和LSV等电化学测试手段探究Fe-N/C催化剂的氧还原电催化能力。研究结果表明,Fe-N/C催化剂具有管状形貌、较高的石墨氮含量和较佳的氧还原电催化能力。通过对电化学性能关键参数进行分析发现,Fe-N/C催化剂的起始电位是1.071 V vs. RHE,半波电位是0.911 V vs. RHE,极限电流密度是5.943 mA/cm2。 展开更多
关键词 氧还原反应 燃料电池 fe-n/c催化剂 空心管电催化剂 氮掺杂碳
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Fe-N-C catalysts for PEMFC: Progress towards the commercial application under DOE reference 被引量:6
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作者 Lina Wang Xin Wan +2 位作者 Shuangyu Liu Li Xu Jianglan Shui 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第12期77-87,共11页
Proton exchange membrane fuel cells(PEMFC)have attracted much attention because of their high energy conversion efficiency,high power density and zero emission of pollutants.However,the high cost of the cathode platin... Proton exchange membrane fuel cells(PEMFC)have attracted much attention because of their high energy conversion efficiency,high power density and zero emission of pollutants.However,the high cost of the cathode platinum group metal(PGM)catalysts creates a barrier for the large-scale application of PEMFC.Tremendous efforts have been devoted to the development of low-cost PGM-free catalysts,especially the Fe-N-C catalysts,to replace the expensive PGM catalysts.However,the characterization methods and evaluation standards of the catalysts varies,which is not conducive to the comparison of PGM-free catalysts.U.S.Department of energy(DOE)is the only authority that specifies the testing standards and activity targets for PGM-free catalysts.In this review,the major breakthroughs of Fe-N-C catalysts are outlined with the reference of DOE standards and targets.The preparation and characteristics of these highly active Fe-N-C catalysts are briefly introduced.Moreover,the efforts on improving the mass transfer and the durability issue of Fe-N-C fuel cell are discussed.Finally,the prospective directions concerning the comprehensive evaluation of the Fe-N-C catalysts are proposed. 展开更多
关键词 PEMFc fe-n-c catalysts U.S.DOE Test standards Activity targets
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法桐树叶衍生Fe-N-C氧还原电催化剂的制备及性能研究
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作者 程卓 周鹏飞 +1 位作者 马家乐 严祥辉 《当代化工研究》 2023年第3期52-54,共3页
Fe-N-C材料被认为是最有潜力替代贵金属Pt催化剂用于催化燃料电池阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)的廉价非贵金属催化剂之一。本文以碱式碳酸锌(BZC)、法桐树叶(FT)、氯化铁和碳酸钾分别为反应性硬模板、碳氮前驱体、金... Fe-N-C材料被认为是最有潜力替代贵金属Pt催化剂用于催化燃料电池阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)的廉价非贵金属催化剂之一。本文以碱式碳酸锌(BZC)、法桐树叶(FT)、氯化铁和碳酸钾分别为反应性硬模板、碳氮前驱体、金属前驱体和激活剂,通过固相研磨法和高温热处理制备了生物质基Fe-N-C材料(FT-Fe-N-C(BZC))并考察了其在0.1M KOH溶液中对ORR的电催化性能。结果显示,其起始电势(Eonset)、半波电势(E1/2)和极限电流密度分别达到0.93V、0.81V和4.02mA·cm^(-2),且展示出高效的4电子ORR过程选择性;另外,在制备过程中引入过硫酸铵(AP),获得的FT-Fe-N-C(BZC/AP)催化ORR在维持4电子反应途径同时,其E_(onset)和E_(1/2)都提升了30mV,与商业Pt/C催化剂相当。 展开更多
关键词 树叶 fe-n-c催化剂 反应性硬模板 激活剂 氧还原反应
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Hydrogen etching induced hierarchical meso/micro-pore structure with increased active density to boost ORR performance of Fe-N-C catalyst 被引量:4
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作者 Liqin Gao Meiling Xiao +3 位作者 Zhao Jin Changpeng Liu Junjie Ge Wei Xing 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期17-23,I0002,共8页
Rational regulation on pore structure and active site density plays critical roles in enhancing the performance of Fe-N-C catalysts. As the microporous structure of the carbon substrate is generally regarded as the ac... Rational regulation on pore structure and active site density plays critical roles in enhancing the performance of Fe-N-C catalysts. As the microporous structure of the carbon substrate is generally regarded as the active site hosts, its hostility to electron/mass transfer could lead to the incomplete fulfillment of the catalytic activity. Besides, the formation of inactive metallic Fe particles during the conventional catalyst synthesis could also decrease the active site density and complicate the identification of real active site. Herein, we developed a facial hydrogen etching methodology to yield single site Fe-N-C catalysts featured with micro/mesoporous hierarchical structure. The hydrogen concentration in pyrolysis process was designated to effectively regulate the pore structure and active site density of the resulted catalysts.The optimized sample achieves excellent ORR catalytic performance with an ultralow H2O2 yield(1%)and superb stability over 10,000 cycles. Our finding provides new thoughts for the rational design of hierarchically porous carbon-based materials and highly promising non-precious metal ORR catalysts. 展开更多
关键词 HIERARcHIcAL meso/micro-pore structure HYDROGEN ETcHING Single site fe-n-c catalysts carbon-nitrogen-coordinated iron(FeN4) Oxygen reduction reaction
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C-RAD Catalyst HD系统在乳腺癌保乳术后调强放疗中实时监测运动位移的剂量学研究 被引量:1
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作者 方涌文 邓顺坚 +2 位作者 张俊 彭应林 方键蓝 《现代肿瘤医学》 CAS 北大核心 2023年第1期144-151,共8页
目的:分析光学体表监测系统C-RAD Catalyst HD在放疗中实时监测乳腺癌患者的体表运动位移,给出使用C-RAD Catalyst HD系统应当设定的建议运动阈值。方法:以C-RAD Catalyst HD系统实时监测乳腺癌患者体表运动位移数据为参考,分析其平移... 目的:分析光学体表监测系统C-RAD Catalyst HD在放疗中实时监测乳腺癌患者的体表运动位移,给出使用C-RAD Catalyst HD系统应当设定的建议运动阈值。方法:以C-RAD Catalyst HD系统实时监测乳腺癌患者体表运动位移数据为参考,分析其平移方向上的运动位移区间占比,模拟患者运动规律将不同位移等中心代入患者的QA计划中读取剂量学参数。结果:在Y(头脚)与Z(前后)的正方向上位移的计划,计划靶区的D_(2%)、HI呈线性递增趋势,计划靶区的D_(98%)、V_(95%)、CI及危及器官的剂量学参数呈线性递减趋势,且危及器官的剂量学参数均在临床可接受范围之内;在负方向上位移的计划,计划靶区剂量变化趋势和危及器官的剂量学参数均呈线性递增趋势。计划靶区不符合临床处方剂量要求的参数:正方向上位移超过3 mm时计划靶区的V_(95%);正方向上位移超过5 mm时计划靶区的D_(2%);负方向上位移超过4 mm时计划靶区的D_(2%)、V_(95%)。超出剂量参考限值的危及器官剂量学参数:负方向上位移超过3 mm时患侧肺的D_(mean)、V_(5 Gy)和左侧乳腺癌患者心脏的V 40 Gy;超过4 mm时健侧乳腺的D_(mean)、左侧乳腺癌患者心脏(D_(mean)、V_(5 Gy)、V_(30 Gy)),右侧乳腺癌患者(心脏的D_(mean)、肝脏的V_(5 Gy));超过5 mm时患侧肺的V_(20 Gy)。结论:使用C-RAD Catalyst HD系统监控乳腺癌保乳术后放疗患者在治疗过程中的运动位移时,建议设定3 mm的运动阈值控制加速器束流。 展开更多
关键词 c-RAD catalyst HD 实时监测 乳腺癌保乳术 剂量学
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界面电子扰动促进的C–H键活化
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作者 王哲 王春鹏 +3 位作者 陆冰 陈志荣 王勇 毛善俊 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第1期130-138,共9页
丙烯是重要的化工原料,广泛用于生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯醛、丙烯腈和丙酮等重要化工中间体以及合成树脂、合成橡胶和许多精细化工产品.目前生产丙烯的方法主要有石脑油裂解、催化流化裂化、丙烷脱氢、烯烃复分解和甲醇制烯烃等.其... 丙烯是重要的化工原料,广泛用于生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯醛、丙烯腈和丙酮等重要化工中间体以及合成树脂、合成橡胶和许多精细化工产品.目前生产丙烯的方法主要有石脑油裂解、催化流化裂化、丙烷脱氢、烯烃复分解和甲醇制烯烃等.其中丙烷脱氢因具有较高的丙烯选择性和较低的原料成本而备受关注,尤其是页岩气在全球的大量发现和开采,使得丙烷的原料成本持续下降,丙烷脱氢技术的迅速发展,但高效催化剂研发成为提升生产效率的关键.商业Pt基催化剂通常采用合金化的手段优化Pt颗粒的表面结构和中间体的吸附状态,进而获得较好的催化性能,但金属助剂的引入在一定程度上会弱化Pt位点的C–H键活化能力.针对该问题,本文从惰性C–H键活化角度出发,揭示了一种新的C–H键界面活化机制.通过金属-载体强相互作用诱导形成Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构,密度泛函理论计算结果表明,Pt与Ga_(2)O_(3)之间存在强烈的电子扰动现象,使得界面处O位点表现出类金属的电子特性,在费米能级附近存在连续的电子态,这与Ga_(2)O_(3)本身离散性电子态呈明显对比,显示出Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构的独特性质,使得界面O位点表现出极强的H吸附能和C–H键活化能力,其催化丙烷分子中亚甲基C–H键断裂的活化能仅为0.21 eV,远低于Pt(111)晶面的0.64 eV.原位红外光谱结果表明,反应过程中该界面结构会产生大量的羟基.根据过渡态的精细结构可知,反应位点是通过抓取H原子并随即稳定产生的C自由基完成C–H键的断裂,分析结果表明,H吸附能与反应能垒有着紧密的关联,而Pt-Ga_(2)O_(3)反向界面结构中,Pt基底赋予界面O位点独特的电子结构,同时也可以作为电子受体接收H传递的电子,从而表现出极强的H结合能和C–H键活化能力,其C–H断裂能垒要远低于各类Pt位点.进一步的分析表明,首个C–H键在Pt–O界面位发生断裂后,所形成的H物种会由O位点溢流至Pt颗粒表面,最终以H_(2)形式释放,留下的2-丙基碎片再经历甲基的C–H键断裂、H溢流、脱氢等步骤形成丙烯分子.而Pt颗粒表面的Ga_(2)O_(3)团簇也起到分割表面位点的作用,促进丙烯脱附的同时,有效弱化C–C键的断裂趋势,减少裂解副产物,生成丙烯的选择性超过99%.综上所述,本文构建的Pt/Ga-Al_(2)O_(3)界面位催化剂在丙烷脱氢反应中的性能要明显优于Pt/Al_(2)O_(3)以及工业常用的PtSn/Al_(2)O_(3)催化剂,揭示了一种全新的C–H键活化策略,并探究其中的化学机制,既可以深化对界面协同催化的理解,又可以为高性能催化剂的设计提供借鉴和指导. 展开更多
关键词 界面催化 碳氢键活化 丙烷脱氢 电子效应
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Reactive ball-milling synthesis of Co-Fe bimetallic catalyst for efficient hydrogenation of carbon dioxide to value-added hydrocarbons
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作者 Haipeng Chen Chenwei Wang +5 位作者 Mengyang Zheng Chenlei Liu Wenqiang Li Qingfeng Yang Shixue Zhou Xun Feng 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期210-218,共9页
Catalytic hydrogenation of CO_(2) using renewable hydrogen not only reduces greenhouse gas emissions,but also provides industrial chemicals.Herein,a Co-Fe bimetallic catalyst was developed by a facile reactive ball-mi... Catalytic hydrogenation of CO_(2) using renewable hydrogen not only reduces greenhouse gas emissions,but also provides industrial chemicals.Herein,a Co-Fe bimetallic catalyst was developed by a facile reactive ball-milling method for highly active and selective hydrogenation of CO_(2) to value-added hydrocarbons.When reacted at 320℃,1.0 MPa and 9600 mL h^(-1) g_(cat)^(-1),the selectivity to light olefin(C_(2)^(=)-C_(4)^(=)) and C_(5)+ species achieves 57.3% and 22.3%,respectively,at a CO_(2) co nversion of 31.4%,which is superior to previous Fe-based catalysts.The CO_(2) activation can be promoted by the CoFe phase formed by reactive ball milling of the Fe-Co_(3)O_(4) mixture,and the in-situ Co_(2)C and Fe_(5)C_(2) formed during hydrogenation are beneficial for the C-C coupling reaction.The initial C-C coupling is related to the combination of CO species with the surface carbon of Fe/Co carbides,and the sustained C-C coupling is maintained by self-recovery of defective carbides.This new strategy contributes to the development of efficient catalysts for the hydrogenation of CO_(2) to value-added hydrocarbons. 展开更多
关键词 Reactive ball milling co-Fe bimetallic catalyst carbon dioxide Value-added hydrocarbon cc coupling reaction
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在过渡金属催化剂上的C―C键断裂以实现生物质的升级
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作者 卢卓然 李圣凯 +2 位作者 逯宇轩 王双印 邹雨芹 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第4期89-106,共18页
将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一,可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来,大力利用生物质能已成为一种必... 将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一,可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来,大力利用生物质能已成为一种必然趋势。用于生物质转化的传统热化学催化方法通常需要高温、高压等恶劣条件,甚至还需要外部氢或氧源。相比之下,在相对温和的条件下进行的生物质有机分子电催化转化为生产高价值化学品提供了一种绿色高效的策略。特别是,通过C―C键裂解将生物质衍生的分子转化为高价值的短链化学品至关重要。近年来,大量的研究证明过渡金属(TM)电催化剂由于其丰富的三维电子结构和独特的eg轨道增强了过渡金属-氧之间的共价键合,从而在有机物的C―C键断裂中起着至关重要的作用。此外,TM电催化剂的配位环境或电子结构会影响产物的选择性。毫无疑问,明确的反应活性位点和途径有助于深入理解催化剂结构与反应活性之间的构效关系。然而,TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子的C―C键裂解反应用于生物质升级的研究目前尚处于起步阶段,其反应机理和催化反应过程尚不清楚。因此,有必要在原子水平上系统地了解电催化剂在C―C键裂解过程中的作用。在本综述中,我们首先依次介绍了广泛研究的TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子(包括甘油、环己醇、木质素和糠醛)的C―C键裂解反应,并给出了一些典型的例子和相应的反应途径。然后,系统回顾了过渡金属化合物催化C―C键裂解的反应机理,揭示了界面行为,并构建了TM电催化剂的结构与裂解反应活性之间的构效关系。最后,我们简要总结了上述内容,并强调了在TM电催化剂上研究C―C键裂解的挑战和展望。我们期望这项工作可以为生物质的可控转化和合理设计C―C键裂解的TM电催化剂提供指导。 展开更多
关键词 电催化生物质升级 cc键断裂 电催化 过渡金属催化剂
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高效Li-CO_(2)电池用富缺陷Co-N-C纳米片电极的制备
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作者 雷普英 李雪莲 +4 位作者 王璇 郭文奇 侯凯 齐凯 高丽丽 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期116-122,129,共8页
采用原位生长-模板保护-裂解组装策略,对双金属类沸石咪唑骨架材料(ZIFs)前驱体进行结构调控,成功制备Co-N_(x)、N-C活性位点及缺陷共存的二维钴-氮-碳纳米片(Co-N-C NFs)催化剂。Co-N-C NFs耦合了内在的Co-N-C的电子结构和外在的富缺... 采用原位生长-模板保护-裂解组装策略,对双金属类沸石咪唑骨架材料(ZIFs)前驱体进行结构调控,成功制备Co-N_(x)、N-C活性位点及缺陷共存的二维钴-氮-碳纳米片(Co-N-C NFs)催化剂。Co-N-C NFs耦合了内在的Co-N-C的电子结构和外在的富缺陷的二维片层结构,为锂-二氧化碳电池(LCB)提供了有利的气-液-固三相反应界面;纳米薄片彼此交互,构建出有利于CO_(2)吸脱附、锂离子和电子迁移输运路径以及便于产物寄宿的空间结构。基于Co-N-C NFs催化剂正极构筑LCB电池,电池表现出优异的电化学性能,放电容量达到2880μAh/cm^(2),在100μA/cm^(2)的大电流密度下,放-充电平台维持在2.60 V和4.40 V,且能稳定工作超1480 h。 展开更多
关键词 锂-二氧化碳电池 co-N-c催化剂 富缺陷 金属-有机骨架材料 双模板
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PtSn@S-1&β-Mo_(2)C串联催化剂CO_(2)氧化丙烷脱氢制丙烯性能研究
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作者 夏瑶靓 边凯 +3 位作者 刘思蕊 王志群 张光辉 郭新闻 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第7期96-103,共8页
PtSn双金属催化剂因具有高活性和高选择性被广泛应用于丙烷脱氢制丙烯反应中。然而在高温下,催化剂易产生积炭从而导致稳定性降低。二氧化碳氧化丙烷脱氢(CO_(2)-PDH)因其有望在转化丙烷的同时兼具消除积炭和推动脱氢反应正向移动的特点... PtSn双金属催化剂因具有高活性和高选择性被广泛应用于丙烷脱氢制丙烯反应中。然而在高温下,催化剂易产生积炭从而导致稳定性降低。二氧化碳氧化丙烷脱氢(CO_(2)-PDH)因其有望在转化丙烷的同时兼具消除积炭和推动脱氢反应正向移动的特点,已成为新的研究热点。将逆水煤气催化剂β-Mo_(2)C与丙烷脱氢催化剂PtSn@S-1串联用于CO_(2)-PDH反应中,开发高活性、高选择性和高稳定性的催化剂,并结合XRD、CO_(2)-TPD、C3H6-TPD及热重等方法对催化剂进行了表征。结果表明,在CO_(2)-PDH反应中,PtSn@S-1串联加入β-Mo_(2)C后,粉末混合的串联催化剂PtSn@S-1&β-Mo_(2)C的稳定性明显提升,并在连续运转1440min内未出现失活现象,催化剂的高稳定性归因于反应过程中CO_(2)消除了部分积炭。对反应条件进行了优化,发现在n(CO_(2)):n(C3H8)为1.0、m(PtSn@S-1):m(β-Mo_(2)C)为1.0:0.4时,粉末混合的串联催化剂PtSn@S-1&β-Mo_(2)C在CO_(2)-PDH反应中表现出最佳性能,丙烷转化率在反应500min后稳定在43.0%以上,丙烯选择性超过99%。 展开更多
关键词 PtSn@S-1 β-Mo_(2)c 串联催化剂 二氧化碳氧化丙烷脱氢
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Pd/C催化剂在间硝基苯磺酸钠加氢反应中的应用
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作者 林知滨 郑辉东 +1 位作者 范立海 吴丹 《工业催化》 CAS 2024年第10期56-62,共7页
间氨基苯磺酸钠是一种重要的化工中间体,可由多种方法制备得到,催化加氢法是目前主要使用的方法,但工业化报道较少,这是由于在间硝基苯磺酸钠加氢合成间氨基苯磺酸钠的液相反应中催化剂存在失活现象,难以多次套用,工业化成本高。使用自... 间氨基苯磺酸钠是一种重要的化工中间体,可由多种方法制备得到,催化加氢法是目前主要使用的方法,但工业化报道较少,这是由于在间硝基苯磺酸钠加氢合成间氨基苯磺酸钠的液相反应中催化剂存在失活现象,难以多次套用,工业化成本高。使用自制Pd/C催化剂进行间硝基苯磺酸钠的液相加氢反应,采用液相色谱-四级杆飞行时间串联质谱(LC-QTOF-MS)、X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、BET表面分析等方法对Pd/C催化剂的失活原因进行探究,确定催化剂的失活原因。Pd/C催化剂的失活是由于在硝基选择性加氢过程中,原料间硝基苯磺酸钠转化为偶氮化合物或氧化偶氮化合物,由于这些中间体的吸附性较强,易堵塞活性炭载体的孔道,造成催化剂比表面积减少,导致催化剂暂时性的中毒失活,而并非是加氢还原了原料中磺酸基团生成硫化钯而导致的催化剂永久性失活。 展开更多
关键词 催化化学 间硝基苯磺酸钠 催化加氢 PD/c催化剂 催化剂失活
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料浆I/C比对PEMFC合金催化剂氧传质阻力的影响规律
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作者 谢雨秋 郭伟 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期177-181,共5页
氧气传输阻力对燃料电池性能有着重要的影响,而该阻力的大小也与料浆配方的I/C比和催化剂种类密切相关。本工作研究了不同I/C比对不同型号低载量合金催化剂性能的影响,使用了极限电流法对燃料电池的氧传质阻力变化规律进行分析。测试结... 氧气传输阻力对燃料电池性能有着重要的影响,而该阻力的大小也与料浆配方的I/C比和催化剂种类密切相关。本工作研究了不同I/C比对不同型号低载量合金催化剂性能的影响,使用了极限电流法对燃料电池的氧传质阻力变化规律进行分析。测试结果表明,虽然合金催化剂的电催化活性高于纯铂催化剂(PtCo/C>PtRu/C>Pt/C),但是I/C比变化对电池性能的影响更为关键:PtRu/C催化剂极限电流密度最低,氧气传输能力受到I/C比的影响最严重,PtCo/C次之,Pt/C催化剂的氧气传输能力受到的影响最小。与之对应的,三种催化剂的电池性能依次为Pt/C≈PtCo/C>PtRu/C。 展开更多
关键词 I/c 合金催化剂 氧传质阻力 燃料电池
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Pt/C催化剂催化邻硝基苯甲醚加氢制备邻氨基苯甲醚
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作者 龙慧 崔小舟 +4 位作者 李英圻 彭秧锡 唐兆丰 彭伟才 王刚 《化工生产与技术》 CAS 2024年第1期1-3,23,I0002,共5页
以邻硝基苯甲醚为原料,采用Pt/C催化剂,通过液相催化加氢工艺合成邻氨基苯甲醚,研究不同反应条件对其转化率和选择性的影响,确定最佳工艺条件为,无水乙醇作溶剂、反应温度80℃、反应压力2 MPa、Pt/C催化剂用量0.01 g和反应时间2 h。相... 以邻硝基苯甲醚为原料,采用Pt/C催化剂,通过液相催化加氢工艺合成邻氨基苯甲醚,研究不同反应条件对其转化率和选择性的影响,确定最佳工艺条件为,无水乙醇作溶剂、反应温度80℃、反应压力2 MPa、Pt/C催化剂用量0.01 g和反应时间2 h。相比传统硫化钠法和铁粉盐酸法等,催化加氢还原工艺可有效解决废水污染问题,提高产品收率和品质,降低生产成本,同时更易实现自动化生产,属于绿色新型工艺,具有良好的工业化前景。 展开更多
关键词 PT/c催化剂 催化加氢 邻硝基苯甲醚 邻氨基苯甲醚
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PRT-C/PRT-D半再生重整催化剂在中国石油独山子石化的长周期工业应用
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作者 刘振伟 张磊 +2 位作者 孟阳 王艳雄 王旭亮 《工业催化》 CAS 2024年第2期63-68,共6页
介绍了中石化石油化工科学研究院有限公司研制的PRT-C/PRT-D半再生催化重整催化剂在中国石油独山子石化公司500 kt·a^(-1)重整装置上超长周期工业应用的情况。超过12年的工业运行结果表明,在较低的加权平均床层反应温度(WABT,466.5... 介绍了中石化石油化工科学研究院有限公司研制的PRT-C/PRT-D半再生催化重整催化剂在中国石油独山子石化公司500 kt·a^(-1)重整装置上超长周期工业应用的情况。超过12年的工业运行结果表明,在较低的加权平均床层反应温度(WABT,466.5℃)下,重整稳定汽油研究法辛烷值保持在95以上,芳含保持在65%以上,说明PRT-C/PRT-D催化剂抗积炭能力优异,具有较好的活性、稳定性,可以满足半再生催化重整装置长周期稳定运转的需要。 展开更多
关键词 石油化学工程 半再生重整 PRT-c/PRT-D催化剂 长周期 工业应用
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