铜锌双金属催化剂在电化学还原CO_(2)领域的研究进展

电化学还原CO_(2)(CO_(2)ER)不仅能够实现CO_(2)的资源化利用,生产出高附加值化学品,同时也有助于推动绿色低碳发展,实现可持续发展。在CO_(2)ER领域,相较于单金属催化剂,双金属催化剂特别是Cu-Zn双金属催化剂,因其经济环保、活性位点丰富及电子结构可调等特性备受关注,这些优点使其在C—C偶联形成多碳(C2+)产物的过程中具有显著优势。综述了Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER领域的研究进展,归纳了界面协同效应、表面吸脱附和界面缺陷等因素影响CO_(2)ER过程中的电子转移或电子-质子耦合机制,进而揭示其催化生成不同还原产物的反应机理。此外,针对Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER生成特定产物过程中的性能进行分类讨论,重点探讨催化剂的制备方法以及电解池的类型对催化剂性能的影响。最后,就CO_(2)ER领域催化剂在活性、稳定性及产物选择性等方面所面临的挑战进行展望。

阴离子膜电解水非贵金属析氧催化剂研究进展

因兼具碱性电解水低成本及质子交换膜电解水技术高效等优势,阴离子膜电解水制氢被认为是最有前景的绿氢制备技术。目前针对阴离子膜电解水制氢技术的研究多集中在非贵金属催化剂或低贵金属催化剂上,从组成、特征、制备方法等方面介绍了应用于阴离子膜电解水中的金属氧化物、金属硫化物/磷化物、合金、氢氧化物等析氧催化剂的研究进展,并对阴离子膜电解水制氢析氧催化剂的发展方向进行了展望。

稀土金属改性对负载型Ni_(2)P/M41催化剂加氢脱硫活性的影响

开发高效加氢脱硫催化剂是实现油品深度脱硫的重要途径。采用浸渍-程序升温法制备不同稀土金属(La、Ce、Pr、Nd、Y)改性的Ni_(2)P/M41催化剂。通过X射线衍射、N2吸附-脱附、CO吸附和X射线光电子能谱技术分析催化剂的结构以及化学组成,并以二苯并噻吩为模型化合物,考察稀土金属对Ni_(2)P/M41催化剂加氢脱硫性能的影响。结果表明:稀土金属可以不同程度地影响催化剂的尺寸以及活性相Ni_(2)P在载体表面的分散性;稀土金属La、Pr能够显著提高负载型Ni_(2)P/M41催化剂的HDS(加氢脱硫)活性,加入稀土金属Nd、Ce和Y反而使催化剂活性略有降低;Pr-Ni_(2)P/M41表现出最优的加氢脱硫能力,反应6 h后,脱硫率达到92.6%,与未改性的Ni_(2)P/M41催化剂的转化率相比,提高15.1%。

铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类:碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属掺杂,并详细介绍了每种掺杂的优缺点。非金属掺杂则被分为卤素掺杂和非卤素掺杂,并重点研究非金属掺杂对铋基材料的影响。此外,我们还纵向比较了每个元素的优点。结合最近的研究进展,简要介绍了结合金属和非金属元素优点的共掺杂。对于金属沉积,我们主要从肖特基势垒和局域表面等离子体共振(LSPR)效应两个方面介绍了对Bi基材料的影响。最后,我们也呈现了金属或非金属改性Bi基光催化剂目前面临的挑战和前景。

废汽车尾气催化剂特性解析及其对稀贵金属回收的影响

废汽车尾气催化剂是重要的稀贵金属二次资源,随着未来报废汽车的逐渐增加,废汽车尾气催化剂的数量相应增加。当前从废汽车尾气催化剂中回收稀贵金属(铂族金属、稀土金属和稀有金属等)的方法较多,但由于对废汽车尾气催化剂的特性了解不够全面,大多数回收方法在回收率、环境友好性、经济性上都不够理想,亟需对废汽车尾气催化剂进行科学全面地了解。对废汽车尾气催化剂的基本特征、物相及成分组成、废汽车尾气催化剂中PGMs、Ree、Zr等稀贵金属元素的赋存形式、元素迁移及分布状态、熔化过程等进行研究,全面了解废汽车尾气催化剂;揭示了催化剂中铂族金属被部分氧化、活性组分发生渗透转移、有价元素的非均匀分布、催化剂涂层烧损开裂、杂质元素的污染等因素共同造成了催化剂失效退役的失活机理;采用火法熔炼,合理设计选择熔炼渣剂及捕集剂回收其中的稀贵金属,可以有效地避免废催化剂自身特性所带来稀贵金属回收率低效的问题。

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。

烯烃聚合用茂金属催化剂及其载体

由于在α-烯烃、二烯烃以及苯乙烯聚合中的单中心催化性能,茂金属催化剂备受学术界和企业界的关注。为了进一步提高催化剂的活性、利用效率以及防止粘釜现象的发生和有效控制催化产物的微形貌,茂金属催化剂通常要负载在载体上进行使用。对茂金属催化剂的基本结构及发展历程进行了介绍,综述了茂金属催化剂载体的种类,包括MgCl 2、分子筛或多孔材料、层状材料、聚合物、碳纳米管和石墨、硅胶载体,总结了其自负载的特点和性能,指出开发高活性催化剂及其高效负载化工艺仍是今后该领域的重要工作。

沸石基金属硫化物加氢裂化催化剂研究进展

加氢裂化作为生产柴油、润滑油、喷气燃料等清洁油品和石脑油、烯烃裂解原料等化工品的重要工艺技术,在石油化工行业中发挥着不可替代的作用。加氢裂化反应中的双功能催化剂是由金属中心和酸性载体组成,沸石基金属硫化物催化剂在工业加氢裂化反应中一直占据主导地位。重点总结并讨论了沸石基硫化物加氢裂化催化剂的加氢活性相以及载体的酸性质、织构性质等对催化剂活性以及选择性的影响;分析了金属中心与酸性中心之间的平衡匹配(即双中心数量配比和距离)对催化性能的影响,探讨了双中心协同作用的机理;并对高效加氢裂化催化剂的开发进行了总结与展望。

双金属电催化CO_(2)还原催化剂的合成、表征和机理研究进展

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)是一种将CO_(2)转化为有价值的化学品的有效方法。然而,CO_(2)的转化是一个复杂的过程,涉及2、4、6、8和12等多电子转移步骤。因此,开发高效的催化剂以精确控制CO_(2)转化过程中的电子转移数目具有重要意义。单金属催化剂存在活性位点单一、反应动力学慢、产物选择性低和稳定性不足等缺点。双金属催化剂因其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注。通过引入次金属,可以改变催化剂的电子结构,促进新的活性位点的形成,从而优化中间体与活性位点之间的相互作用。因此,本文综述了以炭材料为基底的单原子双金属催化剂和合金、异质结构等非原子级的双金属催化剂以及它们的制备方法、结构表征和催化产物,归纳双金属催化剂的催化机理。最后,提出CO_(2)RR中遇到的挑战并对今后的发展进行展望。

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。

Ni-Pt/MgAl_(2)O_(4)双金属催化剂构筑及其对不同构型烃类蒸汽重整制氢性能的影响

航空煤油成分复杂,由上百种不同构型的烃类组成,然而正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃这几类主要组分的构型和性质差异甚大,导致其蒸汽重整反应特性存在较大差异。本论文在前期研发Ni/MgAl_(2)O_(4)基础上,引入Pt构建Ni-Pt双金属催化剂,系统考察了该催化剂对不同构型组分重整反应性能的差异,并对不同构型组分在该催化剂上的重整反应路径进行了阐述。结果表明:液相还原法引人Pt能够使双金属催化剂具有合适的酸性和良好的金属Ni分散性,Ni-Pt两种金属协同效应,不仅能够提高单Ni催化剂活性,同时能够减少Ni烧结,优化催化剂稳定性;另外,不同构型组分在双金属催化剂上的重整性能具有显著差异,其中正癸烷重整的产气率以及H,选择性较为优异。不同构型烃类燃料的反应活性为:甲基环已烷>正癸烷>乙苯。由于甲基环已烷在反应过程中C-C键键能弱,易开环形成链状自由基与水发生重整反应,乙苯具有芳香烃结构且不易开环,重整反应所需能量较高。

茂金属催化剂催化丙烯与乙烯共聚合研究

以桥联茂金属催化剂催化丙烯与乙烯共聚合,探究了助催化剂、反应温度、共聚单体用量、n(Al)∶n(Zr)和n(B)∶n(Zr)等对丙烯与乙烯共聚合及聚合物结构与性能的影响,优化了间歇溶液聚合的工艺参数,制备了丙烯-乙烯无规共聚物。在合适条件下,该催化体系的活性最高达2.05×10^(7)g/(mol·h)。溶液聚合小试最佳工艺条件:反应温度为70℃,n(Al)∶n(Zr)=150,n(B)∶n(Zr)=1.5。

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。

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。

生物质和塑料加氢脱氧制备燃料和化学品的双金属催化剂研究进展

在全球致力于实现碳中和的大背景下,生物质和废弃塑料的高值化利用已成为科研领域的研究热点.加氢脱氧反应(HDO),作为实现这一目标的重要途径之一,通过精准解离C-O/C-C键,为生产燃料和化学品提供了有效方法.在HDO过程中,C-O键的氢解及不饱和键的氢化是主要步骤,而C-C键的氢解则是需要避免的副反应.与简单的氢化反应相比,HDO过程需要具有双功能特性的催化剂,特别是当目标产物为含氧化合物时,催化剂的区域选择性至关重要.近年来,双金属催化剂在生物质及其衍生物以及含氧塑料废弃物和聚合物的HDO过程中的应用受到广泛关注.通过深入理解金属纳米颗粒与金属氧化物之间的协同作用和强相互作用,双金属催化剂的理性设计取得了显著进展.特别是,部分金属氧化物(如ReO_(x),WO_(x),MoO_(x),FeO_(x))与贵金属(如Ir,Pt,Ru)之间存在的强相互作用,不仅促进了C-O键的断裂,还有效保留了C-C键,为催化剂的高活性和高选择性奠定了基础.通过调整催化剂组成、使用小比表面积的载体等方法,可以进一步优化催化剂性能.本综述聚焦于金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中的最新研究进展,特别是总结了Ir、Pt和Ru基催化剂在HDO反应中的应用.由于这类催化剂的结构和性能能够精确控制,并且每种催化剂都具备独特的选择性,因此被广泛应用于生物质衍生物和塑料废弃物的HDO过程中.本文总结了双金属催化剂的结构特点、HDO反应机制、催化剂结构与催化性能之间的关联,以及这些催化剂在高附加值化学品生产中的实际应用.我们以甘油和1,2-丙二醇的氢解为模型反应,深入探讨了基于Ir、Pt和Ru的双金属催化剂的催化性能、结构特点和催化机理.这些催化剂在温和条件下实现了高效的氢脱氧反应,有效抑制了C-C键的断裂,并优化了化学选择性和区域选择性.双金属催化剂在生物质精炼和塑料/聚合物转化方面展现出广泛的适用性.本文还介绍了其在木质纤维素衍生原料、羰基化合物以及聚碳酸酯等塑料中的应用.然而,双金属催化剂的稳定性在实际应用中仍面临挑战,如金属烧结、浸出、积碳及金属-金属氧化物界面的重构等问题.因此,未来的研究重点是开发高效的再生方法和高度稳定的催化剂.综上所述,金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中展现出巨大潜力.通过深入研究和优化,有望为生物质和塑料的高值化利用提供有效解决方案.本文旨在为双金属催化剂的理性设计和优化提供参考,以期推动生物质和塑料的高值化利用技术的进一步发展和应用.

过渡金属电解水催化剂的非金属掺杂研究进展

过渡金属基材料成本相对较低,催化性能较为优异,是在全水分解领域最有希望替代贵金属基电催化剂的候选材料之一,但有限的活性位点、相对较差的电导率等因素限制了其广泛应用。非金属元素掺杂能够调节主体材料电子结构,优化吸附能,从而对过渡金属基电催化剂的活性与稳定性产生积极影响,缩减其与贵金属材料性能差距。本文总结了近年来非金属元素改性在过渡金属基电催化材料中的相关研究,系统综述了非金属元素掺杂的方法和不同非金属元素的掺杂效果,从物理化学性质的改变和电子结构的变化多角度分析了非金属元素改性对过渡金属基材料的影响,最后对非金属元素掺杂过渡金属基电催化剂的未来发展方向作出了展望。

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。

CuAg双金属催化剂选择性还原CO_(2)为CH_(3)OH的研究

CO_(2)选择性电催化还原生成甲醇、乙醇等液相产物是CO_(2)资源化利用的有效途径,但该技术存在产物选择性差、法拉第效率低等问题。因此,以Ag修饰的泡沫铜为催化剂,在0.1 mol/L Na_(2)SO_(4)的电解质溶液中将CO_(2)电化学还原为液相产物。结果表明,CuAg双金属催化剂能抑制析氢反应的产生,并显著提升甲醇产物的选择性,甲醇的法拉第效率高达85.48%;电解超过100 h,催化剂的催化性能仍保持稳定。

过渡金属调节酸性位点促进钯催化剂C-H键裂解能力提高甲烷完全燃烧性能

甲烷作为主要大气污染物之一,因其具有稳定的四面体分子结构,给其在温和条件下的催化氧化消除带来巨大挑战。旨在通过引入过渡金属(Cr、Mo、W)改性Pd基催化剂的酸性位点,促进C-H键的裂解,以增强甲烷催化氧化性能。通过XRD、Raman、H2-TPR、NH3-TPD等多种表征手段对催化剂的氧空位、酸性及氧化还原性能进行了系统探究。结果表明:过渡金属改性使得Pd催化剂的酸性位点显著增加,且过渡金属改性的PdM催化剂具有更高的氧空位数量;Mo改性的PdMo催化剂表现出更优异的氧化还原性能,而Cr和W改性的PdCr及PdW催化剂的氧化还原性能稍有下降;甲烷氧化反应结果表明,酸性位点适中的PdMo催化剂具有最优异的甲烷氧化性能,其T90温度较Pd催化剂降低约150℃,且表现出更好的反应稳定性;然而,酸性位点数量较多或较少的PdCr及PdW催化剂表现出较低的甲烷氧化活性,说明催化剂的酸性位点数量和氧化还原性能共同决定了其甲烷氧化性能。该结论为设计制备用于甲烷完全氧化的低温高效催化剂提供了思路。

金属纳米晶体电催化剂的电化学合成:原理、应用与挑战

金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶体的生成和生长过程。这限制了能够合成的金属基催化剂的种类,并导致清洗复杂和有机物残留的问题。电化学方法通过电化学响应获取体系过程信息,并可以通过调控参数来调节晶体的生长。特别是非水体系的电化学方法为活泼的过渡金属催化剂提供了可行的途径。然而,电化学方法自身对体系变化的敏感性使得从小面积电极制备催化剂扩展到电极级别的催化层制备面临挑战。这涉及许多机理和方法上的变化,对相关研究提出了较大的挑战。本文基于晶体生长机理,探讨了电化学制备金属晶体的可行性,并综述了电化学沉积制备纳米级金属电催化剂的研究。最后,对电化学制备纳米级金属晶体催化剂面临的挑战进行了分析,并提出了实现更广泛应用的建议。通过电化学方法制备金属纳米晶体催化剂在提高制备的可控性、减少有机物残留等方面具有潜在的优势,但也需要克服相关技术和方法上的难题,以实现其在能源转化等领域的应用。