Pd/Al2O3表面上活性位性质及其与加氢反应动力学参数间的关系

近年发展起来的新的动态技术能够用于分离测定非均相催化反应的吸附平衡,吸附和表面反应速率系数,而中毒实验使人们能够测定催化剂表面上活性位的容量和强度性质。如果把两者结合起来(可称作动态中毒法)就有可能研究催化剂表面上活性位性质与其动力学参数间的关系。本文的目的,是要在作者早先工作的基础上,在三相浆态床反应器中,应用动态中毒法探索研究Pd/Al_2O_3催化剂表面上活性位性质及其与α-甲基苯乙烯     

催化反应色谱技术的理论和实践

在动态过程中,由于表面上吸附物种的浓度随时间而变化,因此有可能提供稳态流动法不可能获得的信息。本文提出了能够获得反应物峰矩量值的催化反应色谱理论,并以此理论初步考察了噻吩氢解和环己烷脱氢反应,测定了不同温度下反应的吸附和表面反应速率,获得了分离的吸附和表面反应速率常数值,得到了两反应的吸附热和表面反应活化能值。环己烷的吸附速率常数>10~6可以认为瞬时达到平衡;噻吩加氢的吸附速率在约270℃时有一转折,结果表明,不需假设单一速率控制步骤即可分别地测定吸附和表面反应速率,从而对催化反应的动力学特性和反应机理有可能作较深人的了解。     

Pt基催化剂表面氢氧电催化反应的理论计算研究

氢氧电催化反应是氢能源体系的重要反应,其热力学和动力学直接影响水解制氢和燃料电池的能量效率和功率密度.过去十多年来,基于量子化学的理论计算在电催化剂设计及电催化反应机理研究中得到广泛应用.结合文献结果,本文介绍了近年来在Pt基催化剂表面氢、氧电催化反应理论计算研究中获得的结果和认识.在研究中重点对反应中间体吸附结构、覆盖度及其对反应路径和动力学的影响机制进行了分析.结果指出,反应中间体的吸附特性不仅会影响反应控制步骤的活化能,同时通过改变表面反应活性位的结构和数量影响表面反应速率.对火山顶点附近的Pt基催化剂,简单计算的吸附能不足以准确预测催化剂活性,必须考虑吸附质的覆盖度和吸附结构的影响.在此认识基础上,根据表面反应自由能及速率与关键中间体吸附能、覆盖度及电极电势的关系建立微观动力学模型,利用密度泛函理论计算获得关键吸附中间体在催化剂表面的电化学吸附等温线(吸附结构及覆盖度与电极电势的关系),确定反应活性位、反应路径和动力学,构建催化活性与吸附能的关系曲线,预测催化剂的表面结构及尺寸效应,并对一些重要实验结果进行解释.     

Pd/Al2O3催化剂上CO的吸附型式和加氢表面反应

研究了CO在Pd/Al_2O_3催化剂上的化学吸附、红外光谱和加氢表面反应。催化剂中Pd含量和分散度对CO化学吸附中心数目和吸附型式的影响比较显著。随Pd含量或分散度的降低,CO红外振动频率带强度逐渐减小,甚至消失。CO在0.5—6.0％Pd催化剂上有两种相当于桥式和线式的吸附态,在程序升温过程中,CO在Pd上的桥式吸附态比线式吸附态稳定。根据红外光谱和程序升温表面反应实验结果,阐述了CO吸附态和表面反应之间的关系。此外,还从金属与担体相互作用的观点讨论了CO线式振动频带向高波数发生位移的原因。     

单晶表面上水-气转移反应动力学及可逆吸附的作用—─Monte Carlo 模拟研究

用二元方格网络表示Ｃｕ（１１１）单晶表面上吸附活性位构型，建立了一个水－气转移反应的蒙特卡罗模型；对水－气转移反应的动力学进行了模拟，并研究了可逆吸附在表面反应中的重要作用．当水的解离吸附为反应的决速步骤时，模拟得到的ＣＯ和Ｈ２Ｏ的反应级数与Ｃａｍｐｂｅｌ等的单晶实验结果一致．模拟研究还表明，可逆吸附不仅可以抑制催化剂表面同种吸附物种ｃｌｕｓｔｅｒ的形成，而且可以不断提供新的吸附活性位，从而使表面反应稳定进行得以维持．     

二甲苯异构化催化剂的表面酸性及其催化活性

用流动TPD和TPR方法以及红外光谱研究了二甲苯异构化催化剂的酸性质及其表面反应,得到了NH_3在不同的二甲苯异构化催化剂上的程脱谱,并计算了它们的酸中心数及在两种不同强度的酸中心上NH_3的脱附活化能。还用红外光谱测定了具有不同催化活性的二甲苯异构化催化剂上表面酸的类型,并研究了不同的二甲苯异构化催化剂上的表面反应,得到了催化活性、选择性与酸性质相关联的信息。     

CO氢化催化剂表面活性位的动态法研究

用程序升温表面反应(TPSR)和程序升温还原(TPR)以及过渡应答(TR)等动态手段研究Ni/Al_2O_3催化剂表面上CO氢化反应的活性位状况。结果表明, 催化剂表面存在两种类型的活性位。其中A位来自表面上的聚晶体Ni, B位来自Ni与载体Al_2O_3强相互作用形成的Ni-Al化合物。实验结果还表明, CO在两个活性位都有吸附, 但在有H_2参与的条件下, 会影响二个活性位上的CO吸附量。     

脉冲热重差热法用于研究载体对镍催化剂上一氧化碳甲烷化反应的影响

用脉冲热重差热法测定了六种负载镍催化剂及一种纯镍催化剂的镍金属晶粒大小、CO在催化剂上的吸附热以及甲烷化反应活性等。由脉冲反应过程的热重曲线可以看出,在473—525K,反应的速率决定步骤是表面反应,温度较高时才逐渐转移到CO吸附。差热曲线上出现两个放热峰,第一个主要是CO吸附的放热峰,第二个则是被吸附的CO和氢反应的放热峰。     

几种吡啶衍生物在Y型分子筛上置换吸附的红外光谱研究

沸石分子筛是一类固体酸催化剂,常用吡啶及其衍生物这类碱性物质来测定其酸中心的类型和酸度.近年来,有些作者利用空间位阻胺在酸中心上的选择吸附性质,来进行固体酸催化剂表面的Bronsted酸和Lewis酸的测定.实验发现,同一种吡啶衍生物在不同的沸石分子筛上的吸附稳定性不同,不同的吡啶衍生物在同一种固体酸催化剂上的吸附稳定性也不相同.利用这一性质,我们曾用脉冲色谱法和红外光谱法研究了吡啶对于2,6-二甲     

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂,同时研究了NH3和NOx(NO和NO2)在该催化剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率,得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34上的吸附性能及其在NH3选择性催化还原(NH3-SCR)反应中的作用.研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验.瞬态实验结果表明NH3是吸附性气体.程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH3可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH3物种,它们显示不同的SCR活性.NH3在Cu2+上的吸附速率最快,且键强最强.NOx可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在CU物种上.最后,本文讨论了NH3选择性催化还原反应过程中在Cu物种上的中间物种并推测反应机理.     

应用程序升温脱附技术的一个物理化学实验

一、引言程序升温脱附简称 TPD(Temperature programmedDesorption),是Amenomiga和Cvetanvic于1963年首先提出的一种测试技术,近十多年来发展迅速,已成为研究催化剂表面性质,吸附中心强弱,数目及表面反应的有效手段。由于它所需设备较简单和数据处理较方便,我们已将它作为中级物理化学实验测定某些动力     

CO2在Cu-Pd/MoO3-SiO2催化剂上的吸附与表面反应

用表面反应改性法制备了ＭｏＯ３－ＳｉＯ２表面复合物，用等体积浸渍法制备了ＭｏＯ３－ＳｉＯ２担载Ｃｕ－Ｐｄ金属催化剂，用ＩＲ和ＴＰＤ研究了Ｃ类其上的吸附，考察了ＣＯ２吸附产生ＣＯ和Ｏ的ＴＰＤ－ＭＳ结果，讨论了ＣＯ２在Ｃｕ－Ｐｄ／ＭｏＯ３－ＳｉＯ２上的表面反应机理。结果表明：ＣＯ２在催化剂上具有良好的化学吸附性能，形成线式吸附态、剪式吸附态和卧式吸附态；ＣＯ２卧式吸附态具有良好的表面反应活性，一定温度     

Rh-Mn-Li/SiO2催化剂上CO加氢制C2含氧化合物:载体硅烷化程度的影响

以三甲基氯硅烷为硅烷化试剂,对硅胶进行不同程度硅烷化预处理,采用浸渍法制备了其负载的Rh-Mn-Li催化剂,用于CO加氢制C₂含氧化合物的反应,并运用红外光谱、N₂吸附-脱附法、C含量测定、透射电镜、H₂程序升温还原和程序升温表面反应等手段对载体和催化剂进行了表征。结果表明,制得的不同硅烷化程度硅胶织构性质变化不大,它们负载的催化剂上Rh平均粒径均在3nm左右,硅烷化对催化剂吸附CO的形态和Rh的还原性能的影响均很小,但随着载体硅烷化程度的提高,催化剂上Rh解离CO的能力增加,因而其活性逐渐增加,且不影响C₂含氧化合物的选择性。     

NiW／γ—Al2O3加氢催化剂化学吸附性质的研究

采用脉冲色谱法测定了噻吩在硫化态ＮｉＷ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂上化学吸附过程中热力学函数的变化，并与噻吩加氢脱硫（ＨＤＳ）反应活性进行了关联。结果表明，噻吩在硫化态ＮｉＷ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂上的吸附不能太强，催化剂中的Ｎｉ可以降低噻吩在催化剂表面上的吸附强度，增加ＨＤＳ反应生中心的数目。     

TPR-IR，TPSR-IR法研究Ni/Al2O3和Ni/MgO催化剂的担体效应

用程序升温反应原位红外跟踪法(TPR-IR),程序升温表面反应法(TPSR)和程序升温表面反应原位红外跟踪法(TPSR-IR)研究了Ni/Al_2O_3,Ni/MgO催化剂的甲烷化反应。发现Ni/Al_2O_3催化剂的活性高于Ni/MgO催化剂,而后者的CO_2选择性远高于前者。通过观察程序升温反应过程中CO吸附态的动态行为,考察了催化剂活性中心的种类和性质,从表面键的角度分析了表面碳物种与活性中心的关系,认为担体对催化剂活性的影响在于改变了催化剂活性中心的种类和性质,担体改变CO_2产物的选择性可能是担体影响了金属中心上的两个竞争反应,其微观机制可能与CO_2由镍中心向MgO担体上的迁移有关。     

密度泛函理论计算研究表面应力对钯催化乙炔选择性加氢活性与选择性的影响（英文）

在石油催化裂解过程中,除了生成乙烯、丙烯及丁烯等烯烃,还会产生部分炔烃.目前工业上通常采用炔烃选择性加氢转化为对应的单烯烃,以除去其中炔烃.由于产品烯烃中的炔烃等杂质含量需极低,这就对用于加氢催化剂的活性和选择性提出了很高的要求,即催化剂需要选择性吸附炔烃并加氢,而不损失其中的烯烃.经过前期大量的基础研究工作,目前工业中炔烃选择性加氢应用最广泛的催化剂是负载型钯基催化剂.然而,单独的钯金属选择性并不理想,因而对其选择性以及活性进行调控成为了当前关注的研究课题.本文采用密度泛函理论计算结合微观反应动力学模拟手段,研究了钯金属表面应力存在条件下的活性与选择性,以及形成次表层物种的可能性和形成后的活性与选择性.研究发现,改变钯金属的晶格参数与表面应力,反应物、表面反应中间体和产物的吸附能都会产生相应的变化,且吸附能与晶格参数的变化存在线性关系,晶格参数越大,吸附越强.利用表面反应过渡态能量与初始态能量之间的线性关系,相应的乙炔加氢生成乙烯的反应速率可以通过微观反应动力学模拟得到.结果显示,不同晶格参数的钯催化剂催化乙炔加氢生成乙烯的反应活性位于相应火山型曲线的强吸附侧,即减弱乙炔和氢的吸附强度可提高乙烯的生成速率.在此基础上,本文研究了不同表面应力的钯催化剂在次表面吸附不同覆盖度碳原子和氢原子的情况,发现晶格参数越大越有利于碳原子和氢原子在次表面的吸附.同时,研究发现在次表面碳掺杂的条件下,不同表面应力条件下的钯催化剂的活性均有所增强.此外,由于乙烯在所有研究的钯催化剂表面脱附比进一步加氢容易,因而乙烯都可以选择性生成.     

复合氧化物催化剂(Cu)CeO2上硝基苯加氢反应的研究

 基于用FT－IR表征H2与硝基苯在催化剂（Cu）CeO2上的吸附和反\r\n应行为，对硝基苯加氢反应进行了研究．结果表明，氢在催化剂表面的\r\n吸附主要为解离吸附，硝基苯的吸附也主要为化学吸附；两种吸附物种\r\n在催化剂上进行表面反应生成易脱附的苯胺，避免了产物与反应物间的\r\n竞争吸附，有利于反应物完全转化．在（Cu）CeO2催化剂上，硝基苯加\r\n氢反应机理为朗格缪尔－欣谢伍德型，即表面反应为控制步骤．     

二氧化碳加氢直接合成二甲醚催化剂的研究 Ⅰ. 沉淀剂对催化剂结构和性能的影响

使用不同沉淀剂制备了CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5复合型催化剂，考察了其对CO2直接加氢的催化性能，并采用H2-TPR、XRD、BET、CO2-TPD、H2-TPD等表征方法对催化剂物化性质进行了表征。研究结果表明，沉淀剂对催化剂的反应性能、晶相结构、还原难易程度、以及对CO2、H2的吸附性能等均有显著影响。催化剂上存在两种吸附位，催化剂的活性、选择性与其吸附性能密切相关。研究结果可以较好地解释CO2直接转化为甲醇和二甲醚的反应机理。     

CO2在Cu—Ni／MnO3—SiO2催化剂上的吸附与反应

采用表面反应改性法制备了ＭｏＯ３－ＳｉＯ２（ＭｏＳｉＯ）表面复合物,用等体积浸渍法制备了Ｍｏ－ＳｉＯ担载的Ｃｕ－Ｎｉ双金属催化剂。利用ＩＲ和ＴＰＤ研究了ＣＯ２在催化剂表面上的吸附性能,并讨论了ＣＯ２在Ｃｕ－Ｎｉ／ＭｏＳｉＯ上的表面反应机理。结果表明,ＣＯ２在上述催化剂上有良好的化学吸附性能,形成线式吸附态、剪式吸附态和卧式吸附态;ＣＯ２卧式吸附态具有良好的表面反应活性,在一定温度下可解离为吸附的Ｃ     

负载型钯催化剂的硫中毒机理—硫对催化剂上CO吸附性质的影响

制备了负载型Pd/Al_2O_3和Pd/MgO催化剂,借助于CO探针分子,用原位FT-IR研究了不同状态的硫对催化剂上活性组分的影响,结果表明,吸附在多位活性中心上的硫(一般是不可逆吸附硫)除了屏蔽本身所在的活性点外,对周围单活性中心还具有电子效应;吸附在单活性中心上的硫(主要为可逆吸附硫),主要以屏蔽效应影响催化剂的性质,载体上的硫对活性组分的电子状态具有一定的影响。