Bi-Mo-Nb复合氧化物的结构与对丙烯氧化的催化活性

本文用XRD, IR, Raman, SEM和ESR等方法研究了系列氧化物Bi~2Mo~3-3XNb~2xO~12-4X(X=0.00, 0.02, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25) 的结构和对丙烯氧化的催化活性。结果表明, 在X<0.25范围内, 催化剂基本保持典型的α-Bi~2Mo~3O~12结构, 少量Nb^5+的掺杂, 可取代晶格中的Mo^6+, 产生氧空位,无序分布的氧空位的浓度先随X值的增加而增加, 当X=0.15时达到最大值, 催化剂对丙烯氧化的催化活性与这种氧空位的浓度成正比, 反应遵循Redox机理。     

稀土钙钛矿型氧化物催化剂上CO低温氧化性能研究

研究了稀土钙钛矿型氧化物La1-xA′xCo1-yBiyO3-δ(A′z=Ba0.2,Sr0.4;y=0,0.2)催化剂上一氧化碳低温氧化反应.XRD结果表明这4个催化剂均为单相立方钙钛矿结构.18O2和CO脉冲实验结果表明Sr掺杂催化剂的晶格氧活动度和反应性比Ba掺杂的强.TPR结果表明Bi的掺杂降低了催化剂的还原温度,提高了催化活性,且Sr取代部分La比Ba取代部分La更有利于增加催化活性.我们认为,Sr.(或Ba)和Bi的掺杂引起的催化活性的提高与氧空位浓度的增加,Co和Bi离子氧化-还原循环的改善以及晶格氧活动度的增加密切相关.     

烧绿石结构Y2-xMgxRu2O7-δ(x=0.05、0.1、0.15)的制备及其OER催化活性

采用溶胶-凝胶法制备系列的镁掺杂Y2-xMgxRu2O7-δ(YMRO?x,x=0.05、0.1、0.15)催化剂,通过X射线光电子能谱对其进行价态分析发现,采用小离子半径的Mg^2+取代烧绿石结构中处于A位的部分Y^3+,进一步增加了烧绿石结构中氧缺陷数量,也引发了部分Ru^4+转变为Ru^5+,释放电子到表面,促进了氧析出反应(OER)。其中YMRO?0.1催化剂的含氧缺陷浓度最高,其催化活性最高。在达到10 mA·cm^-2电流密度时,相比于RuO2(358 mV)、Y2Ru2O7-δ(294 mV),YMRO?0.1仅需施加265 mV过电位并且其Tafel斜率相对于RuO2(88 mV·dec^-1)和Y2Ru2O7-δ(64 mV·dec^-1)仅为45 mV·dec^-1。此外,由于氧空位增多,即活性位点增多,降低了自由基从金属位点脱附的吉布斯自由能,促进了OER催化性能。第一性原理表明,替位原子MgY与氧空位形成复合体,可以降低氧空位形成能,同时随着Mg^2+引入,带隙变小,电荷迁移能也随之变小,进而可以得到更高的催化活性。     

含铈多元氧化物的活性结构及在丙烯氨氧化中的作用

本文利用流化床反应器研究了多元复合氧化物PMo_(12)Bi_3Fe_(8-x)Ce_xK_(0.1)O_y(x=0-8)中稀土元素铈对丙烯氨氧化的催化作用,并用x-射线衍射、红外光谱、扫描电镜和热重技术表征了催化剂的结构,发现x=2-3时,丙烯腈的收率最高。催化剂中存在Fe_2(MoO_4)_3,Ce_2(MoO_4)_3、α-Bi_2O_3、3MoO_3。这三种物相的互相溶解和凝结形成固溶体和准均相,使活源。份在各物相表面或界面上均匀分布,由此产生的各活性组份的协调作用是催化活性的主要来性组铈能抑制MoO_3升华,稳定活性相结构。     

尿素研磨燃烧法合成Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化分解的研究

采用尿素研磨燃烧法快速制备Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体催化剂,考察不同焙烧温度下Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体常压下催化分解乙硫醇的活性。利用XRD,TEM,BET,H2-TPR,XPS和Raman等方法对催化剂的物化性质、表面结构进行研究。结果表明:Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化降解有较好活性。在一定范围内升高焙烧温度有利于更多Zr4+进入Ce O2晶格,从而增加氧空位浓度,但过高的温度会使催化剂颗粒团聚,并降低催化剂表面吸附氧的相对含量,导致催化剂比表面积降低。600℃焙烧的Ce0.8Zr0.2O2固溶体表现出对乙硫醇催化分解最佳活性,得益于催化剂表面Ce3+浓度、氧空位浓度与比表面积的协同作用。一方面,这些表面Ce3+浓度与催化剂氧空位浓度,有利于氧迁移,对催化分解反应有促进作用,另一方面催化剂比表面积越大,越有利于反应物吸附、暴露更多活性位点,进而增加催化活性。     

不同金属负载对Cr/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备Cr/Al_2O_3-TiO_2催化剂,在考察不同Cr负载量的基础上,研究不同金属负载与焙烧温度对Cr/Al_2O_3-TiO_2催化剂结构与性能影响。程序升温氧化(TPO)结果表明,当Cr负载量为10%(w/w)时具有较好的催化活性;不同金属负载Cr/Al_2O_3-TiO_2时,负载Co及在焙烧温度为550℃时催化剂具有较好的活性。通过程序升温还原(H_2-TPR)表征发现,Co的负载使催化剂的低温氧化还原能力逐渐提高,表明Co-Cr具有较好的协同催化作用。X射线光电子能谱(XPS)表征表明,Co增加了Cr~(6+)和表面吸附氧(O_β)含量,随着焙烧温度的升高(450～550℃),晶格氧不断向催化剂表面流动,表面化学吸附氧O_β比例逐渐增加,导致催化活性不断升高,说明Cr~(6+)和O_β是催化氧化NO的重要活性物种。     

Ce掺杂对La1-xCexCoO3催化剂的结构和催化氧化性能的影响

采用非晶态配合物的方法合成了La1-xCexCoO3(x=0、0.05、0.1、0.2、0.3)催化剂, 并采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面测定仪(BET)等手段对催化剂的微观结构进行了研究. 揭示了Ce掺杂对催化剂的钙钛矿结构, CO催化氧化以及催化氧化发光性能的影响规律. 结果表明, 在Ce4+掺杂部分取代La3+后, 催化剂形成了镧不足的La1-xCeyφx-yCoO3(φ是A位离子空位)钙钛矿相以及CeO2和Co3O4物相. 与LaCoO3催化剂相比, x=0.1催化剂的CO催化氧化活性最高(T100%=290 ℃). La1-xCexCoO3催化剂对CO催化氧化发光的响应与其催化活性密切相关.     

g-C3N4/双钙钛矿复合材料的制备及氧催化性能

通过溶胶-凝胶法制备出不同Ni掺杂比例的双钙钛矿Sr_2Ni_xCo_(2-x)O_6(x=0.2,0.4,0.6,0.8),通过热分解法制备出具有层状结构的纳米颗粒g-C_3N_4,并制备其复合物催化剂。将双钙钛矿和g-C_3N_4分别制备成双功能电极片,用于测试其对氧还原(ORR)和氧析出(OER)的催化活性,然后选取具有最佳氧催化活性的Ni掺杂比例x=0.4的双钙钛矿与一定重量比例的g-C_3N_4进行复合,测试复合催化剂的氧催化活性。结果表明,复合后的催化剂催化效果明显优于单一催化剂,当g-C_3N_4添加量占双钙钛矿的30%(w/w)时复合催化剂催化氧还原反应的最大电流密度为395.7 mA·cm~(-2)(-0.6 V vs Hg/HgO),氧析出反应的最大电流密度为372.0mA·cm~(-2)(1 V vs Hg/HgO),这表明g-C_3N_4与Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6复合后协同催化能够提高双钙钛矿的氧催化活性。     

磁性MnO_2-Fe_3O_4复合氧化物催化5-羟甲基糠醛氧化合成2,5-呋喃二甲酸研究

以不同晶型的MnO2为催化剂进行5-羟甲基糠醛(HMF)氧化反应,并将催化活性较高的α-MnO_2与Fe_3O_4复合制备磁性MnO_2-Fe_3O_4复合氧化物,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、NH_3/CO_2程序升温脱附(NH3/CO2-TPD)及吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)对催化剂的结构和性质进行表征和分析。结果表明,复合后的催化剂仍保持α-MnO_2和Fe_3O_4基本结构,但催化剂中活性中心Mn~(4+)·O~(2-)离子对数量增加,使其对HMF氧化反应的催化活性相对α-MnO_2和Fe_3O_4显著提升。对HMF氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的反应条件进行优化,复合催化剂Mn8Fe3Ox对HMF表现出良好的催化活性,在最优化条件下,HMF可完全转化,FDCA收率为76.9%。     

La_(1-x)Rb_xMnO_3钙钛矿催化剂同时消除NO和碳烟的催化性能

采用溶剂热法制备了La_(1-x)Rb_xM n O_3(x=0、0.1、0.2、0.3)钙钛矿型复合金属氧化物催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM、XPS和H_2-TPR等手段对催化剂进行表征,在微型固定床反应器上评价了其同时消除NO和碳烟的催化性能。结果表明,La_(1-x)Rb_xM n O_3催化剂具有单一的钙钛矿结构,样品中Mn物种以Mn~(3+)和Mn~(4+)的形式存在。与LaMn O_3催化剂相比,Rb~+部分取代La~(3+),催化剂体系中形成较多的高价Mn~(4+)和氧空位,其氧化还原性能提高,催化性能得到改善。随着Rb~+取代量的增加,NO转化率升高,碳烟燃烧温度降低。当x=0.3时,La_(0.7)Rb_(0.3)M n O_3催化剂上CO_2浓度峰值温度t_(max)为430℃,CO_2的选择性为99.0%;反应温度为429℃,NO转化率达到最大,为59.7%。     

杂原子(Zr,Y)掺杂的铈基催化剂中氧物种与其催化CH_3SH分解的活性/稳定性之间的关系（英文）

铈基催化剂因其优异的储放氧能力被广泛地应用于多种催化反应.铈基材料作为催化剂在CH_3SH(甲硫醇)分解反应中的应用也因其产物简单、易处理而受到越来越多的关注.本课题组在前期研究中发现,纳米二氧化铈在CH_3SH催化分解反应中表现出较高的催化活性,然而催化剂却在很短时间内快速失活.为进一步提高铈基氧化物的稳定性,我们通过引入稀土元素对氧化铈催化剂进行改性,结果发现其稳定性明显提高;同时催化剂稳定性与氧空位数量有关,氧空位数量越多,催化剂越稳定.然而,目前关于氧空位对催化CH_3SH分解反应的具体作用,CH_3SH在铈基材料上的失活机理以及氧物种与催化行为之间的相互关系尚不清楚.因此,有必要进一步研究氧空位对提高催化稳定性的贡献并揭示催化行为与氧物种之间的相互关系.本文通过微波辅助柠檬酸络合法制备一系列杂原子(Zr,Y)掺杂的铈基催化剂CeO_2,Ce_(1-x)Z_rxO_2,Ce_(1-x)Y_xO_2-δ(x=0.25,0.50,0.75,1.00),通过考察锆、钇杂原子价态和离子半径对CH_3SH催化分解活性和稳定性的影响来探索铈基催化剂中氧空位的作用及氧物种与催化行为之间的关系.其中,氧物种与催化行为之间的关系可包括两类:(1)表面晶格氧与催化活性之间的关系;(2)体相晶格氧迁移与催化稳定性之间的关系.催化性能和表征结果表明,铈基氧化物中表面晶格氧对CH_3SH催化转化起着至关重要的作用.Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2在CH_3SH的催化分解中表现出更高的催化活性,这是由于Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2有更多的表面晶格氧、活性氧物种及良好的氧化还原性能.Ce_(0.75)Y_(0.25)O_2-δ也表现出更好的催化稳定性,这是由于催化剂中有更多的氧空位,它们会促进体相晶格氧迁移到催化剂表面以补充表面晶格氧.此外,Ce与杂原子之间化学价差极大地影响着表面晶格氧含量以及催化剂中体相氧的迁移率,进而影响铈基催化剂的活性和稳定性.     

Ag/TiO_(2-x)N_x与TiO_(2-x)N_x可见光催化降解丙烯的活性对比

利用纳米管钛酸(NTA)和氨水的水热反应制得TiO_(2-x)N_x系列催化剂,并进一步通过热分解-机械研磨的方法在TiO_(2-x)N_x表面附着上银颗粒,制得Ag/TiO_(2-x)N_x系列催化剂.采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征和分析.光催化氧化丙烯的实验对比了TiO_(2-x)N_x与Ag/TiO_(2-x)N_x两个系列催化剂的可见光催化活性,考察了氧空位、晶型结构、氮含量和银颗粒对催化剂可见光催化活性的影响.结果表明,催化剂锐钛矿的晶型越好,氧空位含量越高,催化剂的可见光催化活性越好;贵金属银的电子捕获能力使得Ag/TiO_(2-x)N_x的可见光催化活性远高于TiO_(2-x)N_x催化剂.     

非晶态ZrO_2镶嵌的超细CeO_2催化HCl氧化

采用不同方法制备了铈锆复合氧化物催化剂用于催化HCl氧化反应。自发沉积策略制备的CeO_2@ZrO_2催化剂中,超细CeO_2纳米粒子均匀的镶嵌于非晶态ZrO_2中。CeO_2粒子显著的"尺寸效应"使得该催化剂具有更高的Ce~(3+)和氧空位浓度,而较高的Ce~(3+)和氧空位浓度使得催化剂具有优异的低温氧化还原性能和储释氧能力。催化性能测试表明,CeO_2@ZrO_2催化剂展现出最好的催化活性(1.90 gCl2·gcat~(-1)·h~(-1)),同时CeO_2粒子周围非晶态的ZrO_2阻碍CeO_2的高温烧结,提高了该催化剂的稳定性。     

La_(1-x)Ba_xCo_(0.8)Ni_(0.2)O_3复合氧化物的制备及其对CO催化燃烧性能

采用溶胶-冷冻干燥法制备了La1-xBaxCo0.8Ni0.2O3(x=0~0.4)催化剂粉体。用X射线衍射(XRD)、比表面测定仪(BET)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对催化剂的结构和形貌进行了表征,并考察了催化剂的最佳焙烧温度和催化活性。研究表明,催化剂的最佳焙烧温度为600℃。掺杂Ba2+后,催化剂以钙钛矿相和BaCO3相共存,不能形成单一的钙钛矿型结构。催化活性测试表明,当x=0.2时,催化剂对CO的催化活性最高(T90%=126℃)。     

在镍系钙钛石型催化剂上的氨氧化 Ⅰ.催化剂La_(1-1.333x)Th_xNiO_(3-λ)的结构与催化性能

研究了La_(1-1·333X)Th_XNiO_(3-λ)(0≤x≤0.75)催化剂的固态性质与催化氢氧化性能的关系。发现在LaNiO_3中掺入Th~(4+)能形成阳离子空位,稳定体系中Ni~(3+)浓度和降低氧空位的有序化程度,从而提高了催化剂的NO选择性。氨氧化制硝酸的主要活性氧种可能是定位在氧空位上的O~-离子。催化机理遵从Redox机理,阳离子空位的形成有利于Redox过程的进行。     

Keggin型杂多酸SiMo_(12-x)V_x(x=1,3,5)光催化甲基橙脱色性能研究

采用乙醚萃取法合成三种硅钼钒杂多酸SiMo_(12-x)V_x(x=1,3,5),利用红外光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(UV-Vis)、循环伏安法(CVs)对化合物的结构进行表征。分别对三种硅钼钒杂多酸SiMo_(12-x)V_x(x=1,3,5)脱色甲基橙的催化活性进行研究,三种催化剂的催化活性为SiMo_7V_5Si Mo_9V_3Si Mo_(11)V_1;并考察了SiMo_7V_5在不同pH及不同浓度甲基橙的光脱色效果的影响。     

改性Al_2O_3对单钯催化剂净化甲醇性能的影响

以稀土助剂Ce,Zr,La改性的Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列单Pd催化剂,运用低温N2吸附-脱附,X射线衍射(XRD),H2程序升温还原(H2-TPR),CO2-程序升温脱附(CO2-TPD),X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,并考察其对甲醇的催化氧化性能以及对氧的利用性能。结果表明:Ce与Al_2O_3可形成均一的固溶体结构,改善催化剂的还原性能,增加金属与载体界面上晶格氧的浓度,进而提高催化剂对氧的利用性能,使氧完全利用窗口宽至0%~1.88%;La通过电子效应改善了Pd与载体间相互作用,重新分配催化剂表面碱性位,生成有利于甲醇活化的Lewis强碱性位,并使Pd向高氧化态过渡,两者协同作用改善了催化剂对甲醇的催化活性,T50,T90以及ΔT分别降低28,52和24℃;Zr引起催化活性下降可能与碱性位数量减少以及较低氧化态的Pd物种的存在有关。3种助剂助催化效果递变规律为:La2O3Ce O2Zr O2。     

双阳离子钒掺杂杂多酸离子杂化体催化的2,3-吡啶二羧酸的合成研究

以磺酸基官能化线性结构季铵有机离子、二价铜离子与Dawson构型钒掺杂杂多酸H_7[P_2Mo_(17)VO_(62)]、H_8[P_2Mo_(16)V_2O_(62)]、H_9[P_2Mo_(15)V_3O_(62)]为合成子,在水相中经分子自组装,构建了系列以杂多酸阴离子为内核的类核壳结构离子杂化体IH-1～11,离子杂化体同时具有Br?nsted和Lewis酸性及氧化催化活性。离子杂化体为非均相催化剂、工业级氯酸钠为氧化剂,水为反应溶剂,实现了8-羟基喹啉一步氧化为2,3-吡啶二羧酸,当n(杂多酸离子杂化体(IH-10)∶n(8-羟基喹啉)∶n(氯酸钠)=0.002 5∶1∶3.0时,回流反应10h,2,3-吡啶二羧酸产率92%,熔点187℃。杂化体经简单的过滤分离后即可循环使用,循环使用5次催化活性基本保持不变。     

Pr2-xSrx CoO4±λ催化剂的合成及对CO还原NO的活性

采用聚乙二醇凝胶法合成了Co系稀土复合氧化物Pr2-xSrxCoO4±λ(0.2≤x≤1.0),以CO还原NO为探针反应及XRD、IR、TPR、XPS和化学分析等方法对催化剂的组成、结构进行了表征.结果表明所有样品都具有K2NiF4型结构,x=0.2和x=1.0时,样品中有少量杂相,0.6≤x≤1.0时,形成的复合氧化物除T相外尚有少量T*相生成;Pr2-xSrxCoO4±λ复合氧化物中Co3+的含量及非化学计量氧(λ)随x增大而增加;CO还原NO的催化活性与Co3+含量以及氧空位浓度有关.     

OL负载Cu催化剂及其催化氧化CO及乙酸乙酯性能

采用氧化还原法合成了层状锰氧化物(OL),并以OL为载体采用离子交换法制备了不同Cu负载量的Cu_x/OL催化剂。利用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、N_2吸附/脱附、H_2~-程序升温还原(H_2-TPR)、TG(热重)、X射线光电子能谱(XPS)、O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)等技术对所制催化剂进行结构和织构表征,并对其催化氧化CO及乙酸乙酯活性进行了评价。结果表明,OL具有典型的层状锰氧化物结构,适量掺杂Cu对OL的结构和织构影响不大,但Cu的掺杂明显影响Cu_x/OL的还原性、氧移动性及催化剂表面Cu~(2+)/CuO、(Mn~(2+)+Mn~(3+))/Mn~(4+)和Oads/Olatt的比例。Cu_x/OL的催化性能与以上因素密切相关。在Cu_x/OL样品中,Cu_5/OL催化剂具有最佳的催化活性(CO催化氧化,T_(50)=70°C和T_(90)=100°C;乙酸乙酯催化氧化T50=160°C,T90=200°C)。同时,Cu_5/OL催化剂具有最佳的还原性能、氧移动性能和最多的Cu~(2+)、(Mn~(2+)+Mn~(3+))和表面吸附氧浓度。Cu_x/OL催化性能与铜锰之间相互作用、还原性和氧移动性能密切相关。