NO气体在TiO2表面的吸附行为

采用TPD (Temperature Programmed Desorption)试验方法测定了NO在TiO₂表面吸附后的脱附谱, 揭示了气体脱附量的变化规律. 结果表明, NO在TiO₂表面吸附后可在两个峰值温度450和980 K脱附出N₂气体, 其活化能分别是0.48 和2.5 eV. TiO₂表面经预覆氧处理后, N₂的脱附量降低. N₂的脱附量随NO气体暴露量增加而增加, 但当气体覆盖度超过一定值后, 脱附量趋于定值. 脱附峰值温度随气体暴露量的增加而降低.     

用分子轨道理论研究NO气体在TiO2表面吸附

根据一氧化氮(NO)气体在二氧化钛(TiO₂)表面吸附和脱附的实验结果, 揭示了气体脱附量的变化规律. 利用MOPAC 和GAUSSIAN分子轨道理论计算了在TiO₂(110)表面上吸附NO分子的原子簇模型, 电荷分布以及原子簇的能级, 推断了NO在TiO₂(110)表面吸附的稳定性.     

NO在Cu(111)表面吸附和分解的XPS和TPD研究：不同氧物种的影响

利用X射线光电子能谱和程序升温脱附谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Cu(111)表面上的吸附和反应.通过改变NO的暴露量和退火温度,在Cu(111)表面可以制备出不同种类的化学吸附氧物种,其O 1s的结合能分别位于531.0 eV (O₅₃₁)和529.7 eV (O₅₂₉).表面O₅₃₁物种的存在对NO的不同吸附状态有着显著影响,同时使得大部分NO吸附分子(NO(a))在加热过程中发生分解并以N₂O和N₂形式脱附; 而表面O₅₂₉物种对NO(a)的解离脱附有着明显的抑制作用.相对于O₅₃₁物种来说,O₅₂₉物种对NO吸附表现出更强的位阻效应.上述结果表明,NO在Cu(111) 表面的吸附和分解行为与预吸附氧物种的种类和覆盖度密切相关.     

不同pH值制备的TiO2和TiO2/SiO2催化剂结构、表面性质及光催化活性

以TiOSO₄和SiO₂溶胶为原料, 采用沉淀法用氨水调节pH值制备TiO₂和TiO₂/SiO₂催化剂. 制备的催化剂用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), N₂吸附(BET), 紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱, 程序升温脱附(NH₃-TPD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱技术分析. XRD谱图显示纯TiO₂中锐钛型和金红石相共存, 且金红石相含量随pH值升高而增加. 但是, TiO₂/SiO₂催化剂只有锐钛型. 扫描电镜发现制备的催化剂呈类球形, 颗粒间相互交叠, 粒径在10-25 nm之间. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的比表面积随pH值升高略有增大. SiO₂的添加会增大催化剂的比表面积. 程序升温脱附实验结果说明催化剂的表面酸量随pH值升高而增加. TiO₂/SiO₂的表面酸量比相同pH值制备的TiO₂大. 红外光谱分析说明Si掺杂和高pH值有利于催化剂表面生成更多的羟基. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的催化活性随pH值升高而明显增强. TiO₂/SiO₂的光催化活性优于TiO₂. TiO₂/SiO₂催化剂具有较好的耐久性.     

CO气体分子在金属氧化物SrO(001)表面吸附和脱附机理

研究了高纯度金属氧化物SrO粉末表面吸附C¹⁸O后在程序升温热脱附过程中的脱附反应规律,讨论了CO气体分子在SrO(100)表面吸附和脱附之间的关系及机理.SrO吸附C¹⁸O后,在升温过程中可通过氧的同位素交换生成C¹⁶O而脱附,同时伴随少量C¹⁸O的直接脱附,并与C¹⁶O具有相近的脱附活化能.C¹⁶O的脱附量随C¹⁸O气体暴露量增加而增加,但当气体覆盖度超过一定值后,脱附量趋于定值.脱附峰值温度随气体暴露量的增加而下降.     

球形TiO2-Al2O3的制备、结构和理化性能研究

将Ti(SO₄)₂溶于稀盐酸合成酸性钛溶胶，再将其与铝溶胶和六次甲基四胺溶液混合后采用油柱成型法制备了球形TiO₂-Al₂O₃复合氧化物。通过XRD、低温氮吸附-脱附与NH₃-TPD等手段对样品进行表征，结果表明600 ℃焙烧得到的球形TiO₂-Al₂O₃中TiO₂以无定型形式存在;随TiO₂含量的增加，球形TiO₂-Al₂O₃的比表面积、孔容和平均孔径呈增加趋势;TiO₂的引入没有对球形TiO₂-Al₂O₃的强酸和弱酸中心的强度产生影响，弱酸中心数量显著增加，强酸中心数量稍有增加;球形TiO₂-Al₂O₃的堆密度和压碎强度随TiO₂含量的增加而减小，颗粒直径基本保持不变。     

TiO2负载Mn-Co复合氧化物催化剂上NO催化氧化性能

氮氧化物(NO_x)是大气主要污染物之一, 主要来源于化石燃料的燃烧, 其中NO不溶于水难以去除, 催化氧化技术可以将NO氧化为易溶于水可被脱硫装置去除的NO₂, 具有十分重要的实际意义. 本文采用浸渍法制备了不同Mn掺杂量的Mn-Co/TiO₂复合金属氧化物催化剂, 考察了其催化NO氧化的活性. 结果表明, Mn的掺杂对Co/TiO₂催化剂催化NO氧化的活性有明显促进作用, 掺杂量为6%时, Mn(0.3)-Co(0.7)/TiO₂催化剂NO的转化效率最高, 300℃达到88%. 采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附/脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、O₂程序升温脱附(O₂-TPD)和原位漫反射傅里叶变换红外(in-situ DRFTIR)光谱等技术对催化剂的物理化学特征进行了表征. 结果发现, 当掺杂量为6%时, Mn一方面促进了催化剂表面活性组分的分散, 增加了催化剂的比表面积和孔径; 另一方面提高了催化剂的还原性能, 促进氧的低温脱附, 此外还促进了反应中间产物桥式NO-3向NO₂的反应, 从而提高了Co/TiO₂催化剂的NO氧化活性.     

Co-Cu-Al水滑石的合成及对NO+CO反应性能的研究

本文研究了Co-Al水滑石中加入过渡金属(M)离子后对NO+CO反应的活性。结果表明Co-Al上引入Cu离子对NO+CO反应具有较高的催化活性；以Co-Cu-Al水滑石为研究对象，考察了Co和Cu含量的变化对NO+CO反应活性的影响，发现Co-Cu-Al对NO+CO反应存在一个最佳Co和Cu的含量配比；当n_Co∶n_Cu∶n_Al=5∶3∶1时，其催化活性为最佳，在反应温度120 ℃时，NO的转化率达100%；XRD结果表明Co-Cu-Al经450 ℃焙烧2 h后已有少量的尖晶石相形成，随焙烧温度的提高尖晶石相增多，尖晶石相的形成对催化还原NO有明显的影响；NO-TPD-MS结果表明NO吸附在Co-Cu-Al上的热脱附产物经质谱跟踪能检测到NO(m/e=30)、N₂O(m/e=44)、N₂(m/e=28)和O₂(m/e=32)等4种脱附物种，推测低温脱附物种为吸附在弱位上的NO，而高温脱附物种为吸附在强位上的NO，400 ℃焙烧的Co-Cu-Al水滑石上NO的脱附峰温略低于600 ℃焙烧的，NO在Co-Cu-Al表面的解离是NO+CO反应的速控步骤。     

Sr含量对La2-xSrxNiO4 (x = 0.0~1.2)上NO分解的影响

研究了Sr含量对La_2&;#8722;xSr_xNiO₄上氧化还原性能和NO分解的影响, 发现活性在x = 0.6时达到最大值. TPD和TPR等的表征结果说明样品在x = 0.6时具有比较匹配的氧化、还原能力, 从而使O₂的脱附和NO的吸附变的相对容易, 提高了催化活性. 研究结果说明在T<700℃时, O₂的脱附比较困难, 是NO分解反应的速控步骤; 随着反应温度的增加(T>700℃), O₂的脱附变的容易, NO的活化吸附(NO + V_o + Ni²⁺→NO^&;#8722;-Ni³⁺)成为反应的速控步骤. 氧空位的存在是NO分解的前提条件, 但氧空位的量与反应活性并不是呈正比关系.     

纳米TiO2低温水解法的晶型控制合成及其表面织构的研究

分别以TiCl₄，Ti(NO₃)₄和Ti(SO₄)₂为前驱体，在低温和强酸性条件下，通过水解反应可控地合成了具有不同晶相组成，且比表面积较高的纳米TiO₂，并用XRD，TEM和N₂^-吸附脱附技术对其晶相、粒径大小、形貌及比表面积进行了表征。结果表明，钛离子在有Cl^-、NO₃^-存在的酸性溶液中水解，水解温度≤80 ℃，可以生成结晶良好的具有细小晶粒尺寸和较高比表面积的金红石型纳米TiO₂粉体，水解温度>80 ℃，反而有锐钛矿型TiO₂生成，而在有SO₄^2-存在的酸性溶液中，TiO₂样品的晶相组成不随水解温度的变化而改变，均为锐钛矿型，其比表面积可达300 m²·g^-1。     

用分子轨道理论研究NO气体在TiO2表面吸附

根据一氧化氮(NO)气体在二氧化钛(TiO)表面吸附和脱附的实验结果,揭示了气体脱附量的变化规律．利用MOPAC和GAUSSIAN分子轨道理论计算了在TiO2(110)表面上吸附NO分子的原子簇模型,电荷分布以及原子簇的能级,推断了NO在TiO(110)表面吸附的稳定性．     

过渡金属（Cu，Fe，Mn，Co）改性高分散V2O5/TiO2作为高效NH3-SCR脱硝催化剂

选择性催化还原(SCR)是目前固定源及移动源中控制NOx排放最为有效的技术手段之一.工业上应用最广泛的商业SCR催化剂是钒基催化剂.钒基催化剂经钨(钼)改性后具有较好的活性、稳定性和抗水抗硫性能,但在应用过程中仍存在N2选择性较低、活性温度窗口(300–400 oC)较窄及高温下V2O5极易流失等不足,且钨(钼)的价格十分昂贵.因此,用廉价组分提高钒基催化剂的催化性能在实际工业应用中仍具有重要意义.研究发现,很多非贵金属(如Cu, Fe, Mn, Co, Ce, Zr, Nb, Sn, La等)都可以代替钨(钼)用来提高钒基催化剂的选择性、活性温度窗口和(热)稳定性能等.引入的金属通常以氧化物或钒酸盐形式存在,并与活性组分钒物种有很强的相互作用,从而提高钒物种的氧化还原性能及分散度,同时增大表面酸性位数量,抑制锐钛矿向金红石相转变.近年来很多研究发现,经金属改性的钒基催化剂以钒酸盐形式存在时可有效提高催化剂活性和 N2选择性,尤其可显著提高催化剂的(热)稳定性.本文采用浸渍法以廉价易得、储量丰富的过渡金属改性钒基催化剂,得到高度分散的M-V/TiO2(M = Cu, Fe, Mn, Co)脱硝催化剂.结果发现, Cu-V/TiO2和Fe-V/TiO2催化剂表现出较好的催化活性和N2选择性以及优异的稳定性和抗H2O/SO2性能,其中Cu-V/TiO2的工作温度窗口扩展到225–375oC. X射线衍射、拉曼光谱和EDX-mapping表征结果证明,钒物种及引入的金属高度分散在TiO2载体表面,并生成了钒酸盐.氢气程序升温还原结果表明,钒酸盐的形成导致钒物种的还原峰向低温区移动,有利于催化剂氧化还原性能的提升. X射线光电子能谱结果表明, Cu-V/TiO2催化剂表面具有更多的活性氧物种(Oα),且具有较强的电子间相互作用,是SCR活性提高的关键原因之一. NH3程序升温脱附和原位红外光谱实验结果表明,金属的引入可以提高酸量和酸强度; Cu-V/TiO2催化剂表面主要为Lewis酸性位,而Fe-V/TiO2催化剂表面主要为Br?nsted酸性位,两者可能导致不同的SCR反应机理,但均可以提高催化剂在高温下的N2选择性.综上所述,过渡金属改性的钒基催化剂中Cu-V/TiO2具有最好的活性和N2选择性以及较强的稳定性和抗H2O/SO2性能,可能得益于其表面更多的活性氧物种和更多更强的酸性位.     

氧化铈表面NO的热脱附性能

氧化铈表面ＮＯ的热脱附性能＊钟依均（浙江师范大学化学系，浙江金华３２１００４）罗孟飞黄宇增朱波袁贤鑫（杭州大学催化研究所，杭州３１００２８）关键词一氧化氮，热脱附，二氧化铈，表面反应ＣｅＯ２作为汽车尾气净化三效催化剂的助剂，由于其特殊的性能越来越引起...     

贫燃条件 In-Ag/TiO2-γ-Al2O3催化 CO选择性还原NO

汽车尾气中主要污染成分 CO和 NOx可导致酸雨、光化学烟雾和臭氧空洞效应,对生物、环境及生态系统造成重大危害。污染源中 CO是性能优良的还原剂,如能不添加还原剂实现 CO催化还原 NOx,将成为最具经济技术优势的 NOx脱除技术。在富氧、低温条件下,利用 CO选择性催化还原 NOx为 N2,是目前选择性催化还原研究中的热点和难点。催化 CO还原 NOx常用的贵金属 Ir, Rh, Pt和Pd矿藏稀少,价格昂贵,有氧条件下活性急降,而分子筛催化剂和一些金属氧化物催化剂普遍存在反应温度高,尤其对 N2选择性差等问题。为解决上述问题,需寻找新的适合我国矿产资源的催化体系。研究发现,稀散金属基催化剂对氮氧化物的净化具有一定效果,因而可将我国的稀散金属资源优势转化为技术优势和经济优势。因此,本文以 TiO2-γ-Al2O3(TA)为载体, In/Ag为活性组分,采用等体积浸渍法制备了 InAg/TA以及 In/TA, Ag/TA和InAg/Al (γ-Al2O3为载体)催化剂,考察了贫燃条件下 CO选择性还原NO的催化活性。研究表明,双金属催化剂InAg/Al和 InAg/TA的活性比单金属催化剂In/TA和 Ag/TA高, In/TA催化剂中引入 Ag物种能降低起燃温度;另外,相比于InAg/Al催化剂, InAg/TA催化剂具有较高的催化活性,550?600°C时 N2产率超过60%,说明载体中引入TiO2可以提高催化剂活性。为了深入研究 InAg/TA催化剂中 Ag物种和TiO2对 In物种的作用,通过比表面测定、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱、氢气程序升温还原、傅立叶变换红外线光谱等方法分析了催化剂结构和表面形态。结果表明, Ag物种可以提高 In物种的分散性, In和 Ag物种在 TA载体表面可以很好地分散,从而有利于提高催化活性。 In和 Ag物种在 TA载体表面以氧化态形式存在,并且 Ag物种可以提高 In物种表面含量,表面 In和 Ag物种含量越高,吸附活性位越多,催化活性越高;同时, TiO2也可以促进 NO吸附,从而提高 InAg/TA催化剂活性。 InAg/TA催化剂在450°C连续反应72 h进行稳定性测试,测试前后分别在50?600°C进行活性测试,并用 XRD和 TEM对反应后的催化剂进行表征测试。结果表明, InAg/TA催化剂具有较好的稳定性,连续反应前后催化剂活性基本保持不变,推测可能由于在有 CO和O2存在的体系中, Ag物种利用自身 Ag+与 Ag0之间的氧化还原反应抑制了活性组分 In2O3的还原和聚集,稳定了 In物种乃至催化剂活性。 InAg/TA催化剂用于贫燃条件下CO还原NO具有较好的催化效果,主要归因于催化剂活性组分分散性好,稳定性高,对NO吸附能力强。 Ag物种可以稳定In物种并提高其分散性, TiO2可以改善In物种和Ag物种的分散性并促进NO吸附。     

CuO/TiO2/γ-Al2O3催化剂表征及对NO+CO反应性能研究

采用色谱-微反流动法反应装置考察了w%CuO/15%TiO₂/γ-Al₂O₃催化剂对NO+CO的反应活性;催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,NO转化率达100%的反应温度分别是325和275 ℃;XRD仅能检测到γ-Al₂O₃晶相,负载15%CuO后可以检测到微弱的CuO晶相;H₂-TPR能检测到2个CuO的还原峰(α和β峰),将其归属于高度分散的CuO分别在裸露的γ-Al₂O₃和TiO₂/γ-Al₂O₃载体上的还原;原位红外分析结果表明催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,吸附NO+CO反应气后,反应的中间产物N₂O出现的温度分别为200和150 ℃。     

Reactions of ammonia on stoichiometric and reduced TiO(2)(001) single crystal surfaces

The reaction of NH(3) on the surface of the 011-faceted structure of the TiO(2)(001) single crystal is studied and compared to that on the O-defected surface. Temperature-programmed desorption (TPD) conducted after NH(3) adsorption at 300 K shows only molecular desorption at 340 K. Modeling of TPD signals as a function of surface coverage indicated that the activation energy, E(d), and pre-exponential factor, v(eff), decrease with increasing coverage. Near zero surface coverage, E(d) was found to be equal to 92 kJ/mol and v(eff) to be close to 10(13) /s. Both parameters decreased to approximately 52 kJ/mol and approximately 10(7) /s at saturation coverage. The decrease is due to a repulsive interaction of adsorbed NH(3) molecules on the surface. Computing of the TPD results show that saturation is obtained at 1/2 monolayer coverage (referred to Ti atoms). Both the amount and shape of NH(3) peak change on the reduced (Ar(+)-sputtered) surfaces. The desorption peak at 340 K is considerably attenuated on mildly reduced surfaces (TiO( approximately )(1.9)) and has totally disappeared on the heavily reduced surfaces (TiO(1.6)(-)(1.7)), where the main desorption peak is found at 440 K. This 440-K desorption is most likely due to NH(x) + H recombination resulting from ammonia dissociation upon adsorption on Ti atoms in low oxidation states.     

Co—MgO催化剂上NO—程序升温表面反应和NO—CH4反应

ＮＯ，程序升温表面反应（ＴＰＳＲ），ＮＯ－ＣＨ４反应，Ｃｏ－ＭｇＯ     

Chemistry of NO2 on oxide surfaces: formation of NO3 on TiO2(110) and NO2<-->O vacancy interactions

Synchrotron-based high-resolution photoemission, X-ray absorption near-edge spectroscopy, and first-principles density functional (DF) slab calculations were used to study the interaction of NO(2) with a TiO(2)(110) single crystal and powders of titania. The main product of the adsorption of NO(2) on TiO(2)(110) is surface nitrate with a small amount of chemisorbed NO(2). A similar result is obtained after the reaction of NO(2) with polycrystalline powders of TiO(2) or other oxide powders. This trend, however, does not imply that the metal centers of the oxides are unreactive toward NO(2). An unexpected mechanism is seen for the formation of NO(3). Photoemission data and DF calculations indicate that the surface nitrate forms through the disproportionation of NO(2) on Ti sites (2NO(2,ads) --> NO(3,ads) + NO(gas)) rather than direct adsorption of NO(2) on O centers of titania. Complex interactions take place between NO(2) and O vacancies of TiO(2)(110). Electronic states associated with O vacancies play a predominant role in the bonding and surface chemistry of NO(2). The adsorbed NO(2), on its part, affects the thermochemical stability of O vacancies, facilitating their migration from the bulk to the surface of titania. The behavior of the NO(2)/titania system illustrates the importance of surface and subsurface defects when using an oxide for trapping or destroying NO(x)() species in the prevention of environmental pollution (DeNOx operations).     

SiO2—Al2O3和MgO催化剂上吸附CH3NO2的TPD和IR研究

用TPD和IR方法研究了CH_3NO_2在典型固体酸SiO_2-Al_2O_3和固体碱MgO催化剂上的吸附分解。结果表明,在SiO_2-Al_2O_3表面CH_3NO_2吸附转化为表面甲酰胺物种,后者在高温下分解为CO_2和NH_3。在MgO表面CH_3NO_2吸附形成多种表面化学物种,它们在升温过程中脱附,并通过表面亚硝基甲烷物种分解为NO、C_2H_4、C_2H_6和N_2O.讨论了CH_3NO_2分解过程中表面酸、碱中心的作用。     

钛铝载体的合成及负载CuO对NO催化性能研究

以TiCl4为原料合成了TiO2/[[alpha]]-Al2O3载体. 在色谱-微反流动法反应装置上考察了CuO/15%(w, 下同)TiO2/[alpha]-Al2O3系列催化剂对NO+CO 的反应性能. 结果表明上述催化剂对NO+CO 反应表现出较好的活性, 其中12%CuO/15%TiO2/[alpha]-Al2O3反应活性最佳. 空气和H2 预处理后, NO 完全转化的温度分别为300C[[deg]]和275C[deg].通过H2-TPR、XRD 和FT-IR 等技术表征, 发现适量TiO2能促进CuO 在钛铝载体上的分散. TPR 结果显示12%CuO/15%TiO2/[alpha]-Al2O3在整个TPR 过程中出现四个还原峰, 琢和酌还原峰分别是钛铝载体表面裸露的TiO2上高度分散的CuO 和晶相CuO 的还原；茁和啄还原峰为钛铝载体上高度分散的CuO 和晶相CuO 的还原. FT-IR实验表明NO和CO 在经H2气氛预处理的催化剂表面上吸附较强, 且生成了N2O 和NO2等物种；NO+CO混合气在经空气和H2预处理的催化剂表面吸附时, 出现了N2O吸收峰, 峰温分别为200C[deg]和150C[deg].