新型仿生光催化剂HMS-FePcS催化降解孔雀绿的反应因素及动力学

在可见光照射下,应用合成的新型仿生光催化剂HMS-FePcS,催化降解孔雀绿模拟废水.考察了温度、光源强度、催化剂用量、过氧化氢用量以及金属活性中心(Fe,Cu和Co)等一系列因素对降解反应的影响,得到了优化的反应条件.在此基础上推导出孔雀绿光催化降解的反应级数及反应速率常数.该降解反应分两个阶段,初始反应的速率与反应物的浓度无关,呈现出零级反应的特征;而后一阶段的反应呈现一级反应的特征.两段反应均可用经典的Langmuir-Hinshelwood多相催化动力学模型进行合理的解释.     

用微量热法研究漆酶和过氧化氢的反应

漆树酶是含铜酶。在酶系统中属于一种选择性较差的氧化酶,它能与许多还原底物作用,同时亦能还原分子氧生成水。在这些反应中漆酶中的三个不同的氧化还原活性中心和其作用途径常常是研究中的主要对象。在无氧条件下,漆酶被底物还原后,可用氧再氧化,实验表明,酶分子中的Cu2~+—Cu~(1+)循环是催化机理的一部分。1970年Farver等人在研究漆树酶与过氧化氢之间的反应时发现,漆树酶与过氧化氢有一种特殊作用,二者会生成一种稳定的具有高亲合力的复合物,该复合物不会被氧再氧化,其反应可用下式表示:式中L-Cu(Ⅱ)表示含二价铜的漆酶分子,二价铜在此反应中起活性中心的作用。本工作中,用微量热法测量了漆树酶与过氧化氢反应的一些热动力学性质。     

H-SAPO-18催化甲醇制烯烃反应机理:第一性原理计算研究（英文）

低碳烯烃(乙烯、丙烯等)是重要的基本有机原料,一般通过蒸汽裂解或催化裂解生成得到。基于中国的资源结构特点,发展非石油资源路线合成低碳烯烃具有重要的战略意义.其中从煤、天然气等资源出发,通过甲醇合成低碳烯烃就提供了这样一条可替代的路线.因此分子筛催化甲醇制烯烃(MTO)反应在过去几十年获得了广泛的关注和研究.为了获得高的产物选择性,一般要求MTO分子筛催化材料具有较小的孔道结构以及合适的笼结构,H-SAPO-34和H-SAPO-18分子筛就具有这样的空间结构特点.但是MTO催化反应产物分布多样复杂,因此需要深入认识MTO催化反应机理,从而优化设计分子筛结构和反应条件.目前已经形成的共识认为,MTO催化反应沿着烃池反应机理进行,但是烃池活性中心的结构还存在很多争议.我们曾系统研究了H-SAPO-18分子筛中多甲基苯的分布,以及催化MTO反应的芳烃循环路线,指出多甲基苯路线的总吉布斯自由能垒高于200 k J/mol(673 K).本文以四甲基乙烯(TME)作为代表性的烯烃烃池活性中心,系统研究了H-SAPO-18分子筛催化MTO反应的烯烃循环路线.TME循环路线的总吉布斯自由能垒不大于150 k J/mol,远小于芳烃循环的总能垒.因此,烯烃本身有很大可能是H-SAPO-18催化MTO反应的烃池活性中心.我们也指出了芳烃循环和烯烃循环路线的相似性,这包括基元反应的相似性和中间体结构的相似性.或者可以说,芳烃循环和烯烃循环路线机理上没有区别,关键是为了得到具有烷基(侧)链的裂解前驱体,最后通过裂解生成低碳烯烃.在烯烃循环路线中,产物选择性与裂解前驱体(高碳烯烃、碳正离子等)的分布以及裂解动力学有关.计算发现生成乙烯和丙烯的裂解基元反应能垒与裂解前驱体的碳数之间存在线性关系.本文进一步强调了分子筛催化MTO反应中烯烃活性中心的重要性,并且清楚指出了烯烃循环和芳烃循环的机理相似性.     

C2H4CnH2n

镍(Ni)基催化剂在低碳烯烃聚合领域具有重要的地位,也是该领域研究的热点.自Johnson等报道(J.Am.Chem.Soc.,1995, 117, 6414–6415)二亚胺配体络合的Ni(II)催化剂可有效降低烯烃聚合度,降低产物中非线性烯烃的选择性,甚至可以生成α-烯烃以来,掀起了Ni基催化剂在烯烃聚合领域的研究热潮.从均相到负载型多相Ni基催化剂,从载体类型到配体性质,从Ni纳米粒子的粒径调控到金属表面价态,关于Ni活性中心的研究工作一直存在争论.本课题组之前研究结果表明,曾明确了无定形硅铝(ASA)载体负载的Ni催化剂,经惰性气氛(N2)预处理得到的一价Ni是烯烃齐聚反应的主要活性中心(J.Chem. Soc. Chem. Commun., 1991, 126–127).本文进一步深入研究了不同Al2O3含量的ASA载体上Ni活性位点的结构及其在乙烯齐聚反应中的活性.27AlNMR结果表明,催化剂中的铝存在三种配位方式,分别为AlⅣ、AlⅤ和AlⅥ,其中AlⅣ含量随Al2O3含量的增加而增加.载体中铝配位方式的不同,导致其表面金属负载的金属Ni活性位点所处的结构亦不同.原位FTIR-CO和H2-TPR实验结果表明,催化剂表面存在两种不同结构分布的Ni位点,分别是接枝在弱酸性硅醇上的Ni2+阳离子和Si-(OH)-Al桥式羟基离子交换位置的Ni2+阳离子.多数研究者认为,位于离子交换位置处孤立的Ni阳离子是反应的活性中心.然而,近期有研究者提出负载在酸性硅烷醇表面孤立的Ni2+阳离子为反应的活性中心物质.本文研究发现,随着Al2O3负载量的降低,处于离子交换位置处的Ni2+离子含量逐渐减少,而处于硅醇缺陷位点处的Ni2+离子含量则逐渐增多.原位FTIR-CO分析结果表明,处于硅醇缺陷位点处的Ni2+离子物种在惰性气氛中更易于转化为活性中心Ni+.相应的催化反应结果表明,相比于离子交换位置的Ni2+物种,具有与硅醇缺陷位点相连的Ni2+离子结构更有利于表现出更高的乙烯齐聚化活性.由此可知,处于硅醇缺陷位点的Ni2+物种是乙烯齐聚反应的活性中心的前驱体.本文进一步研究了硅醇缺陷位点处的Ni2+离子物种更易于转化为活性中心Ni+的原因.H2-TPR结果表明,相比于离子交换位置的Ni2+物种,处于硅醇缺陷位点的Ni2+物种与载体之间的相互作用力更弱.C2H4-TPD结果进一步表明,具有这种相对较弱的金属载体间作用力结构的催化剂对反应物C2H4分子的吸附作用力相对更强,吸附量也相对增多,因此其乙烯齐聚的催化性能更优.本研究结果对理解活性中心结构和合理设计催化剂提供参考.     

无定形硅铝负载镍催化剂上乙烯齐聚反应的活性位点结构鉴定

镍(Ni)基催化剂在低碳烯烃聚合领域具有重要的地位,也是该领域研究的热点.自Johnson等报道(J.Am.Chem.Soc.,1995,117,6414–6415)二亚胺配体络合的Ni(Ⅱ)催化剂可有效降低烯烃聚合度,降低产物中非线性烯烃的选择性,甚至可以生成α-烯烃以来,掀起了Ni基催化剂在烯烃聚合领域的研究热潮.从均相到负载型多相Ni基催化剂,从载体类型到配体性质,从Ni纳米粒子的粒径调控到金属表面价态,关于Ni活性中心的研究工作一直存在争论.本课题组之前研究结果表明,曾明确了无定形硅铝(ASA)载体负载的Ni催化剂,经惰性气氛(N2)预处理得到的一价Ni是烯烃齐聚反应的主要活性中心(J.Chem.Soc.Chem.Commun.,1991,126–127).本文进一步深入研究了不同Al2O3含量的ASA载体上Ni活性位点的结构及其在乙烯齐聚反应中的活性.27Al NMR结果表明,催化剂中的铝存在三种配位方式,分别为AlⅣ、AlⅤ和AlⅥ,其中AlⅣ含量随Al2O3含量的增加而增加.载体中铝配位方式的不同,导致其表面金属负载的金属Ni活性位点所处的结构亦不同.原位FTIR-CO和H2-TPR实验结果表明,催化剂表面存在两种不同结构分布的Ni位点,分别是接枝在弱酸性硅醇上的Ni2+阳离子和Si?(OH)?Al桥式羟基离子交换位置的Ni2+阳离子.多数研究者认为,位于离子交换位置处孤立的Ni阳离子是反应的活性中心.然而,近期有研究者提出负载在酸性硅烷醇表面孤立的Ni2+阳离子为反应的活性中心物质.本文研究发现,随着Al2O3负载量的降低,处于离子交换位置处的Ni2+离子含量逐渐减少,而处于硅醇缺陷位点处的Ni2+离子含量则逐渐增多.原位FTIR-CO分析结果表明,处于硅醇缺陷位点处的Ni2+离子物种在惰性气氛中更易于转化为活性中心Ni+.相应的催化反应结果表明,相比于离子交换位置的Ni2+物种,具有与硅醇缺陷位点相连的Ni2+离子结构更有利于表现出更高的乙烯齐聚化活性.由此可知,处于硅醇缺陷位点的Ni2+物种是乙烯齐聚反应的活性中心的前驱体.本文进一步研究了硅醇缺陷位点处的Ni2+离子物种更易于转化为活性中心Ni+的原因.H2-TPR结果表明,相比于离子交换位置的Ni2+物种,处于硅醇缺陷位点的Ni2+物种与载体之间的相互作用力更弱.C2H4-TPD结果进一步表明,具有这种相对较弱的金属载体间作用力结构的催化剂对反应物C2H4分子的吸附作用力相对更强,吸附量也相对增多,因此其乙烯齐聚的催化性能更优.本研究结果对理解活性中心结构和合理设计催化剂提供参考.     

甲烷在氧化镧上C-H断键活性中心的研究

在不同条件下制备了一系列La~2O~3样品,以CH~4与CD~4间的氢原子交换反应作为测试反应来测量La~2O~3对CH~4分子中C-H键的断键能力.采用NH~3-TPD,CO~2-TPD和NH~3,CO~2对催化剂的中毒反应来研究La~2O~3表面的酸中心和活性中心.La~2O~3的表面组成用XPS测量.实验发现尽管酸中心在活性中心只占较小的部分. 但它与碱中心一样对于CH~4分子的C-H断键是必不可少的.本文提出, 组成活性中心的酸中心各碱中心很可能分别是一部分具有较强酸性的晶格La^3^+和具有较强碱性的晶格O^2^-,而La~2O~3晶体中晶格缺陷的形成能使更多的晶格离子成为活性中心.     

环硅氧烷负离子乳液聚合中活性中心浓度的变化规律

以八甲基环四硅氧烷(D4)为单体,十二烷基二甲基苄基氢氧化铵(BDAH)为乳化剂兼催化剂,进行环硅氧烷负离子乳液聚合,采用凝胶色谱(GPC)测定聚合产物的转化率及分子量.在此基础上,分析基元反应,提出活性中心生成机理,并应用环硅氧烷开环聚合普适动力学模型计算乳液聚合平衡之前的活性中心浓度变化规律.结果发现,聚合温度较低时,活性中心浓度随时间逐渐增加,最终恒定;聚合温度较高时,活性中心浓度随时间仅单调递增.结果与机理相符.     

分子筛上糖类催化转化的核磁共振研究

葡萄糖、 果糖和木糖等糖类是一类重要的绿色生物质资源, 其高效利用是生物质转化的重要研究方向. 具有Lewis酸性的分子筛在糖类催化转化中表现出优异的性能, 对其活性中心结构、 性质以及反应机理的认识是糖类高效转化研究中亟待解决的关键科学问题. 核磁共振是分子筛上活性中心表征和反应机理研究的重要手段. 本文讨论了先进核磁共振技术与方法在分子筛上糖类转化反应中的应用, 包括催化剂活性中心表征、 催化转化反应机理研究和催化反应产物分析3个方面, 总结了核磁共振在糖类转化反应研究中所取得的新进展并对其未来发展方向进行了展望.     

微型色谱装置测定氢型丝光沸石的活性中心

催化专业的学生在课堂上已经学过怎样来评价催化剂的优劣,什么是催化剂的活性中心,以及怎样来测量其活性中心数等基本概念.为了使同学对学过的知识有进一步的理解和巩固,我们设计了使用脉冲微型反应器(微反)对氢型丝光沸石(HM)上的甲苯歧化反应活性进行评价,用吡啶中毒法测定沸石的活性中心数的实验.在近几年的教学中收到了较好的效果.     

胶体铜催化丙烯腈水合的高选择性及其活性中心结构的研究

研究了胶体铜催化丙烯腈水合制丙烯酰胺的高选择性与活性中心结构的关系. 在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护下, 用肼和氢氧化钠混合液还原CuCl2制得胶体铜, 用其催化丙烯腈水合反应, 选择性达到100％, 产生高选择性的原因如下: (1) 胶体铜的活性中心不是胶粒表面的点缺陷, 而是胶体铜颗粒表面的位错端点. (2) 由于胶体铜具有高硬度和高强度的力学特性, 保证了活性中心结构的稳定性; 胶体铜颗粒的平均粒径(45 nm)超过晶粒的特征长度, 进一步保证了活性中心的稳定性.     

Pt-Al_2O_3的烃类催化转化活性中心性质

通过对Pt-Al_2O_3的分散度、活性中心数和其环己烷脱氢反应和环戊烷氢解反应性能的关联,证明Pt-Al_2O_3的低温吸附氢中心是环已烷脱氢反应的活性中心,而这种吸附中心的较强部位即是环戊烷氢解反应的活性中心。减少这种中心的数目抑制了正庚烷氢解反应,而脱氢芳构化反应活性和选择性却提高了。这一事实说明,正庚烷氢解反应也发生在Pt-Al_2O_3的低温吸附氢中心上,而脱氢芳构化反应则发生在另一种中心上。这两种反应是平行的竞争反应。根据以上情况提出,正庚烷脱氢芳构化反应很可能是发生在Pt和Al_2O_3有较强相互作用的高温吸附氢中心上。     

丁二烯在某些钕催化剂体系中聚合活性中心数的测定和动力学的研究Ⅱ.聚合链增长、链转移及链终止过程的研究

本文应用氚醇淬灭法和动力学方法研究了丁二烯在钕化合物-烷基铝催化体系中的聚合动力学.结果表明,聚合速度与单体浓度和活性中心浓度的一次方成正比.对烷基铝的链转移反应进行了研究,测定了用几种不同的钕化合物和烷基铝所组成的催化剂时的链转移速度.链终止反应速度与活性中心浓度的二次方成正比.计算了在不同聚合条件和各种催化剂组成时的链增长、对烷基铝链转移及链终止反应的速度常数.     

用于金属催化剂表征的微量热研究进展

催化反应过程伴随着气体分子与催化剂活性中心之间键的形成与转化,并以热量的形式表现出来.采用Tian-Calvet型微量热量计测量这些热量,则可能从能量角度研究气体分子在催化剂表面上的吸附与反应行为,为探索催化剂反应性能及机理提供依据.微量热量计与真空系统相结合的吸附量热技术已经广泛用于催化研究.本文总结了近十年来吸附量热技术在金属催化剂研究中的应用,阐述了这种技术在活性中心表征和反应性能关联方面的研究进展.此外,还介绍了我们研究组发展的脉冲量热装置进行催化反应过程研究的最新进展.     

Al-P-Ti-Si-O体系催化剂上乙醇和邻苯二酚的O-乙基化反应

采用常规沉淀法制备了Al-P-Ti-Si-O体系催化剂,并研究了邻苯二酚与乙醇在该催化剂上的气相O-乙基化反应,考察了催化剂组成对催化剂结构、酸性和反应性能的影响.结果表明,催化活性随表面酸量的增大而增大,选择性则随酸强度的降低而增高.对催化剂活性中心的研究表明,B酸中心是反应的可能活性中心.在适当条件下,Al₁-P_1.30Ti_0.30-Si_0.17催化剂上邻苯二酚转化率和目标产物收率分别可达到96%和90%,并在100h稳定性实验中没有活性衰减.     

镍负载硅酸铝催化剂上丙烯齐聚反应 Ⅲ.镍离子与丙烯分子的相互作用

为了探明在Ni(Ⅱ)/SiO_2-Al_2O_3催化剂上丙烯齐聚反应诱导期的成因及活性中心的本质,考察了反应过程中镍离子与丙烯分子的相互作用,发现反应诱导期随着催化剂预抽空温度的升高而缩短,也随着丙烯预处理及反应温度的升高而缩短.用ESR、XPS法跟踪考察发现,随着丙烯在催化剂上反应的进行,首先Ni(Ⅱ)被丙烯还原成Ni(Ⅰ)离子.之后,丙烯与Ni(Ⅰ)配位形成不饱和配位离子,形成齐聚反应表面活性中间体,并且在反应过程中,二、三聚产物也可与Ni(Ⅰ)离子配位,形成三、四聚反应面活性中间体.结果表明在Ni(Ⅱ)/SiO_2-Al_2O_3催化剂上Ni(Ⅰ)离子是丙烯齐聚反应的活性中心。     

SAPO-34和SAPO-44分子筛上吸附甲醇的TPSR-MS研究

 采用程序升温表面反应-质谱(TPSR-MS)和程序升温脱附(TPD)技术考察了SAPO-34和SAPO-44分子筛表面的酸性与其催化甲醇转化为低碳烯烃性能的关系. 结果表明,SAPO分子筛表面存在两种活性中心,这两种活性中心与分子筛表面不同的酸性中心相对应. 表面吸附的甲醇在不同强度的酸性中心上进行不同的反应,在弱酸中心上主要进行甲醇脱水生成二甲醚的反应,在强酸中心上主要进行二甲醚进一步转化为低碳烯烃的反应. 同时,探讨了SAPO分子筛表面的酸强度对低碳烯烃生成温度的影响.     

铁化合物-Al(i-Bu)3卤化物系催化剂的ESR研究

用ESR法研究了Fe(naph)2-Al(i-Bu)3-烯丙基氯和Fe(acac)3-Al(i-Bu)3-AlEt2Cl两个反应体系.以了解这类含铁催化剂的催化机理.结果表明,不管它们的起始铁化合物中的铁离子是II价还是III价,由它们和Al(i-Bu)3及卤化物反应组成的活性催化剂,其活性中心铁离子均是II价.这一结果为进一步确定铁系催化剂活性中心的结构提供了重要依据.     

氢型丝光沸石吸附芳烃的程序升温脱附及反应的研究

本文用动态程序升温脱附的方法,研究了甲苯等芳烃在氢型丝光佛石(HM)上表面反应的活性中心,并从脱附谱得到了有用的信息。脱附谱中共有四个峰,每个峰均对应于不同的化学过程。色谱分析的结果说明,第Ⅰ峰为脱烷基反应的活性中心,第Ⅱ峰为歧化和异构化的活性中心。因此从实验结果可以比较直观地观察到活性中心的种类,初步得到了有关HM对甲苯歧化、脱烷基等反应的活性、选择性及稳定性的信息。     

电子束固化环氧树脂的物理特征及其分析

分析了环氧树脂电子束辐射固化的物理特征 ,电子束辐射固化过程受活性中心扩散控制 ,整个固化区域由片层状结构组成 .与电子能量沉积分布相对应 ,环氧树脂辐射固化度的最高值是在一定深度而不是在辐射表面出现 .对电子束辐射环氧树脂体系的固化过程进行了模型解释 ,固化区域大小主要由电子的能量传递范围和浓度决定 ,反应活性中心的扩散作用影响较弱     

Cr(Ⅲ)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用

利用Cr(Ⅲ)-取代磷钨杂多配合物PW11O39CrⅢ(H2O)4-的内球电子转移特性,通过与反应活性中心CrⅢ(H2O)第六配位水分子的交换反应,将4-甲基吡啶分子络合修饰到该活性中心上进行阳极催化氧化.可见吸收光谱证实4-甲基吡啶和CrⅢ(H2O)中心进行配体交换反应生成PW11O39CrⅢ(NC6H7)4-;而循环伏安和恒电位电解实验结果表明,修饰在Cr(Ⅲ)活性中心上的4-甲基吡啶分子每一步都经历2电子氧化,依次生成吡啶-4-甲醇,吡啶-4-甲醛和吡啶-4-甲酸.由此提出了一个关于这类反应的分子内电催化模板机制,为过渡金属取代杂多配合物作为间接氧化电催化剂的应用开辟了一条新途径.