氮杂石墨烯碳纳米管复合材料负载Pt催化剂在甘油选择性氧化中的应用

一直以来,以碳材料为载体负载的金属催化剂被广泛应用于甘油液相氧化反应.研究表明,催化剂活性与碳的孔径分布有关,随着碳载体微孔比例的增加,催化剂活性下降.此外,载体表面基团对金属活性有着重要影响.例如,载体表面含氧基团的吸电子作用可降低载体表面电子的流动性(电子密度和导电性),从而阻碍甘油氧化反应过程中OH–的吸附和再生,导致反应活性降低.因此,开发微孔比例小、富含负电性基团的碳载体成为甘油氧化过程中急需解决的问题之一.本文通过热解碳纳米管(MWCNTs)和三聚氰胺的混合物,在碳纳米管表面直接生长得到氮杂石墨烯(NG-MWCNTs),并采用SEM,N2吸附,TEM和XRD对所得复合材料进行了表征.实验发现,相比于单纯的MWCNTs和直接热解三聚氰胺所得的产物CNx,NG-MWCNTs具有更高的比表面积(173 m2/g)和更大的平均孔径.此外,NG-MWCNTs非常适合作为Pt催化剂的载体,Pt平均粒径可小至1.4±0.4 nm.所制备的Pt/NG-MWCNTs催化剂在甘油选择性氧化反应中具有很高的催化活性和甘油酸选择性(甘油转化率和甘油酸选择性分别可达64.4%和81.0%),且具有可重复使用性能.Pt/NG-MWCNTs催化剂优异的催化活性不仅与载体表面高分散的Pt有关,而且与N原子对Pt的给电子作用有关.     

氮杂石墨烯碳纳米管复合材料负载Pt催化剂在甘油选择性氧化中的应用（英文）

生物柴油因原材料来源广、可再生、安全性能好、环境友好及可替代石化柴油等优势被认为是一种极有发展前景的可再生能源,正逐步成为当今国际新能源开发的热点.作为生物柴油生产过程的主要副产物,甘油多相氧化制备具有高附加值的氧化产物是生物柴油产业链上的重要分支.目前,应用于该催化氧化体系的催化剂主要为负载型单金属(Au,Pd和Pt)和双金属(Au-Pd,Au-Pt和Pt-Bi)催化剂.其中,Au催化剂在碱性条件下对甘油氧化反应有较高的催化活性和甘油酸选择性,并且该催化剂稳定性高,不易在较高氧气压力的反应条件下因氧中毒而失活.但是,由于反应过程中碱的存在,反应体系中部分产物间可相互转化,从而掩盖催化剂的产物选择性本质,增大了产物分析、分离和催化剂作用机理研究的难度.而Pd和Pt催化剂不受酸、碱反应条件的限制,能够在无碱助剂作用下实现甘油催化氧化.与Au基和Pd基催化剂相比,Pt基催化剂可实现在酸性或中性反应条件下甘油选择性氧化产物的一步生成,同时具有较高的催化活性及稳定性,且氧化产物收率较高.一直以来,以碳材料为载体负载的金属催化剂被广泛应用于甘油液相氧化反应.研究表明,催化剂活性与碳的孔径分布有关,随着碳载体微孔比例的增加,催化剂活性下降.此外,载体表面基团对金属活性有着重要影响.例如,载体表面含氧基团的吸电子作用可降低载体表面电子的流动性(电子密度和导电性),从而阻碍甘油氧化反应过程中OH–的吸附和再生,导致反应活性降低.因此,开发微孔比例小、富含负电性基团的碳载体成为甘油氧化过程中急需解决的问题之一.本文通过热解碳纳米管(MWCNTs)和三聚氰胺的混合物,在碳纳米管表面直接生长得到氮杂石墨烯(NG-MWCNTs),并采用SEM,N_2吸附,TEM和XRD对所得复合材料进行了表征.实验发现,相比于单纯的MWCNTs和直接热解三聚氰胺所得的产物CN_x,NG-MWCNTs具有更高的比表面积(173 m~2/g)和更大的平均孔径.此外,NG-MWCNTs非常适合作为Pt催化剂的载体,Pt平均粒径可小至1.4±0.4 nm.所制备的Pt/NG-MWCNTs催化剂在甘油选择性氧化反应中具有很高的催化活性和甘油酸选择性(甘油转化率和甘油酸选择性分别可达64.4%和81.0%),且具有可重复使用性能.Pt/NG-MWCNTs催化剂优异的催化活性不仅与载体表面高分散的Pt有关,而且与N原子对Pt的给电子作用有关.     

助剂对铂-钨催化剂体系催化氢解甘油制1,3-丙二醇性能的影响

甘油作为生物柴油产业的副产物大量过剩,通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则,又具有重要的学术意义和应用价值.尤其是选择氢解制得1,3-丙二醇,因其产物在新型聚酯材料合成中不可替代的作用而备受关注,被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一.目前,可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是为铱-铼催化剂和铂-钨催化剂两类.前期工作表明,氧化钨担载的铂单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)具有优异的低压活性(1 MPa氢气)和1,3-丙二醇时空收率.然而在该温和条件下,催化产物仍然以过度氢解的产物正丙醇为主.一般来讲,引入助剂可以通过改变活性组分的电子结构、覆盖不利反应位点、调变载体表面化学性质等来改变催化剂的催化活性、选择性和稳定性.我们以单原子/准单原子催化剂Pt/WOx和担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3为催化剂母体,引入过渡金属和贵金属助剂,考察助剂对氢解反应活性和选择性的影响,并对比有无氧化铝载体时助剂对反应活性的影响.对于Pt/WOx体系,La和Fe的引入有助于甘油转化率和1,3-丙二醇选择性的提高,同时也明显地提高了催化剂的稳定性.其中0.1％ La是最佳引入量.然而,对于担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3,La的引入在提高1,3-丙二醇选择性的同时,甘油的转化率也有一定程度下降.但由于Pt/WOx/Al2O3催化剂的本征活性较高,通过加入助剂提高1,3-丙二醇的选择性在实际应用中更为重要.表征分析表明,无论对于Pt/WOx还是Pt/WOx/Al2O3催化剂,大部分的La都在Pt颗粒上;同时La的引入提高了催化剂的酸量.在贵金属助剂中,Ru,Ir改性的Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上,1,3-丙二醇的收率均有所降低,Ru助剂的降低幅度较小.相反,助剂Rh对Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上反应性能的影响截然不同:Rh/Pt/WOx催化剂上1,3-丙二醇的收率从13.1％降到8.7％,Rh/Pt/WOx/Al2O3的1,3-丙二醇收率从31.5％略升到32.4％.另外,由于前期研究表明助剂铝的担载顺序对催化活性有重要影响,因此我们对铂、钨、铝的担载顺序进行了考察.研究表明,在活性组分铂上担载铝或钨物种对催化活性有一定程度的抑制;催化剂体系中钨的含量直接影响甘油的转化率和产物的选择性;含量过少时,甘油转化率极低并以1,2-丙二醇为主要产物.虽然大部分助剂对铂-钨催化剂体系没有明显的促进作用,但是助剂的添加通常可以抑制活性组分的烧结、提高催化剂的稳定性;因此,我们筛选出的La,Fe,Re,Ru,Rh等助剂仍具有深入研究的价值和工业应用的潜力.     

助剂对铂-钨催化剂体系催化氢解甘油制1,3-丙二醇性能的影响（英文）

甘油作为生物柴油产业的副产物大量过剩,通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则,又具有重要的学术意义和应用价值.尤其是选择氢解制得1,3-丙二醇,因其产物在新型聚酯材料合成中不可替代的作用而备受关注,被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一.目前,可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是为铱-铼催化剂和铂-钨催化剂两类.前期工作表明,氧化钨担载的铂单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)具有优异的低压活性(1 MPa氢气)和1,3-丙二醇时空收率.然而在该温和条件下,催化产物仍然以过度氢解的产物正丙醇为主.一般来讲,引入助剂可以通过改变活性组分的电子结构、覆盖不利反应位点、调变载体表面化学性质等来改变催化剂的催化活性、选择性和稳定性.我们以单原子/准单原子催化剂Pt/WOx和担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3为催化剂母体,引入过渡金属和贵金属助剂,考察助剂对氢解反应活性和选择性的影响,并对比有无氧化铝载体时助剂对反应活性的影响.对于Pt/WOx体系,La和Fe的引入有助于甘油转化率和1,3-丙二醇选择性的提高,同时也明显地提高了催化剂的稳定性.其中0.1%La是最佳引入量.然而,对于担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3,La的引入在提高1,3-丙二醇选择性的同时,甘油的转化率也有一定程度下降.但由于Pt/WOx/Al2O3催化剂的本征活性较高,通过加入助剂提高1,3-丙二醇的选择性在实际应用中更为重要.表征分析表明,无论对于Pt/WOx还是Pt/WOx/Al2O3催化剂,大部分的La都在Pt颗粒上;同时La的引入提高了催化剂的酸量.在贵金属助剂中,Ru,Ir改性的Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上,1,3-丙二醇的收率均有所降低,Ru助剂的降低幅度较小.相反,助剂Rh对Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上反应性能的影响截然不同:Rh/Pt/WOx催化剂上1,3-丙二醇的收率从13.1%降到8.7%,Rh/Pt/WOx/Al2O3的1,3-丙二醇收率从31.5%略升到32.4%.另外,由于前期研究表明助剂铝的担载顺序对催化活性有重要影响,因此我们对铂、钨、铝的担载顺序进行了考察.研究表明,在活性组分铂上担载铝或钨物种对催化活性有一定程度的抑制;催化剂体系中钨的含量直接影响甘油的转化率和产物的选择性;含量过少时,甘油转化率极低并以1,2-丙二醇为主要产物.虽然大部分助剂对铂-钨催化剂体系没有明显的促进作用,但是助剂的添加通常可以抑制活性组分的烧结、提高催化剂的稳定性;因此,我们筛选出的La,Fe,Re,Ru,Rh等助剂仍具有深入研究的价值和工业应用的潜力.     

常压下Pt-Bi双金属催化剂上甘油选择性氧化(英文)

制备了一系列活性碳(AC)负载的Pt-Bi双金属催化剂,考察了催化剂中Bi含量对其催化甘油选择性氧化反应性能的影响.结果表明,适量Bi的添加可以改善催化剂中Pt的氧化还原性能,从而有利于催化剂活性的提高和二羟基丙酮(DIHA)产物的生成.当Bi的含量为5%时,该催化剂的活性最高,甘油转化率和DIHA选择性分别达到91.5%和49.0%.表征结果显示,Pt-Bi颗粒的平均粒径为3.8nm,且高度分散在催化剂表面,这是该催化剂具有较高活性的主要原因.     

Pt基催化剂在富丙烯气氛中选择性氢气氧化性能和结构演变规律（英文）

本工作研究了富丙烯气氛中Pt基催化剂的SHC性能和长期使用过程中活性相的演变规律。结果发现,Sn修饰的Pt/SiO₂催化剂在丙烷和丙烯同时存在的条件下具有高的氢气氧化选择性(大于98%)。通过动力学研究,稳定性测试和结构表征发现,氧气的引入能够显著提高催化剂的结焦速率,形成的高度石墨化的焦炭,Pt的烧结,PtSn合金中Sn的氧化和偏析是导致长期稳定性测试中选择性下降的主要因素。     

原子层沉积制备掺氮碳膜修饰的 Pt/CNTs 实现甲醇高效电催化氧化

甲醇燃料电池作为一种清洁、高效的能源转化形式广受关注. 贵金属 Pt 是甲醇燃料电池阳极催化剂不可缺少的活性组分, 但 Pt 价格昂贵, 易与 CO 等中间体强相互作用而中毒失活, 从而限制了甲醇燃料电池的广泛应用. 因此, 如何提高Pt 的利用率成为一个关键问题. 研究表明, 在碳材料载体中掺杂氮元素, 改变了载体本身的表面结构和电子性质, 有利于Pt 颗粒的成核和生长, 可获得尺寸小、分布均匀的 Pt 纳米颗粒, 能显著提升催化反应活性和 Pt 利用率. 然而, 传统的氮掺杂方法需要在高温、高压及氨气条件下进行, 增加了催化剂制备难度和成本.原子层沉积技术是逐层超薄沉积技术, 能够在原子级别精确控制膜的厚度, 既可制备尺度均一、高度可控的纳米粒子,也能实现材料表面的可控超薄修饰. 本课题组利用原子层沉积技术优势, 首先在碳纳米管表面沉积了直径 2 nm 左右的 Pt纳米颗粒, 然后在 Pt 纳米颗粒外表面超薄修饰聚酰亚胺膜, 通过后处理得到多孔掺氮碳膜修饰的 Pt/CNTs 催化剂. 碳膜的厚度可简单通过调控聚酰亚胺膜的沉积厚度来控制. 结果表明, 适当厚度的碳膜修饰 Pt/CNTs 催化剂可显著提升其甲醇电氧化性能, 电流密度可达商业 20% Pt/C 的 2.7 倍, 催化剂稳定性也显著改善. 然而碳膜修饰过厚会导致催化剂活性降低.通过计算催化剂电化学活性表面积发现, 超薄修饰碳膜后催化剂活性表面积有所降低, 这是由于碳膜的覆盖导致表面 Pt原子数减少. 修饰前后催化剂颗粒尺度变化不大, 推测催化剂活性的提高与形成了有利于催化反应的 Pt-碳膜界面有关.然而, 当碳膜修饰层过厚时, 会导致反应物分子难以扩散到 Pt 颗粒表面, 使催化剂活性降低. 预吸附单层 CO 溶出实验结果表明, 多孔掺氮碳膜超薄修饰 Pt/CNTs 催化剂后, CO 氧化峰的起始电位和峰值电位都向低电位处偏移, 这表明 Pt 表面吸附的 CO 在较低电位下即可被氧化, CO 更容易从 Pt 表面移除, 从而提高了催化剂的抗 CO 毒化能力. X 射线光电子能谱实验结果进一步表明, 经多孔掺氮碳膜修饰后, Pt 的 4f 电子向高结合能处偏移, 表明 Pt 原子周围的电子密度减小, 从而弱化了 Pt 对 CO 吸附的σ-π键反馈作用, 即减弱了 Pt 原子对 CO 的吸附, 这是导致掺氮碳膜修饰后催化剂活性及稳定性都大幅提高的原因.     

载体性质对Pt催化剂H2选择催化还原NOx活性和选择性的影响

研究了Pt/MgO, Pt/γ-Al2O3, Pt/ZrO2和Pt/HZSM-5催化剂上H2选择催化还原消除NOx(H2-SCR)反应。结果发现, H2-SCR活性和N2生成选择性受催化剂中Pt的金属性以及载体的氮氧化物吸附能力影响很大。 HZSM-5的表面酸性使载体对NOx吸附能力较小,使担载Pt以较高的金属性存在,从而导致Pt/HZSM-5催化剂的高活性和高选择性。相反, Pt/MgO和Pt/γ-Al2O3催化剂较差的活性和选择性可归因于其载体的碱性表面、催化剂中Pt较低的金属性以及载体对氮氧化物较大的吸附能力。结合反应的原位红外光谱结果可以认为,在Pt/载体界面处亚硝酸根/硝酸根物种被还原为N2或N2O,取决于该处参与反应的活性H与这些含氮物种的相对数目。     

载体性质对Pt催化剂H2选择催化还原NOx活性和选择性的影响

研究了Pt/MgO, Pt/γ-Al2O3, Pt/ZrO2和Pt/HZSM-5催化剂上H2选择催化还原消除NOx(H2-SCR)反应。结果发现, H2-SCR活性和N2生成选择性受催化剂中Pt的金属性以及载体的氮氧化物吸附能力影响很大。 HZSM-5的表面酸性使载体对NOx吸附能力较小,使担载Pt以较高的金属性存在,从而导致Pt/HZSM-5催化剂的高活性和高选择性。相反, Pt/MgO和Pt/γ-Al2O3催化剂较差的活性和选择性可归因于其载体的碱性表面、催化剂中Pt较低的金属性以及载体对氮氧化物较大的吸附能力。结合反应的原位红外光谱结果可以认为,在Pt/载体界面处亚硝酸根/硝酸根物种被还原为N2或N2O,取决于该处参与反应的活性H与这些含氮物种的相对数目。     

甘油氢解反应中Pt/WO_3/Al_2O_3催化剂的失活行为（英文）

随着生物柴油产业的高速发展,其副产物甘油大量过剩,亟需寻找高效的甘油高值化利用途径来提高整个生物柴油产业链的经济性.在各种甘油转化路线中,甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇可用作高端聚酯PTT的单体,因而成为最具应用潜力的高质化路线之一.同时,该反应涉及到仲羟基的选择性脱除,对其它生物质加氢脱氧反应也具有普遍意义.目前,在提高甘油氢解反应活性和1,3-丙二醇选择性方面已经做了大量的研究工作,但是关于催化剂稳定性的研究却鲜有报道,而后者对于整个过程的工业应用是必不可少的.鉴于此,我们以Pt/WO3/Al2O3为催化剂,在连续运行的固定床反应器上对其甘油氢解反应的长期稳定性以及其失活的机理进行了详细的考察.Pt/WO3/Al2O3催化剂表现出较高的初始活性:甘油的转化率为57.5%,目标产物1,3-丙二醇的选择性可达40.4%,主要副产物1,2-丙二醇、正丙醇和异丙醇的选择性分别为6.3%, 37.3%和11.5%.在长达700 h的稳定性测试中, Pt/WO_3/Al_2O_3催化剂呈现缓慢失活的趋势:甘油转化率从57.5%下降到25.1%,而1,3-丙二醇选择性基本不变.通过对失活曲线进行拟合可以得出催化剂的失活呈现三个阶段:第一阶段内(0-100 h)催化剂的失活速率最快,甘油转化率由57.5%降至44.9%,失活速率为0.111%/h;第二阶段内(100-600 h)催化剂的失活明显变缓,失活速率降至0.037%/h;第三阶段内(600-700 h)甘油转化率基本保持不变.N_2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱、热重和程序升温氧化等表征结果显示,活性组分(铂,氧化钨)的流失或积炭都不是催化剂失活的主要原因.同时X射线衍射、高角环形暗场扫描透射电子显微镜和CO化学吸附等表征结果表明,反应过程中Pt/WO_3/Al_2O_3催化剂上Pt颗粒发生了明显的聚集长大,使得Pt的分散度由29.1%降至10.1%.仲丁醇脱水/脱氢探针反应的结果显示,稳定性测试后催化剂在氢气气氛下产生原位B酸的能力显著降低.由此可以得出,反应过程中Pt/WO_3/Al_2O_3催化剂失活的主要原因是催化剂表面Pt颗粒的聚集长大,因而引起催化剂加氢能力的降低,同时Pt-WO_x界面位点的数量下降,使得在氢气气氛下催化剂产生原位B酸的能力大大降低,从而导致了催化剂的失活.     

非碱性条件下不同粒径的碳载体负载Pt催化剂上甘油的选择性氧化(英文)

采用浸渍法制备了不同粒径的活性炭负载的Pt催化剂,并运用扫描电镜、N2吸附-脱附、透射电镜和X射线衍射对催化剂进行了表征.结果表明,当活性炭载体的粒径从253.2?m下降至9.3?m时,其表面积或孔体积变化不大,Pt颗粒高度分散于载体表面,平均粒径为2.8～5.5nm.这些高度分散的Pt催化剂在非碱性条件下的甘油氧化反应中表现出较高的活性,且随着载体粒径的减小而明显提升.其中粒径为9.3?m的活性碳负载的Pt催化剂上,游离的甘油酸收率达到47.6%,且催化剂可以重复使用.     

Pt/ZnO 在室温水相无碱条件下绿色催化苯甲醇选择性氧化

醇类化合物选择性氧化是有机合成中一个非常重要的反应, 在精细化工领域具有重要应用. 而以水为绿色溶剂, 分子氧为绿色氧化剂实现醇类化合物选择性氧化是绿色化学领域的一大挑战. Pt 催化剂由于其优异的活化氧气和 C-H 键的能力在该反应中得到了广泛应用. 但是, 常规的 Pt 催化剂通常需要在较高温度和较高氧气压力以及加碱的条件下才能发挥作用, 从而引起了催化剂腐蚀等一系列问题. 从绿色化学角度出发, 进一步优化 Pt 催化剂, 让其能够在室温无碱条件下以空气为氧化剂选择性氧化醇类合成羰基化合物具有重要的研究价值和应用前景.本文通过化学还原法制备了 Pt/ZnO 催化剂, 系统研究了该催化剂在水相无碱条件下选择性氧化苯甲醇生成苯甲醛反应中的催化性能. X 射线电子衍射和透射电镜等结果表明, Pt 颗粒较小(3.2 ± 0.3 nm), 均匀分散在 ZnO 载体上; X 射线光电子能谱表明 ZnO 载体能够稳定 Pt 纳米颗粒表面的 Pt0物种. 上述催化剂在水相苯甲醇选择性氧化反应中, 在室温下即可催化空气高选择性氧化苯甲醇到苯甲醛 (选择性>99%), 并表现出比 Pt/SiO2, Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Pt/Ca(Mg)-ZSM-5 等催化剂更为优异的催化活性. 这可归结于 Pt 和 ZnO 之间的协同作用. 该协同作用通过动力学实验和密度泛函理论计算 (DFT)得到了证实. 氧分压实验表明, 在以空气为氧化剂时, O2的活化并不是限制 Pt/ZnO 催化活性的关键因素, 而动力学同位素效应实验则证实了苯甲醇的 C-H 键活化是整个反应的决速步骤. 通过构建不同的理论模型, 分别计算了 Pt/ZnO 界面处以及纯 Pt 位点上苯甲醇选择性氧化的反应过程. 结果表明, 苯甲醇和氧气分子倾向于分别在 ZnO 和 Pt 上进行吸附, 随后由吸附的氧气分子来活化苯甲醇中的 C-H 键, 进而生成苯甲醛和水. 而当 ZnO 不参与苯甲醇的吸附活化时, 整个反应的活化能会大大提高, 表明 ZnO 和 Pt 之间的协同作用对于整个反应至关重要. 此外, Pt/ZnO 表现出非常优异的稳定性, 循环使用 4 次后, 催化剂结构以及催化活性没有显著变化.进一步向 Pt/ZnO 催化剂中引入少量 Bi 元素对 Pt 的电子结构进行修饰, 可以将 Pt/ZnO 的催化活性提高 3 倍. 所制备的 Pt/Bi-ZnO 复合物是目前报道的相同条件下催化苯甲醇选择性氧化反应转化频率 (45.1 h-1)最高的催化剂.     

N,P‐Codoped Carbon Networks as Efficient Metal‐free Bifunctional Catalysts for Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution Reactions

The high cost and scarcity of noble metal catalysts, such as Pt, have hindered the hydrogen production from electrochemical water splitting, the oxygen reduction in fuel cells and batteries. Herein, we developed a simple template‐free approach to three‐dimensional porous carbon networks codoped with nitrogen and phosphorus by pyrolysis of a supermolecular aggregate of self‐assembled melamine, phytic acid, and graphene oxide (MPSA/GO). The pyrolyzed MPSA/GO acted as the first metal‐free bifunctional catalyst with high activities for both oxygen reduction and hydrogen evolution. Zn–air batteries with the pyrolyzed MPSA/GO air electrode showed a high peak power density (310 W g^?1) and an excellent durability. Thus, the pyrolyzed MPSA/GO is a promising bifunctional catalyst for renewable energy technologies, particularly regenerative fuel cells.     

无氧条件下Pt/TiO2光催化重整降解一乙醇胺水溶液制氢

以一乙醇胺（以下简称乙醇胺）为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应, 实验表明,利用所制备的光催化剂, 可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在, 有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％～1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol•L－1;最佳溶液pH值范围为4～10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

Electrocatalysis of oxygen reduction and hydrogen oxidation in platinum dispersed on tungsten carbide in acid medium

Tungsten carbide dispersed on a high surface area carbon (W₂C/C) prepared by a sonochemical method was used as the support of a Pt-based electrocatalyst (Pt-W₂C/C). The resulting materials were tested for two important reactions with practical interest in fuel cells, that is, the oxygen reduction and hydrogen oxidation reactions, in acid medium. The electrochemical techniques considered were cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry, and steady-state polarization curves, obtained utilizing an ultrathin catalyst layer in a rotating ring–disk electrode. The results showed that the Pt-W₂C/C catalyst led to a remarkable enhancement of the oxygen reduction in acid medium, when compared to the standard Pt/C, both following a four-electron mechanism. The hydrogen oxidation reaction showed similar kinetics on Pt-W₂C/C and Pt/C following the direct discharge mechanism on both catalysts. The W₂C/C support presented remarkable activity for the hydrogen oxidation reaction, most probably after the Heyrovsky–Volmer mechanism at low overpotential and the direct discharge irreversible mechanism at high overpotentials. This paper is dedicated to Prof. Francisco Nart, in memoriam.     

Base-free aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid over Pt/C catalysts synthesized by pulse alternating current technique

The Pt/C catalysts with various Pt content (5-30 wt%) synthesized via electrochemical pulse alternating current technique have been evaluated for the base-free aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid. The higher Pt content in the catalyst (30 wt%) provides the product yield up to 65% upon performing the process in concentrated (～0.1 M) aqueous solutions of the substrate.     

Ethanol electrooxidation on Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst

The electrooxidation of ethanol on Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst was investigated in sulfuric acid aqueous solution. Because of high stability in general acidic solution, ZSM-5 zeolite particles were selected as the support and the second catalyst. The micrograph and elemental composition of Pt/ZSM-5 zeolite particles were characterized by scanning electron microscopy and energy disperse X-ray spectroscopy. The electrocatalytic properties of Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst for ethanol oxidation have been investigated by cyclic voltammetry. Under the same Pt-loading mass and experimental conditions for ethanol oxidation, Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst shows higher activity than Pt/C catalyst. Additionally, Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst possesses good long-term cycle stability. The results indicate that Pt/ZSM-5 zeolite-C catalyst may have good potential application in direct ethanol fuel cell.     

Pt Nanoparticles Supported on Nitrogen‐Doped‐Carbon‐Decorated CeO2 for Base‐Free Aerobic Oxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural

Currently, the base‐free aerobic oxidation of biomass‐derived 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to produce 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) is attracting intense interest due to its prospects for the green, sustainable, and promising production of biomass‐based aromatic polymers. Herein, we have developed a new Pt catalyst supported on nitrogen‐doped‐carbon‐decorated CeO₂ (NC‐CeO₂) for the aerobic oxidation of HMF in water without the addition of any homogeneous base. It was demonstrated that the small‐sized Pt particles could be well dispersed on the surface of the hybrid NC‐CeO₂ support, and the activity of the supported Pt catalyst depended strongly on the surface structure and properties of the catalysts. The as‐fabricated Pt/NC‐CeO₂ catalyst, with abundant surface defects, enhanced basicity, and favorable electron‐deficient metallic Pt species, enabled an almost 100 % yield of FDCA in water with molecular oxygen (0.4 MPa) at 110 °C for 8 h without the addition of any homogeneous base, which is indicative of exceptional catalytic performance. Furthermore, this Pt/NC‐CeO₂ catalyst also showed good stability and reusability owing to strong metal–support interactions. An understanding of the role of surface structural defects and basicity of the hybrid NC‐CeO₂ support provides a basis for the rational design of high‐performance and stable supported metal catalysts with practical applications in various transformations of biomass‐derived compounds.     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用 Ⅰ.氢、氧的吸咐—脱附行为以及相互促进作用

本文采用程序升温脱附(TPD)技术研究了光沉积方法制备的Pt/TiO_2催化剂经过氧化、还原后氧、氢的脱附行为.光沉积过程中,Pt/TiO_2表面上可以生成大量的吸咐氢,在TPD中脱附;同时Pt/TiO_2表面上化学吸附的水在TPD过程中也可以分解释氢.氧化处理的Pt/TiO_2在TPD过程中于550～750K温区出现氧脱附峰,随着氧化温度升高,脱附峰位向高温移动,经实验证明,这种可脱附活泼氧物种的生成是由样品前身中留存氢引起的.还原处理的Pt/TiO_2在TPD过程中分别在300～600和大于600K出现两个氢脱附峰,认为是由于表面羟基和钛—氢(Ti~(4+)—H~-)物种的分解释氢引起的Pt/TiO_2上活泼氧物种的存在,增加了样品在室温条件下的吸氢量;在中温(473～573K)这种活泼氧物种则和氢发生反应,减少了TPD过程中的脱氢量;Pt/TiO_2在大于673K温度还原,可以消除活泼氧物种的影响.