Ru-La_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂合成、表征及CO选择氧化

采用浸渍法制备系列Ru-La2O3/γ-Al2O3复合氧化物催化剂,通过XRD、H2-TPR、CO-TPR、XPS、BET等方法对催化剂进行表征,考察La2O3的加入量、预处理方法对催化剂上CO选择氧化性能的影响.结果表明,110-170℃时Ru1La6/Al2O3催化剂上CO转化率达到99%以上,氧气利用率达55.7%以上.和Ru/Al2O3相比,Ru1La6/Al2O3催化剂在较低温度具有高活性,活性温度区间变宽.适量La2O3的加入促进了活性组分在载体表面分散,提高了催化剂的活性.经氢气预处理的Ru1La6/Al2O3催化剂活性最佳,催化剂上Ru物种结合能降低,表面钌物种活性位增多,且表面晶格氧浓度增大,更有利于CO气体在催化剂表面上的氧化反应.     

不同载体对钌基催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢性能的影响

采用La2(CO3)3空气焙烧法制备了La2O2CO3载体, 采用浸渍法制备了不同比例的ZnO-La2O2CO3复合载体及Ru/ZnO, Ru/La2O2CO3, Ru/ZnO-La2O2CO3催化剂, 考察了各催化剂催化乙醇水蒸气重整反应的性能, 并用XRD, TPR技术对催化剂进行表征. 结果表明, 在复合载体负载的催化剂中有钌镧复合氧化物生成, 其中Zn:La摩尔比为1:1时, 催化剂显示了最好的乙醇水蒸气重整性能, 450 ℃时乙醇的转化率为100%, 氢气的选择性达到90%, 而CO的选择性低于1%.     

钌基催化剂催化的气固相反应

催化剂被广泛应用于各种化学品的生产,从原子尺度了解整个催化反应体系有利于合理设计新型催化剂.参与气固相反应的催化剂主要有贵金属催化剂和过渡金属催化剂.近年来, Ru基催化剂由于在低温低压下表现出良好的催化活性而广泛应用于一些气固相反应.本文对 Ru的基本性质、氧化行为以及 Ru基催化剂的理论研究进行综述.介绍了钌基催化剂参与的气固相反应,包括挥发性有机物的催化氧化、一氧化碳优先氧化(PROX)、氨合成、氯化氢氧化以及甲烷部分氧化,分析了催化性能与理化性质之间的构效关系,提出了钌基催化剂在相关反应中存在的问题以及未来发展趋势. Ru具有多种氧化态,在 Ru基催化剂参与的气固相反应中,金属 Ru和/或 RuO2被认为是活性物种,通常反应温度在400oC以下. Ru (0001)晶面在 O2存在条件下,随着氧气含量的不同会从中间态过渡到氧化态,实验证明该晶面属于 RuO2.理论研究证实了在反应过程中 RuO2的存在,并提出了核壳结构,对于其它气固相反应的机理研究有一定启发.挥发性有机物(VOC)的催化氧化主要集中烷烃、烯烃、芳烃以及卤代烃的催化氧化,催化剂的理化性质包括颗粒粒径、价态和晶体结构等对催化活性有很大影响,并且 Ru基催化剂对卤代烃的催化氧化表现出良好的抗卤性,同时多卤代副产物低于其它贵金属体系. Ru基催化剂在低温条件下对 PROX具有高的活性和选择性,并且可以有效抑制 H2氧化、CO甲烷化和CO2甲烷化等副反应发生.氨合成的难点在于 N≡N具有很强的解离能,许多研究表明,氨合成使用的 Ru基催化剂的催化性能与载体性质密切相关, Ru与载体之间强的相互作用使得电子可以迅速地从载体转移到 Ru颗粒上,掺杂其它有效元素可能会提供更多的氧空位和有效防止高温焙烧导致催化剂烧结.对于 HCl氧化虽然研究较少,但是 Over等人对 HCl氧化机理进行了深入研究,并且日本住友化工设计的 Ru基催化剂已经商业化. Ru基催化剂可以有效降低甲烷部分氧化的反应温度和压力,并具有高的选择性和稳定性,避免副产物生成.现有催化系统以及新型催化剂开发仍面临诸多挑战,例如：对于单一 VOC氧化过程和多元 VOCs催化氧化的机理和动力学需要进一步研究;对于氨合成需要寻求具有高电导率的载体,从而将电子快速转移到 Ru颗粒表面,使得氨合成在更低温度下进行;为了避免副产物生成,需确保新型 Ru基催化剂上PROX和甲烷部分氧化在低温低压条件下进行; Ru基催化剂理化性质对活性的影响以及失活等问题需要进一步研究.     

载体的结构对Ru/Al2O3催化剂金属分布状态的影响

以5种γ-Al2O3为载体制备负载型钌催化剂.利用N2物理吸附和CO化学吸附等实验手段测定载体的比表面、孔径分布以及催化剂的金属分散度,研究γ-Al2O3载体的表面织构对Ru/Al2O3催化剂活性金属分布状态的影响.结果表明活性金属在γ-Al2O3载体中的分散不完全取决于载体的比表面,载体的比孔容、孔结构对活性金属的分布起着重要作用.     

不同沉淀剂对Co3O4催化剂催化分解N2O活性的影响

采用了不同沉淀剂（K2 CO3、Na2 CO3、NaOH、NaHCO3）制备了一系列 Co3 O4氧化物催化剂。通过 XRD、XPS、BET、H2-TPR、O2-TPD 表征手段,探究了催化剂物相结构和氧化还原性能对 N2 O 催化分解性能的影响。研究表明,以 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4催化剂具有优越的氧化还原性能。此外,较低结晶度有助于提高催化剂的催化性能,催化剂表面物种与其沉淀剂相关：丰富的表面 Co 物种促进催化活性,较多氧空位有利于催化剂表面的电子传递和氧气的脱附。以 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4催化剂表现出最佳的 N2 O 催化分解活性,在450℃达到90％以上的转化率。     

Ru-La2O3/γ-Al2O3催化剂合成、表征及CO选择性氧化

采用浸渍法制备了系列Ru-La2O3/γ-Al2O3复合氧化物催化剂,考察了La2O3 的加入量、预处理方法对催化剂CO选择性氧化反应性能的影响,并通过XRD、H2-TPR、CO-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,添加La的 Ru1La6/Al2O3催化剂在110-170℃时具有99％以上的CO转化率,且催化剂的选择性在55.7%以上。和Ru/Al2O3相比,Ru1La6/Al2O3催化剂在较低温度下具有活性,活性温度区间变宽,适量La2O3的加入提高了钌物种的表面分散性,使催化剂表面活性位点增多,有利于CO的吸附和氧化,提高了催化剂的活性和选择性。和其他方法相比,经氢气预处理后的Ru1La6/Al2O3催化剂活性最佳,催化剂上Ru物种结合能降低,表面钌物种活性位增多,且表面晶格氧浓度增大,更有利于CO气体在催化剂表面上的氧化反应。     

嵌埋式纳米钌基催化剂的制备及其催化水煤气变换反应的性能

 采用溶胶法制备了平均粒径为4.9 nm的RuO2溶胶,然后以镁铝尖晶石为载体,用一步沉淀法制备了嵌埋式纳米Ru基水煤气变换反应催化剂. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜和粉末X射线衍射等技术对样品进行了表征. 结果表明, Ru纳米粒子均匀分散在载体内部,催化反应活性中心通过载体上形成的细微孔道与反应物接触. 向催化剂中添加适量的K2O和La2O3助剂可以有效地提高其催化活性.     

改性铝土矿载体负载Ru催化剂上的水煤气变换制氢

采用水热法对天然铝土矿进行改性,获得高比表面积的铝土矿(bauxite)载体.用等体积浸渍法制备了Ru含量为1.0%-4.0%(质量分数,下同)的Ru/bauxite催化剂和Ru含量为2.0%的Ru/Al2O3催化剂,以水煤气变换反应为探针反应,考察了催化剂性能.利用X射线荧光元素分析(XRF)、X射线粉末衍射(XRD)、低温N2物理吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)以及CO程序升温脱附(CO-TPD)等对载体和催化剂样品进行表征.结果表明,不同Ru含量的Ru/bauxite催化剂具有优异的水煤气变换制氢性能,优于Ru/Al2O3催化剂.其原因是铝土矿本身含有的Fe2O3与负载的Ru之间发生了相互作用,降低了Fe2O3还原温度,提高了对CO的吸附能力且降低了CO的脱附温度,进而提高了催化剂的水煤气变换反应性能.     

制备方法对Ru/CeO2催化剂结构和性能的影响

以K2RuO4和Ce(NO3)3为原料,利用物质的氧化还原特性制备了Ru/CeO2氨合成催化剂,并运用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、FE-SEM、CO吸附和H2程序升温还原(H2-TPR)等技术对其进行了表征,考察了还原剂和制备方法对所制备的Ru/CeO2氨合成催化剂结构和性能的影响。结果表明由自身氧化还原法制备的催化剂,其比表面积最大,达到了120 m2.g-1,钌分散度最高,为45.6%,且催化剂活性最高,在10 MPa,10000 h-1,425℃反应时,出口氨浓度达到了12.6%。     

Ru/Ba-ZrO2催化剂的制备及其氨合成性能研究

分别采用柠檬酸络合法、改性共沉淀法和湿浸渍法制备了掺Ba纳米ZrO2材料,负载Ru后用于催化氨合成反应.采用X射线衍射、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)、N2物理低温吸附、H2程序升温还原技术(H2-TPR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和CO化学吸附对载体材料和催化剂进行了表征.结果表明,不同方法制备载体的物相结构和织构性能均有明显差别,负载Ru后催化剂的氨合成性能差别也较大.其中,以柠檬酸络合法制备的载体材料中Ba以BaZrO3的形式存在,钙钛矿型BaZrO3具有较强的供电子能力,电子可以通过Ru与载体间强相互作用传递到Ru表面,有效地促进N≡N的断裂,使催化剂的低温活性显著提高.在425℃,3 MPa,空速为10000 h-1条件下,出口氨浓度为5.72%.其氨合成活性分别是改性共沉淀法和湿浸渍法制备催化剂的3.8倍和14.3倍.     

Characterization of ruthenium oxide nanocluster as a cocatalyst with (Ga(1-x)Zn(x))(N(1-x)Ox) for photocatalytic overall water splitting

The formation and structural characteristics of Ru species applied as a cocatalyst on (Ga(1)(-)(x)()Zn(x)())(N(1)(-)(x)()O(x)()) are examined by scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and X-ray absorption spectroscopy. RuO(2) is an effective cocatalyst that enhances the activity of (Ga(1)(-)(x)()Zn(x)())(N(1)(-)(x)()O(x)()) for overall water splitting under visible-light irradiation. The highest photocatalytic activity is obtained for a sample loaded with 5.0 wt % RuO(2) from an Ru(3)(CO)(12) precursor followed by calcination at 623 K. Calcination is shown to cause the decomposition of initial Ru(3)(CO)(12) on the (Ga(1)(-)(x)()Zn(x)())(N(1)(-)(x)()O(x)()) surface (373 K) to form Ru(IV) species (423 K). Amorphous RuO(2) nanoclusters are then formed by an agglomeration of finer particles (523 K), and the nanoclusters finally crystallize (623 K) to provide the highest catalytic activity. The enhancement of catalytic activity by Ru loading from Ru(3)(CO)(12) is thus shown to be dependent on the formation of crystalline RuO(2) nanoparticles with optimal size and coverage.     

The role of weakly bound on-top oxygen in the catalytic CO oxidation reaction over RuO2(110)

RuO(2)-based catalysts are much more active in the oxidation of CO than related metallic Ru catalysts. This high catalytic activity (or low activation barrier) is attributed to the weak oxygen surface bonding of bridging O atoms on RuO(2)(110) in comparison with the strongly chemisorbed oxygen on Ru(0001). Since the RuO(2)(110) surface is able to stabilize an even more weakly bound on-top oxygen species, one would anticipate that the catalytic activity will increase further under oxidizing conditions. We will show that this view is far too simple to explain our temperature-programmed reaction experiments, employing isotope labeling of the potentially active surface oxygen species on RuO(2)(110). Rather, both surface O species on RuO(2)(110) reveal similar activities in oxidizing CO.     

Development and Electrochemical Studies of Ruthenium Based Mixed Oxide Catalyst Electrodes for Chlorine Evolution

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｉｎｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｒｅａｓｕｎｄｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｉｓｄｕｅｔｏｉｔｓｄｉｒｅｃｔｉｍｐａｃｔｉｎｅｌｅｃｔｒｏ ｃｈｅｍｉｃａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ .Ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｌｙ ,ｔｈｅｃｏｎｓｕｍａｂｌｅａｎ ｏｄｅｓｓｕｃｈａｓｇｒａｐｈｉｔｅ ,ｓｉｎｔｅｒｅｄＦｅ3Ｏ4 ｏｒＰｂＯ2 ａｃｔｉｖａｔ ｅｄｇｒａｐｈｉｔｅ…     

柠檬酸络合法制备Ba促进ZrO_2负载Ru催化剂上氨合成反应性能

采用柠檬酸络合法制备了一系列不同含量Ba掺杂的ZrO2,再用浸渍法制备了K-Ru/Ba-ZrO2催化剂并将其用于氨合成反应.采用X射线衍射和CO2程序升温脱附技术考察了Ba含量对催化剂结构与性能的影响.结果表明,Ba掺入ZrO2后形成的BaZrO3有助于其负载的Ru催化剂氨合成活性的显著提高.在5.0MPa,10000h–1,425oC时,Ru/Ba-ZrO2(Ba:Zr摩尔比为1:1)催化剂活性最高,出口氨浓度和反应速率分别达9.24%和29.77mmol/(g·h).这主要归因于载体的强电子传导性能和碱性提高.     

CeO2掺杂RuO2/γ-Al2O3催化剂结构与湿式氧化降解苯酚的活性研究

采用浸渍法制备了RuO2/γ-Al2O3和RuO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂,利用XRD,XPS和ESR分析了催化剂的结构,并研究了湿式氧化降解苯酚的活性.结果表明,两种催化剂表面RuO2均有良好的分散性,并且催化剂表面存在氧空位和化学吸附氧,CeO2的掺杂使催化剂表面氧空位和化学吸附氧数量增加.两种催化剂对湿式氧化降解苯酚具有良好的催化活性,当苯酚质量浓度为4200mg/L,在150℃和3MPa下,RuO2/γ-Al2O3催化剂湿式氧化降解苯酚反应150min后,苯酚全部被去除,RuO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂反应60min后,苯酚的去除率为96%.     

有氧气氛中碱金属改性CuAl复合氧化物催化分解N2O的活性

合成了Cu/Al原子比分别为2.0、3.1、4.1的CuAl类水滑石样品,焙烧得到CuAl复合氧化物。在Cu/Al原子比为3.1的CuAl氧化物表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性CuAl复合氧化物,用AES、XRD、FT-IR、BET、H₂-TPR、XPS等技术对催化剂进行了结构表征,考察了CuAl复合氧化物组成、碱金属助剂类型和K的前驱物对改性催化剂在有氧气氛中催化分解N₂O活性的影响。结果表明,Na、K、Cs改性CuAl复合氧化物均提高了催化剂活性,但K助剂的增强效应最显著;钾的不同前驱物改性CuAl复合氧化物的催化活性有显著差异,加入碳酸钾、草酸钾提高了催化剂的活性,而加入醋酸钾、硝酸钾反而降低了催化剂活性。优化出的K改性CuAl复合氧化物催化剂在含氧含水气氛的N₂O分解反应中表现出了较高的活性。     

CO在担载Ru催化剂上的吸脱附作用及其表面加氢反应

研究了担载于Al_2O_3和ZrO_2上的以Ru_3(CO)_(12)为前体的[Ru]和以RuCl_3为前体的Ru催化剂的TPR特性、CO吸脱附行为及其表面加H_2反应。担载于Al_2O_3上的[Ru]和Ru催化剂上部分物相较担载于ZrO_2上者难于还原。CO在氧化[Ru]催化剂上主要以Ru(CO)yO_2表面络合物形式存在,在还原[Ru]和Ru、以及氧化Ru催化剂上CO以吸附物种形式存在。在Ru离子上的CO比在Ru原子上者难于脱附。以ZrO_2为载体的[Ru]和Ru催化剂上的CO加H_2生成CH_4的性能显著优于以Al_2O_3为载体者,担载[Ru]催化剂上的CO加H_2性能略优于担载Ru催化剂。     

Supported Ru catalysts prepared by two sonication-assisted methods for preferential oxidation of CO in H2

The preferential oxidation (PROX) of CO in the presence of H(2) is an important step in the production of pure H(2) for industrial applications. In this report, two sonochemical methods (S1 and S2) were used to prepare highly dispersed Ru catalysts supported on mesoporous TiO(2) (TiO(2)(MSP)) for the PROX reaction, in which a reaction gas mixture containing 1% CO + 1% O(2) + 18% CO(2) + 78% H(2) was used. The supported Ru catalysts performed better than the supported Au and Pt catalysts, and the S1 and S2 methods are superior to the impregnation method. The Ru/TiO(2)(MSP) catalysts were active for the PROX reaction below 200 °C and good for the methanation reactions of CO and CO(2) above 200 °C. The presence of residual chlorine in the catalysts severely suppressed their PROX reaction activity, and a higher dispersion of Ru particles led to better catalytic performances. The addition of Au in the Ru/TiO(2)(MSP) catalyst also caused a poorer catalytic activity for both the PROX and the methanation reactions. TPR results showed that in the active catalysts prepared by the S1 and S2 methods, the well dispersed Ru particles, after calcination in air, had a stronger interaction with the support than those in the catalyst prepared by the impregnation method and in the Au-Ru/TiO(2)(MSP) catalyst. In situ CO absorption experiments performed with the diffusion reflectance Fourier transform infra red (DRIFT) method showed that the bridged adsorbed CO species on isolated Ru(0) sites correlated with the catalytic performances, indicating that these isolated Ru(0) sites are the most active sites of the Ru/TiO(2)(MSP) catalysts in the PROX reaction.