Cu-Co负载量对Cu-Co基催化剂催化CH4-合成气梯阶转化合成C2+含氧化合物的影响

以TiO₂纳米粒子为载体, 采用等体积浸渍法制备了Cu-Co双金属催化剂, 考察了不同Cu/Co质量比和不同Cu-Co含量的双金属催化剂对CH₄-合成气梯阶转化直接合成C₂⁺含氧化合物的影响. 在连续式步阶固定床反应装置上进行了催化性能评价. 实验结果表明, 当Cu-Co含量为18%, Cu/Co质量比为2: 1时, Cu-Co/TiO₂的C₂⁺含氧化合物产物的时空收率最大, 为19.92 mg·g_cat^-1·h^-1, 选择性为67.76%. 研究表明, 金属组分之间和载体与金属组分之间的相互作用、 金属组分良好的分散性和还原性是促进活性位的形成和提高催化剂活性的原因; 催化剂表面高度分散的CuO微晶有利于催化加氢和脱氢反应的进行, 对CH₄-合成气转化反应有重要的促进作用. 另外, 弱酸和中强酸有利于CH₄-合成气转化反应, 而强酸对该反应有抑制作用.     

高比表面积双孔SiO2负载钴基催化剂费托合成反应性能研究

载体的结构可以显著影响钴基费托合成催化剂的活性和产物选择性。大孔结构载体可以改善反应物和产物的传质情况,提升CO转化活性和C₅₊产物选择性;高比表面积载体有利于使负载的金属分散,提高催化剂的金属利用效率和稳定性。然而,要获得同时具备高比表面积和大孔结构特征的载体相对困难。本研究采用结构导向水解法,合成了一种比表面积达1103.2 m²/g的介孔(2.9 nm)-大孔(63.8 nm)双孔二氧化硅(BP-SiO₂)载体,研究了其负载钴催化剂的费托合成反应性能。结果表明,相对规整介孔SBA-15分子筛负载的钴催化剂Co/SBA-15,210℃反应时,催化剂Co/BP-SiO₂的CO转化率提高33.3%,CH₄选择性降低30.1%,C₅₊选择性增加到80.0%,稳定性显著增强。     

化学修饰氧化铝负载钴基催化剂吸附与反应行为的研究

提出了一种改进催化剂活性和C₅⁺烃选择性的方法,利用原位红外光谱、TPSR和费-托合成反应考察了催化剂的还原、分散、吸附与反应行为的关系.研究表明,载体处理的差异决定了CO在催化剂表面上的吸附形态,钴负载在氨修饰氧化铝上有利于桥式CO吸附,而醋酸改性氧化铝则增进了金属钴与载体之间的相互作用,催化剂以线形吸收态为主.CO加氢反应表明,氨修饰氧化铝负载钴催化剂能促进活性和C+5烃选择性的提高,而醋酸修饰氧化铝可抑止钴催化剂的活性和碳链增长.     

层状K-Fe-Zn-Ti催化剂的制备及其对二氧化碳加氢制烯烃反应的催化性能

采用高温固相法制备了系列Zn改性的层状K-Fe-Zn-Ti催化剂,用于CO₂加氢经费托合成直接制烯烃反应。采用SEM、TEM、XRD、H₂-TPR、CO₂-TPD、XPS、N₂吸附-脱附和TG等手段对反应前后的催化剂进行了表征,对K-Fe-Zn-Ti催化剂的组成-结构-性能关系进行了关联研究。结果表明,所制备的催化剂均出现K_2.3Fe_2.3Ti_5.7O₁₆物相,为典型的层状金属氧化物（Layered Metal Oxides,LMO）结构;Zn改性后生成了ZnFe₂O₄物相,降低了催化剂样品结晶度,增强了表面碱性,促进了CO₂表面吸附。在CO₂加氢反应中,K-Fe-Zn-Ti系列催化剂均具有较高的烯烃选择性（O/P>6.5）,Zn改性促进了C₅⁺的生成,显著提高了C₄⁺线性α-烯烃（linear α-olefins,LAOs）的选择性,C₄⁺烃中LAOs含量由Zn改性前的54.6%提高至75.2%。在所考察的范围内,随Zn/Fe比的增加,烯/烷比（C_2-4⁼/C_2-4⁰,O/P）先增加后降低,但对重烃含量以及LAOs选择性影响不明显。K-Fe-Zn-Ti催化剂具有较好的稳定性,经100 h在线反应后,仍保持LMO结构。     

Rh/NaY催化剂上合成气选择一步生成乙酸

在合成气(CO+H₂)催化转化反应中,含适当助剂(如Mn、Fe、V等)的负载型Rh催化剂能够有选择地催化生成C₂含氧化合物,某些氧化物载体本身也会成为Rh催化剂的助剂^[1～3].     

磷改性失活TS-1高效催化C5=裂解制备C2=/C3=反应的研究

发展C₅⁼催化裂解高效制乙烯和丙烯(C₂⁼/C₃⁼)技术具有重要的研究意义及工业应用价值,其核心在于高效催化剂的开发.本文发展了以失活钛硅分子筛TS-1(De-TS-1)为催化剂的C₅⁼催化裂解过程,研究发现,P改性后的De-TS-1显示出优异的催化反应性能,C₂⁼+C₃⁼选择性与单程寿命分别达77.1%和213 h,其综合催化性能优于经典的ZSM-5催化剂.进一步研究表明,De-TS-1的Br?nsted性质符合C₅⁼裂解高效裂解的基本要求,P改性可进一步降低De-TS-1中Br?nsted酸的酸密度和酸强度,从而促进了目标产物C₂⁼/C₃⁼生成的主反应,抑制了C₅     

Rh基催化剂上CO加氢制C2含氧化合物的红外光谱研究

 用红外光谱法考察了Rh-Mn-Li-Ti/SiO2催化剂在CO加氢反应过程中表面吸附物种随压力、温度和H2/CO比的改变而变化的规律. 结果表明,高压有利于提高催化剂表面吸附的CO浓度和活性,高温有利于CO解离; 而高温、高压条件不但促进了CO吸附,而且提高并平衡了CO的解离和插入之间的相对活性,促进了C2含氧化合物的生成. H2/CO比的增大有利于CO在催化剂表面的吸附,从而促进了CO插入,尤其是CO的解离和加氢活性,但是过高的H2/CO比将导致过高的CO解离和加氢活性,引起CO插入活性的削弱而最终导致C2含氧化合物生成活性的下降. 同时,考察了助剂(Mn, Li和Ti)对Rh基催化剂表面吸附物种的影响. 结果表明,助剂的加入可提高C2含氧化合物的生成活性.     

Cu纳米针上电场促进C-C耦合增强CO2电还原生成C2产物

电催化CO₂减排技术利用电能将过量的CO₂转化为有附加值的化学品,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径之一.电催化CO₂还原反应(CO₂RR)中的多碳产物(C₂),如乙烯和乙醇,因其比C1产物具有更高的能量密度和更广泛的应用而受到较大关注.目前为止,Cu基催化剂被认为是获得C₂产物的独特材料.研究者在提高Cu基催化剂C₂产物的活性和选择性方面做了大量的工作,如催化剂形貌工程、活性位点设计和中间吸附性能调控等.许多理论和实验研究已经证明,Cu基催化剂上的C-C偶联过程是C₂产物生成的速率决定步骤.优化C-C偶联过程的能垒是提高C₂产物活性和选择性的重要而直接的策略.CO₂RR在Cu上是由CO₂还原吸附CO(*CO)并二聚生成C₂产物引起的.C-C偶联过程与*CO的吸附性能密切相关.众所周知,CO是一种典型的极性分子,因此其在催化剂表面的吸附性能可能会受到活性位点周围的局部电场的影响.构建合适的局部电场是调节CO吸附性能和C-C偶联过程的潜在手段之一.前期工作(Nature,2016,537,382-386)证明了高曲率金纳米针可以在尖端产生高的局部电场.高局域电场诱导K+聚集,使活性位点周围CO₂浓度升高,大大促进了Au纳米针上的CO生成.基于Au纳米针的局域电场促进了CO₂RR的CO生成.本文利用Cu纳米针促进并优化C-C偶联反应来提高C₂产物活性和选择性.结果表明,局部电场可以促进C-C偶联过程,进而增强CO₂电还原生成C₂产物.有限元模拟结果表明,高曲率铜纳米针处存在较强的局部电场;密度泛函理论计算结果表明,强电场能促进C-C耦合过程.在此基础上,制备了一系列不同曲率的Cu催化剂,其中,Cu纳米针(CuNNs)的曲率最高,Cu纳米棒(CuNRs)和Cu纳米颗粒(CuNPs)曲率次之.实验测得CuNNs上吸附的K+浓度最高,证明了纳米针上的局部电场最强.同时,CO吸附传感器测试表明,CuNNs对CO的吸附能力最强,原位傅里叶变换红外光谱显示,CuNNs的*COCO和*CO信号最强.由此可见,高曲率铜纳米针可以诱导高局部电场,从而促进C-C耦合过程.催化性能测试结果表明,在低电位(-0.6 V vs.RHE)下,Cu NNs对CO₂RR的生成C₂产物的法拉第效率值为44%,约为Cu NPs的2.2倍.综上,本文为CO₂RR过程中提高多碳产物提供了新的思路.     

还原温度对Fe-Mo催化剂性质及F-T合成性能的影响

研究了还原温度对Fe-Mo催化剂性质及费托(F-T)合成性能的影响。采用N₂物理吸附、X射线衍射、穆斯堡尔谱和H₂程序升温脱附技术对催化剂进行了表征。结果表明,随还原温度升高,金属铁晶粒粒径增大,金属铁上的H₂吸附量先升后降;催化剂还原度提高,反应态催化剂碳化铁含量递增。催化剂F-T合成性能在280 ℃、1.5 MPa、2 000 h^-1、合成气H₂/CO比为2.0条件下在固定床反应器中测试。反应结果表明,随还原温度提高,催化剂接近稳态时的活性和重质烃选择性(C₅⁺)先升后降,而甲烷选择性则先降后升。350 ℃还原催化剂具有最佳F-T合成反应性能。     

Ir/SiO2上甲烷部分氧化制合成气反应的原位时间分辨红外和原位Raman光谱表征

采用原位时间分辨红外光谱和原位显微Raman光谱技术对Ir/SiO₂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的初级产物和反应条件下催化剂表面物种进行了跟踪考察,实验结果表明,在H₂预还原的新鲜Ir/SiO₂表面,CO是V(CH₄):V(O₂):V(Ar)=2:1:45混合气反应的初级产物,因而甲烷的直接氧化过程是CO生成的主要途径;而在稳态反应条件下,CO生成的途径可能主要来自CO₂和H₂O与催化剂表面积碳物种(CHx)和/或CH₄的反应.催化剂上生成的积碳可能是导致稳态条件下Ir/SiO₂上POM反应机理不同于H₂预还原的新鲜催化剂的主要原因.     

Ru添加对Co/SiO2费托合成催化剂性能的影响

用初湿含浸法制备了不同Ru添加量的Co/SiO₂模型催化剂,然后进行N₂物理吸附、XRD、H₂-TPD、DRIFTS等表征和微分固定床费托(F-T)反应评价。F-T反应结果表明,催化剂中添加Ru后,CO转化率显著提高,TOF值增大,CO₂和CH₄选择性降低,烯/烷比(O/P)降低。FT-IR表征说明,催化剂添加Ru后Co-O键的强度减弱,相对应的H₂-TPR也表明,催化剂的还原度得到显著提高。还原后的催化剂XRD结果进一步证实,加入Ru后,催化剂无钴氧化物被检出,并且当Ru添加量为0.5%(质量分数)时催化剂中金属钴主要以六方密堆(hcp)形式存在。CO-DRIFTS结果显示,Ru的加入使CO的吸收峰发生红移,即Ru促进了CO的解离。H₂-TPD结果则表明,随着Ru添加量的增加,催化剂表面CO_ads/Co_s和CO^*/Co_s增大,这是CH₄选择性降低的主要原因。     

醇添加对钴基催化剂费托合成反应的影响

在固定床微反应器上利用全产物在线分析方法, 研究了钴基催化剂上伯醇C_nH_2n+1OH (n=2, 3, 5, 6)在惰性气氛(Ar)和氢气气氛下的反应行为以及添加C_nH_2n+1OH对费托(FT)合成反应的影响, 并结合原位漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)表征. 结果表明: 碳数为n的醇在Ar 气氛和H₂气氛下反应主要有脱羰和脱水两条反应路径, 分别生成碳数为n-1的烃和相同碳数的烃. 低碳数醇(乙醇和正丙醇)的添加对费托合成产物分布无明显影响; 而较高碳数的醇(正戊醇, 正己醇)的加入使碳数为n-1以上烃的选择性显著增加, 这是由于C_nH_2n+1OH加入后生成的碳数为n-1和n的中间体可进一步发生链引发反应, 生成更多的长链烃.     

Density Functional Theoretical Studies on the Methanol Adsorption and Decomposition on Ru(0001) Surfaces

Periodic density functional theory(DFT) calculations are presented to describe the adsorption and decomposition of CH₃OH on Ru(0001) surfaces with different coverages, including p(3×2), p(2×2), and p(2×1) unit cells, corresponding to monolayer(ML) coverages of 1/6, 1/4, and 1/2, respectively. The geometries and energies of all species involved in methanol dissociation were analyzed, and the initial decomposition reactions of methanol and the subsequent dehydrogenations reactions of CH₃O and CH₂OH were all computed at 1/2, 1/4, and 1/6 ML coverage on the Ru(0001) surface. The results show that coverage exerts some effects on the stable adsorption of CH₃O, CH₂OH, and CH₃, that is, the lower the coverage, the stronger the adsorption. Coverage also exerts effects on the initial decomposition of methanol. C-H bond breakage is favored at 1/2 ML, whereas C-H and O-H bond cleavages are preferred at 1/4 and 1/6 ML on the Ru(0001) surface, respectively. At 1/4 ML coverage on the Ru(0001) surface, the overall reaction mechanism can be written as 9CH₃OH→3CH₃O+6CH₂OH+9H→6CH₂O+3CHOH+18H→7CHO+COH+CH+OH+26H→8CO+C+O+36H.     

二氧化碳多相催化加氢制C2及以上烃类和醇的研究进展

通过可再生能源得到的氢气将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化学品,对于缓解全球变暖、改善生态环境和解决化石资源日益枯竭的难题具有重要的意义。通过加氢反应合成碳氢化合物,尤其是C₂₊烃类和含氧化合物愈来愈引起大家的研究兴趣。设计制备兼具二氧化碳活化和碳-碳键耦合的多功能催化剂仍然是一较大的挑战。本文总结了二氧化碳加氢合成长链烷烃、低碳烯烃、高级醇的最新研究进展,探讨了二氧化碳加氢所涉及的相关反应的热力学和动力学、反应机理和反应路径,并对现阶段报道的多相催化剂进行了归纳和分析,最后指出未来在二氧化碳加氢的多相催化过程中所面临的问题和发展方向。     

Spectroscopic investigation of Pt—methanol interface in perchloric acid medium by sum-frequency generation

We recorded vibrational spectra of the CO poison resulting from the electrochemical decomposition of CH₃OH on platinum by sum-frequency generation using the infrared free electron laser CLIO. At high CH₃OH concentration (0.1 M) in the electrolyte, both multi-bonded and linearly bonded CO are equally present. At lower CH₃OH concentration (0.004 M), the multi-bonded species is predominant. The CO poison still remains on the surface at potentials (0.05 V/NHE) close to the hydrogen evolution onset.     

醇-二苯甲酮光化夺氢反应活泼自由基的ESR研究

本文用自由基捕捉剂2,3,4,6-四甲基亚硝基苯(ND)及苯亚甲基叔丁基氮氧化合物(PBN)与ESR相结合的方法研究了CnH_2n+1OH(n=1,2,…8)、(CH₃)₂CH(CH₂)_nOH(n=0,1,2)、CH₂=CHCH₂OH及C₆H₅CH₂OH等十三种醇与二苯甲酮的光化夺氢反应中的活泼自由基,结果表明: 1.用ND时,二苯酮分别夺取CnH_2n+1OH、(CH₃)₂CH(CH₂)_nOH及RCH₂OH(R=CH₂=CH、C₆H₅)中α-C、叔-C及α-C上的氢,而捕捉到C_n-1H_2n-1CHOH、(CH₃)₂CH(CH₂)_nOH及RCHOH自由基。 2.用PBN时,捕捉的自由基与ND捕获的相同。     

阵列纳米管中铂:钌原子比对甲醇电催化氧化活性的影响（英文）

采用电化学沉积技术在3-氨丙基三甲基硅氧烷修饰的多孔氧化铝膜板中制备了具有不同Pt/Ru原子比的双元Pt/Ru阵列纳米管电极（NTAEs）。分别用X-射线衍射和扫描电镜表征了催化剂结构和形态。电化学结果表明：通过控制前驱沉积液的浓度可得到不同PtRu原子比的NTAEs。所制备的Pt 或 Pt/Ru合金阵列纳米电极的真实表面积大,催化活性强,有利于物质传输,对甲醇电氧化显示出显著的催化性能。实验中还系统研究了催化剂组成与CO和CH3OH电催化氧化性能的关系,发现Pt/Ru=50:50的阵列纳米管电极对CO电氧化显示出最好的催化活性;对甲醇电氧化,则Ru原子比为40%的催化剂显示最佳催化性能。     

CATALYTIC PERFORMANCE OF MIXED-BIMETALLIC RUTHENIUM CARBONYL CLUSTERDERIVED CATALYSTS IN CO HYDROGENATION

The bimetallic catalysts prepared from SiO_2-supported Ru-Co,Ru-Fe and Ru-Mo carbonyl clusters exhibited high yields and selectivitiestowards oxygenates such as C_1-C_5 from CO+H_2,in contrast to the catalystsprepared from homometallic and bimetallic Ru,Ru-Ni,Ru-Rh,Ru-Mn,and Ru-Cr carbonyl clusters.The FTIR investigation revealed that the 1584 cm~(-1)species plays an important role in the formation of oxygenates in COhydrogenation,which is possibly assigned to surface formyl species.     

Cu助剂的加入方式对铁基催化剂F-T合成性能的影响

采用不同的沉淀方式与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了系列微球状FeCuK/SiO2催化剂,结合H2-TPR和M(o)ssbauer谱等表征手段,研究Cu助剂的加入方式对铁基催化剂物相结构、还原和碳化行为以及F-T合成性能的影响.催化剂在浆态床反应器中以接近F-T合成实际工况条件(250℃、1.5 MPa、H2/CO=...