Na—W—Mn／SiO2催化剂表面甲烷脉冲反应I.单组分Na／、W／、Mn／SiO2催化剂

制备了单组分Na/、W/、Mn/SiO2催化剂，在ITD（Ion Trap Detector）装置上进行了催化剂表面晶格氧脱附前后的甲烷恒温脉冲反应（CH4-CTPR），研究结果表明，N a/SiO2表面晶格氧具有一定的C2烃选择性，并能强烈抑制CO2的生成，W/SiO2表面晶格氧对C2烃的选择性较差，但对Cox具有高的选择性；Mn/SiO2表面的晶格氧对C2H4和CO具有高选择性，而较深部位的晶格氧则对C2H6和CO2具有高的选择性。     

Na-W-Mn/SiO2催化剂表面甲烷脉冲反应Ⅱ. 多组分Na、 W、 Mn/SiO2催化剂

制备了多组分Na,W,Mn/SiO2催化剂，在ITD（Ion Trap Detector)装置上进行了催化剂表面晶格氧脱附前后的甲烷恒温脉冲反应（CH4－CTPR）。研究结果表明，Na-W/SiO2催化剂表面晶格氧，具有较高的CH4转化率和C2烃选择性，并对C2H6的生成起着重要的作用，Na-Mn/SiO2催化剂表面晶格氧，也具有较高的CH4转化率和C2烃选择性，但对C2H6的形成有一定的诱导期；W－Mn/SiO2催化剂表面晶格氧，对CH4的转化和CO2的生成具有很高初活性，但对C2烃的选择性较低；Na-W-Mn/SiO2催化剂表面晶格氧，具有很高的CH4转化率和C2烃定向选择性，这是由于Na,W,Mn各组分协同作用的结果。     

Na-W-Mn/SiO2催化剂晶格氧的扩散行为

制备了不同组分Na、 W、 Mn/SiO2催化剂, 在ITD(Ion Trap Detector)装置上进行了催化剂表面CO恒温脉冲反应(CO-CTPR). 研究结果表明, 单组分Na、 W、 Mn/SiO2催化剂体相晶格氧向表面扩散的速度顺序为Mn/SiO2>Na/SiO2>W/SiO2; 与CO反应的表面晶格氧数量的顺序为Mn/SiO2>Na/SiO2≈W/SiO2. 多组分Na、 W、 Mn/SiO2催化剂体相晶格氧向表面扩散的速度顺序为Na-W/SiO2>Na-Mn/SiO2>W-Mn/SiO2>Na-W-Mn /SiO2, 且Na与W、 Mn的结合对体相晶格氧向表面的扩散有促进作用; 与CO反应的表面晶格氧数量的顺序为Na-W-Mn/SiO2>Na-Mn/SiO2 >W-Mn/SiO2>Na-W/SiO2.     

硫酸钠对Mn/SiO2催化剂结构及其甲烷氧化偶联反应性能的影响

 采用等体积浸渍法制备了Na2SO4改性的Mn/SiO2催化剂,考察了Mn-Na2SO4/SiO2催化剂中各组分对甲烷氧化偶联合成C2产物(C2H4+C2H6)的影响,并采用X射线衍射、 X射线光电子能谱、 Raman光谱和程序升温还原等手段表征了催化剂中的物相结构、表面组分价态与含量以及氧化还原性能. 结果表明,在Mn/SiO2催化剂中添加Na2SO4可使载体SiO2由无定形转变为α-方石英相,使催化剂表面的Mn物种由Mn3O4转变为Mn2O3, 从而大大提高了甲烷转化率和目标产物C2的选择性. 因此,推测Mn2O3物种在反应条件下构成了甲烷氧化偶联反应的活性中心.     

Na-W-Mn/SiO2催化剂中的组分协同效应

 利用XRD, SEM和Raman光谱等手段对Na-W-Mn/SiO2催化剂中形成的物相、活性组分在载体表面的分散度以及催化剂表面的金属中心结构进行了研究. 结果表明,组分间的相互作用对各活性组分在催化剂中的存在形式有重要影响. 在无定形氧化硅表面, W以八面体六配位WO3形式存在,在α方石英表面, W以四面体四配位的WO4形式存在. 没有组分Na时, W或Mn在催化剂表面以氧化物颗粒形式存在; Na的加入不仅可大大提高W或Mn在催化剂表面的分散度,而且可使WO4四面体的结构变得十分均一. 反应性能研究还表明, Na和Mn之间存在很强的电子相互作用,对于含Mn催化剂的选择性具有重要影响.     

Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的吸附量热和红外研究

通过在最优Rh含量基础上对金属配比的再优化,成功地改进了Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的CO加氢性能;并采用微量吸附量热和红外等表征手段,考察了助剂Mn和Li促进作用的本质.结果表明:助剂Mn和Li的添加,使孪式和线式吸附CO的碳氧键强度增加,并同时削弱了桥式吸附CO的碳氧键或者使其转化为更易于解离的倾斜式CO吸附物种,从而同时增加了Rh基催化剂的CO解离和插入能力,提高了其活性和C2含氧化合物选择性.另一方面,Mn和Li的添加显著地降低了Rh基催化剂表面H的数量和稳定性.催化剂加氢能力显著降低极大地抑制了CH4的生成,从而有利于C2含氧化合物选择性的进一步提高.     

费托合成CeO2助Co/SiO2催化剂的失活

在固定床反应器上考察了原粒度(1～3mm)CeO2助Co/SiO2催化剂的费托反应性能,提出了催化剂失活的机理,并采用程序升温还原、X射线衍射和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,在1.5MPa,488K和400h-1条件下进行的300h稳定性实验中,原粒度CeO2助Co/SiO2催化剂上的CO平均转化率达到41%,液态烃选择性达到85%,液态烃中C10 烃的质量含量占88%以上.反应器出口的催化剂中有少量的CoO和Co2SiO4生成.催化剂的失活过程受动力学控制而非热力学控制,催化剂的失活机理为:高分散的纳米Co离子在反应器出口高水蒸气压力的作用下,以CoO为中间物种,与水合SiO2作用生成Co2SiO4,即Co H2O→CoO H2,SiO2 H2O→OSi(OH)2,2CoO OSi(OH)2→Co2SiO4 H2O.     

h-BN掺杂Na2WO4-Mn/SiO2催化剂用于乙烷氧化脱氢制乙烯

采用混浆法制备了一系列六方氮化硼掺杂的Na2WO4/Mn/BxSiy催化剂,并应用于乙烷氧化脱氢制乙烯（ODHE）。考察了Na2WO4/Mn/BxSiy催化剂的ODHE反应性能,并详细探讨了反应温度、稀释气比例等条件对催化剂反应活性的影响。结果表明,h-BN的掺杂发现显著提高了Na2WO4/Mn/BxSiy催化剂C2H4选择性。Na2WO4/Mn/B5.0Si95催化剂在700℃时,表现出相对较高的活性并且CO2生成量极低（>70% 乙烯选择性,46.5%的乙烯收率,1.80%的CO2选择性）。通过X-射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、H2程序升温还原（H2-TPR）、O2程序升温脱附（O2-TPD）和C2H6程序升温脱附（C2H6-TPD）等手段对催化剂进行了表征。研究发现,h-BN的加入对改变催化剂表面元素的化学状态,形成了更多具有低温活性的物相,对抑制深度氧化起到重要作用。同时,h-BN的掺杂也调变了催化剂的导热能力,避免床层热点的形成,提高了C2H4的选择性。     

MoO3/SiO2催化剂的异丁烷选择氧化反应性能

分别采用浸渍法和溶胶－凝胶法制备了MoO3/SiO2催化剂，用XRD，TPR，IR，TPD和活性评价等手段对催化剂的影响，晶格氧活泼性，化学吸附性能和异丁烷选择氧化反应性能进行了研究。结果表明，催化剂表面由Lewis碱位Mo=M,Mo-O-Mo中的晶格氧和Lewis酸位Mo^6 构成，在MoO3/SiO2催化剂上，异丁烷主要通过甲基的H双位吸附在表面的Lewis碱位Mo=O上；在常压条件下，异丁烷选择氧化产物主要为异丁烷，甲基丙烯醛和甲基丙烯酸，其中深度氧化产物CO2主要由吸附的异丁烯继续反应生成；采用溶胶－凝胶法制备的MoO3/SiO2催化剂，可得到较高的异丁烷转化率和含氧有机物选择性。     

CO2氧化丙烷脱氢MoO3-V2O5/SiO2催化剂研究

采用表面改性和等体积浸渍法制备了MoO3-V2O5／SiO2复合氧化物，采用TPR、IR、TPD和微反技术表征了催化剂对CO2和C3H8的吸附性能和CO2部分氧化丙烷脱氢的反应性能．结果表明：随MoO3加入量的增加，V=O还原温度降低，晶格氧更易活化．CO2和丙烷的活化温度降低，丙烷转化率增高，丙烯选择性下降．V=O中晶格氧的活化是CO2氧化丙烷制丙烯反应的关键．     

Pd/MoO3-TiO2/SiO2光催化CO2与C2H6合成烃类氧化物的反应性能

 采用化学反应改性和等体积浸渍法制备了负载型Pd/MoO3-TiO2/SiO2催化剂,并用IR,FT-Raman,TPD-MS,UV-Vis DRS和活性评价等方法研究了催化剂的表面结构、光吸收性能、化学吸附性能及光催化CO2与C2H6合成烃类氧化物的反应性能. 结果表明,SiO2负载的MoO3和TiO2之间存在着强相互作用,并能部分形成Mo-O-Ti键联,使得两种氧化物微粒均匀分布于载体表面; 表面MoO3和TiO2的复合作用使TiO2/SiO2的吸光带边红移,扩展了其吸光域,Pd的引入明显提高了固体材料的可见光吸收率; CO2和C2H6能较好地吸附在催化剂表面,在紫外光的激发下,CO2吸附态能解离生成CO,而C2H6单位吸附态能部分转化为C和H同时吸附在两个晶格氧上的双位吸附态; 光促CO2和C2H6反应主要生成丙醛、乙醇和乙醛; 在合适的条件下,烃类氧化物的选择性可超过90%.     

单分散SiO2的焙烧温度对Rh基催化剂上CO加氢反应性能的影响

在比较了分别以商业SiO2和采用Sto?ber法制备的单分散SiO2为载体的Rh-Mn-Li/SiO2催化剂催化CO加氢反应性能的基础上,进一步调变了Stober法制备SiO2时的焙烧温度,并考察了其对Rh-Mn-Li/SiO2催化CO加氢性能的影响.利用N2吸附-脱附、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、H2程序升温还原(H2-TPR)、程序升温表面反应(TPSR)等方法对载体及催化剂的物理化学性能进行了表征.结果表明:不同温度焙烧的载体表面具有不同的Si―OH数量,从而影响金属的分散状态及Rh和Mn之间的相互作用.载体表面较多的羟基有利于Rh的分散和CO的吸附,从而增强催化剂的反应活性.载体表面适当数量的羟基能够得到适中的Rh与Mn之间的相互作用,使催化剂具有合适的CO解离能力,有利于CHx的CO插入反应,从而提高了C2含氧化合物的选择性.     

Na-W-Mn/SiO2催化剂体系中W和Mn对甲烷氧化偶联反应的作用

制备了一系列不同W,Mn含量的Na-W-Mn/SiO2催化剂,并进行了其催化甲烷氧化偶联反应性能评价和XPS,XRD表征.研究结果表明,W和Mn的含量分别为2.2%≤W≤8.9%和0.5%≤Mn≤3%时,催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能.Mn的表面浓度与甲烷的转化率和乙烯的选择性有较好的对应关系,W的表面浓度与乙烷的选择性有一定的关联,据此提出Na-O-Mn和Na-O-W都是甲烷氧化偶联反应的活性中心.反应的活性相是Na2WO4,Na2W2O7和Mn2O3.     

Co/SiO2催化剂催化费托合成中CeO2助剂的作用

 在Co/SiO2催化剂中加入少量CeO2助剂, 能够提高其催化费托(FT)反应的活性和液态烃(Ｃ5+)的选择性,特别是可以生成优质的高附加值柴油及润滑油基础油(C12+), 但助剂CeO2对Co/SiO2催化剂的作用目前仍存在争议. 本文利用X射线衍射、程序升温还原、程序升温脱附、程序升温表面反应、 X射线光电子能谱、扫描电镜和同位素脉冲反应结合H-D同位素交换等方法对催化剂进行了表征,并采用微反评价考察了催化剂的催化性能. 表征结果表明,少量CeO2助剂的添加提高了活性组分Co在催化剂表面的分散度,降低了催化剂表面Co的晶粒度,使催化剂对CO和H2的吸附性能发生了改变. 同位素脉冲反应结合H-D交换实验表明, CeO2的添加减弱了Co的金属性,提高了其吸附解离氢的能力和CO吸附量,增大了催化剂表面活性碳物种的浓度和聚合趋势,使FT合成的碳链增长几率增大至0.90, 产物中液态烃选择性和重质烃含量明显增加,说明CeO2的加入有利于生成高附加值的柴油和润滑油基础油.     

结构助剂SiO2、Al2O3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂，研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较，SiO2抑制了H2的吸附，但促进了CO的吸附，有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明，Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应（WGS）活性，且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移，而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应（WGS）活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/Al2O3催化剂比Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有更好的运行稳定性。     

Mo-P-O/SiO2催化剂上的异丁烷选择氧化反应

 采用溶胶－凝胶法制备了MoO3／SiO2和Mo－P－O／SiO2催化剂，用X射线衍射、红外光谱、程序升温还原、程序升温脱附和活性评价等手段研究了催化剂的表面结构、晶格氧活泼性、化学吸附性能以及异丁烷选择氧化反应性能．结果表明，活性组分在催化剂表面分散较好；异丁烷吸附在催化剂表面Lewis碱位的MoO端氧上形成分子吸附态；MoO3／SiO2和Mo－P－O／SiO2两种催化剂对异丁烷选择氧化都有较好的选择性，将PO3－4引入到MoO3／SiO2催化剂中可提高含氧化合物的选择性     

CO加氢Rh-Mn-Li/SiO2催化剂配比的优化及其CO脱附行为

通过优化Rh-Mn-Li/SiO2催化剂配比,大大地提高了其催化CO加氢合成C2含氧化合物的性能,并利用吸附CO的程序升温脱附(CO-TPD)和程序升温表面反应(TPSR)等方法考察了助剂Mn和Li对Rh基催化剂表面CO脱附行为的影响.结果表明,在543~573K内,Rh担载量为1.5%时催化剂的Rh效率(ERh)最高.少量Mn的添加显著地提高了Rh基催化剂的ERh,C2含氧化合物的时空收率(STYC2-oxy)和选择性(SC2-oxy).并且随着Mn含量增加,ERh和STYC2-oxy在Mn=0.53%时最高,但SC2-oxy一直缓慢增加.而随着Li含量增加,SC2-oxy显著增加,但是ERh和STYC2-oxy明显下降.CO-TPD和TPSR结果表明,助剂Mn和/或Li的添加改变了催化剂表面解离CO活性中心的数量及其解离CO的能力,从而影响催化剂的活性.另一方面,Mn和Li的添加提高了催化剂表面弱吸附CO的相对数量,从而使SC2-oxy提高.     

不同粒径的Ni/SiO2催化剂上CH4和CO2吸附活化的漫反射傅里叶变换红外光谱研究

 采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究了CH4和CO2在不同粒径的Ni/SiO2催化剂上的吸附及活化. 结果表明,在不同粒径的催化剂上,检测到有CH4解离生成的CHx(x=1～3)物种,以及催化剂表面吸附的CHx物种与表面-OH 作用生成的CHx-O物种. CH4的裂解强烈依赖于催化剂表面Ni颗粒的大小,在粒径8 nm左右的Ni颗粒上, CH4较易解离; CO2难以直接在Ni/SiO2催化剂表面发生解离吸附,但CH4解离生成的吸附H对CO2的解离吸附具有明显的促进作用; CH4与CO2共吸附时,较小粒径的Ni可以促进CO2与表面氧物种发生反应,生成单齿表面碳酸盐物种.     

经PPh3修饰的Rh/SiO2催化剂的吸附-脱附性能

 应用程序升温技术研究了氢甲酰化反应物CO,H2和C2H4在经PPh3修饰的Rh/SiO2(PPh3-Rh/SiO2)催化剂上的吸附-脱附行为. CO-TPD结果显示, Rh/SiO2催化剂在348, 398和525 K处有3个脱附峰, PPh3-Rh/SiO2催化剂仅在368 K处出现脱附峰,表明催化剂的吸附性能发生了明显变化. 采用原位红外光谱研究了PPh3-Rh/SiO2催化剂上CO的吸附态. 结果表明, 2040 cm-1处吸收峰归属于PPh3修饰的Rh粒子上线式吸附的CO. 这种吸附态既不同于Rh/SiO2多相催化剂表面Rh粒子上的CO吸附态,也不同于相应均相催化剂中的羰基配位态. TPD和FT-IR结果表明,在低压下PPh3-Rh/SiO2催化剂对氢甲酰化反应已具有相当的催化性能.     

Cu、K助剂对FeMn/SiO2催化费托合成的影响

研究了Cu、K助剂对共沉淀型FeMn/SiO2催化剂还原行为、吸附行为及费托(F-T)合成活性和选择性的影响. Cu助剂以与Fe、Mn、SiO2共沉淀的方式引入, 而K助剂是在喷雾干燥前均匀加入沉淀浆料引入的. 结果表明, Cu可明显提高催化剂的还原性能, K助剂能促进催化剂在CO中的还原但抑制在H2中的还原, 而同时加入Cu和K会进一步促进催化剂在H2或CO中的还原; Cu助剂能促进H2吸附而K助剂对H2吸附无明显影响; Cu在一定程度上提高了F-T合成活性, 缩短了反应诱导期, K明显促进了CO的转化而相对抑制了H2的转化, 并且延长了反应的诱导期, Cu与K协同作用不仅提高反应的转化率而且缩短了反应的诱导期; K使得烃产物平均分子量增加, Cu单独对烃产物分布影响不明显, 而与K共同作用会进一步增加烃产物的分子量.