沉淀剂对Au／ZnO催化剂上CO氧化性能及催化剂结构的影响

在25℃和进料中含水条件下,考察了由Na2CO3,(NH4)2CO3,NaOH和NH4OH等4种沉淀剂制备的Au/ZnO催化剂上CO氧化活性和稳定性。结果表明,沉淀剂影响Au/ZnO催化剂的前体组成、金粒子和ZnO粒子大小、比表面积及CO拉化性能。由NH4OH制备的Au/ZnO催化剂活性和稳定性较差,CO转化率只有15%;由其它3沉淀剂制备的Au/ZnO催化剂的CO氧化活性和稳定性明显改善,可至少连续反应1100h,且保持CO完全氧化,其中Na2CO3是最佳沉淀剂。在反应过程中反应气氛可引起金粒子的聚集及在催化剂表面生成新的碱式碳酸锌物相。催化剂的稳定性与金粒子长大速度和碳酸根累积量有关。     

沉淀剂种类对水煤气变换Au/Fe2O3催化剂结构和催化性能的影响

 采用7种沉淀剂(K2CO3, Na2CO3, NH4OH, (NH4)2CO3, NaOH, KOH和尿素)通过共沉淀法制备了低温水煤气变换(WGS) Au/Fe2O3催化剂,考察了沉淀剂种类对其催化性能的影响. 通过N2吸附, X射线荧光光谱、 X射线衍射、 H2程序升温还原和CO程序升温脱附等表征手段,探讨了不同沉淀剂影响Au/Fe2O3催化剂WGS性能的原因. 结果表明,采用K2CO3和Na2CO3制备的催化剂样品在200 ℃以上具有较好的活性和稳定性,其中K2CO3是最佳沉淀剂. 而采用NH4OH和(NH4)2CO3制备的样品的催化活性相对较低,在200 ℃达到峰值. 由其它3种沉淀剂制备的样品的催化活性都较差, CO转化率最高只有35%. 沉淀剂种类不仅明显地影响金离子和铁离子的共沉淀,而且会明显地影响共沉淀物在后续焙烧过程中的结晶行为. 前者将影响金的负载量,后者则影响金粒子的分散度以及氧化铁载体的还原性质和对CO的吸脱附性能. Au/Fe2O3催化剂的低温高活性及其稳定性归因于高度分散的金粒子及其与易被还原的氧化铁载体间的协同作用. 催化剂中金负载量增大、金粒子分散度提高以及氧化铁晶粒减小均有利于其催化性能的提高.     

氯离子含量对Au/ZnO催化剂常温CO氧化性能的影响

利用共沉淀法制备了Au/ZnO催化剂.在室温和进料中含水的条件下考察了残存的氯离子对Au/ZnO催化剂CO氧化性能的影响,发现氯离子可促进金粒子的聚集及表面碱式碳酸锌的生成,因此对CO氧化活性和稳定性都有较强的负作用.     

Au/ZnO催化剂的制备及常温常湿条件下CO氧化催化性能

用共沉淀法制备了n(Au)/n(ZnO)=1.3/100的催化剂.考察了焙烧温度对Au/ZnO催化剂的化学组成及CO氧化性能的影响.结果表明,焙烧温度对催化剂的化学组成、活性和稳定性均有较大影响,其中240℃焙烧制得的Au/ZnO催化剂稳定性最好,在25℃和进料中含有水分的条件下,可连续反应600h使CO完全转化.XRD,FTIR,TG-DTA,TEM及UV-Vis结果表明,金粒子高度分散在氧化锌或碳酸锌上,平均直径2～5nm.催化剂的稳定性同锌物种有关,氧化锌较碳酸锌表现出较好的稳定性,且氧化锌粒子越小,比表面积越大,催化剂的稳定性越高.     

制备条件对新型糠醛加氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备CuO-ZnO-Al2O3-MnO2复合氧化物为活性组分体系的新型铜基催化剂,并评价其在糠醛选择性加氢制备糠醇过程中的活性,比较Na2CO3、NH4HCO3、H2C2O4三种沉淀剂制得催化剂的活性差异并通过TPR、XRD、ICP、BET等手段表征,结果表明:用Na2CO3作沉淀剂制得催化剂转化率最高.进一步对制备条件进行考察,发现采用Al(OH)3的添加形式和并流共沉淀法有利于提高催化剂的活性,而助剂Mg的添加能有效提高催化剂稳定性.     

Au／ZnO催化剂的制备及常温条件下CO氧化催化性能

用共沉淀法制备了n(Au)/n(ZnO)=1.3/100的催化剂,考察了焙烧温度对Au/ZnO催化剂的化学组成及CO氧化性能的影响,结果表明,焙烧温度对催化剂的化学组成、活性和稳定性均有较大影响,其中240℃7焙烧制得的Au/ZnO催化剂稳定性最好,在25℃和进料中含有水分的条件下,可连续反应600h使CO完全转化,XRD,FTIR,TG－DTA,TEM及UV－Vis结果表明,金粒子高度分散在氧化锌或碳酸锌上,平均直径2－5nm,催化剂的稳定性同锌物种有关,氧化锌较碳酸锌表面出较好的稳定性,且氧化锌粒子越小,比表面积越大,催化剂的稳定性越高。     

Au/Fe2O3催化剂的制备及其对富氢气体中一氧化碳选择性氧化的催化性能

 采用共沉淀法制备了1.5%Au/Fe2O3催化剂,考察了加料方式对Au/Fe2O3催化剂化学组成及其催化富氢气体中CO选择性氧化性能的影响. 结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂的性能明显好于反加法制备的催化剂,80 ℃时前者对富氢气体中CO选择性氧化反应的转化率为94%,CO2选择性为65%,连续反应10 h,催化剂活性没有变化. XRD,XPS和TEM等的测试结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂中金粒子的平均粒径为2～4 nm,金粒子高度分散在载体上,并与载体之间发生了较强的相互作用,从而表现出较高的催化性能.     

金溶液pH值及浸泡处理对Au/Al2O3催化剂上CO氧化反应活性的影响

 采用阴离子浸渍法制备了Au/Al2O3催化剂,考察了溶液pH值及浸泡处理对催化剂上CO氧化反应的影响. 结果表明,催化剂的活性随着浸渍液氯金酸溶液pH值的升高而升高. 对于经300 ℃下H2还原处理的Au/Al2O3催化剂,无论用水浸泡还是用氨水浸泡,室温下CO转化率均可达到100%, 且催化剂具有良好的稳定性. 用氨水浸泡的催化剂经氧化处理后依然保持高活性,但用水浸泡的催化剂活性大幅度下降. XPS结果表明,用氨水浸泡的Au/Al2O3催化剂表面含有Al, O, C, N, Na和Au原子,但没有Cl原子存在. 这说明用氨水浸泡催化剂可有效除去Cl-离子而提高其催化活性.     

金单原子催化剂上一氧化碳低温氧化

CO低温氧化对于基础研究和实际应用均具有重要意义.自上世纪八十年代日本的 Haruta教授发现氧化物负载金催化剂对 CO氧化的超高活性以来,负载金催化剂受到了广泛关注与深入研究,被认为是目前活性最高的 CO氧化催化剂.在诸多影响 CO氧化活性的因素中,纳米金的粒子尺寸是最重要因素之一.目前主流观点认为对于 CO氧化,纳米金有一个最优尺寸范围,在0.5–5 nm,而 Au原子/离子(Au3+, Au+)的活性则低一到两个数量级.因此,一般认为负载金单原子催
　　化剂对于 CO氧化反应的活性要比金纳米粒子和团簇低很多.然而,最近几年的理论与实验研究均表明,金单原子负载于合适的载体上可以显示出与金纳米粒子和团簇相当的活性.本文对这些新进展进行综述,阐述金单原子催化剂对 CO氧化的独特反应性能. Gates教授研究组进行了大量关于正价金对 CO氧化影响的研究,其中包括孤立的金原子(Au+).他们的研究发现, CO氧化活性随价态降低而降低,表明正价金对 CO氧化至关重要.此外,他们的研究也表明,孤立金原子对 CO氧化的活性(TOF)比金纳米粒子低一到两个数量级.然而,在他们的研究中,有几个因素可能导致催化剂的低活性.首先,他们一般采用非或弱还原性的载体.而载体的还原性对金催化剂上 CO氧化活性影响非常巨大.另外,他们所用的金原子前驱体为配合物,在催化剂制备与反应过程中配体并没有去除,可能也是导致催化剂活性低的原因之一.与此相反,张涛课题组近期采用氯金酸为前驱体,通过简单的吸附浸渍法制备了一系列负载金单原子催化剂.同时用相同的载体制备了负载金纳米粒子催化剂进行对比,可以排除载体等其它影响因素.对比结果显示,单原子催化剂均显示出与纳米粒子相当的 TOF(单位表面 Au原子)和更高的反应速率(单位重量金).首先制备了氧化铁负载金单原子催化剂,该催化剂在室温即展现出可观活性, TOF值与2–3 nm金粒子 TOF值相当(~0.5 s–1).更有趣也更重要的是,该催化剂在高温(200oC以上)展现出非常高的反应稳定性,在200oC反应100 h无失活.在300和400oC反应50 h也无失活发生,为开发高温稳定的金催化剂提供了新途径.其次制备了氧化钴负载金单原子催化剂,该催化剂以0.05%金负载量即可实现室温全转化,其 TOF值高达1.4 s–1.然而该催化剂在达到高活性之前必须首先在反应气氛中进行高温处理,这限制了其实用性.此外,催化剂需经反应气氛活化的原因尚待进一步研究.随之又制备了氧化铈负载金单原子催化剂,对富氢条件下 CO选择氧化不仅具有高活性,而且具有极高的 CO选择性.进一步研究结合理论计算表明,高选择性来自氧化铈负载的金单原子不能解离活化氢,对于氢气氧化活性极低,从而导致 CO氧化的高选择性.理论研究方面也有进展. Camellone等计算发现金原子可以取代 CeO2(111)面上的 Ce原子形成 Au+并促进 CO氧化.然而该金原子会扩散至氧空位形成带负电荷的 Auδ-,阻止 CO和 O2吸附,因而使催化剂失活.李隽课题组利用从头算分子动力学模拟首次发现氧化铈和氧化钛负载的 Au纳米粒子在 CO氧化过程中可以形成单原子的现象,并将之称为动态单原子催化剂. Yang等则计算了二维材料 BN负载 Au单原子催化 CO氧化并发现反应优先通过三原子 E-R机理进行.     

不同载体稳定的纳米金催化剂室温催化氧化甲醛研究

甲醛是一种常见的室内空气污染物,人们针对其消除已经做了大量的研究工作.催化氧化法是脱除挥发性有机物的一种重要方法,能在较低温度下通过催化剂作用将甲醛完全氧化为无毒的CO2和H2O.所用催化剂主要为负载型贵金属催
　　化剂和非贵金属催化剂,但只有担载贵金属Pt或Pd的催化剂可在室温下将甲醛完全氧化,而非贵金属一般则需要较高的温度. Au催化剂是近年来催化领域的一个研究热点,但是关于纳米Au催化剂室温消除甲醛的研究较少.本课题组前期研究发现,以可还原性氧化物(CeO2, FeOx)为载体负载的Au催化剂具有优异的室温氧化甲醛活性;并且突破以可还原性载体负载金的传统思路,首次发现“惰性载体”γ-Al2O3,负载的金催化剂在室温、有水条件下具有优异的甲醛氧化活性.本文对比了还原性氧化物(CeO2, FeOx)和非还原性氧化物(Al2O3, SiO2和HSZM-5)载体负载金催化剂,研究了载体氧化还原性质对负载金催化剂在高空速(600000 ml/(g·s))条件下室温催化氧化甲醛的活性和稳定性影响.结果表明,在室温、高空速且相对湿度为50%的条件下, Au/Al2O3催化剂的初活性最高,且较为稳定. Au/SiO2和Au/HZSM-5催化剂的初活性虽然较高,但很快失活.而还原性氧化物载体(CeO2, FeOx)负载的金催化剂初活性较低,但是稳定性较好.通过电镜对负载金催化剂表面Au粒子大小的表征,并将粒子尺寸与负载金催化剂室温氧化甲醛初活性相关联,它与催化氧化甲醛反应速率成线性关系. Au粒子尺寸较小的催化剂(Au/Al2O3和Au/SiO2),在高空速条件下具有更高的氧化甲醛活性,而Au粒子尺寸较大的Au/FeOx催化剂活性较差.载体的氧化还原性质虽然不直接影响Au催化剂初活性,但直接影响催化剂稳定性.由于Au与SiO2或HZSM-5载体的相互作用较弱,导致反应过程中Au粒子聚集长大,使其失活较快;而Au/Al2O3催化剂表面则富含羟基物种,能够与Au形成配体或产生锚定作用,因此反应过程中金粒子没有明显长大.而表面中间物种的沉积并覆盖活性位是负载金催化剂缓慢失活的主要原因.     

预处理条件对Au/ZnO催化剂CO氧化性能的影响

采用沉积沉淀法制备了用于CO氧化的Au/ZnO催化剂, 并用程序升温还原(TPR), X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)技术对催化剂进行了表征. 结果表明: 采用沉积沉淀法可制备出高度分散的Au/ZnO催化剂; 提高焙烧温度导致金颗粒聚集长大, 样品经533, 673, 773 K焙烧后金物种的颗粒尺寸分别为2.7, 3.5, 3.7 nm. 催化剂的TPR表征结果中发现部分还原态的金物种在室温就可被氧化, 催化剂预先用流动空气处理可提高其氧化还原性, 样品经多次氧化还原循环后, 其氧化循环性能没有明显下降. CO的氧化反应结果表明, 焙烧温度强烈影响催化剂对CO的氧化活性, 533 K焙烧后的催化剂活性最高. 即使在反应气中含水3.1%(体积比)的湿气条件下, 反应300 h后, CO的转化率仍然保持在95%.     

Au/Al2O3催化剂的制备及其在CH4/CO2重整反应中的催化活性

采用浸渍法和沉积－沉淀法制备了四种不同的Au/Al2O3催化剂，测定了它们在氢气还原前后及催化反应后的金含量及比表面积，结果表明，制备方法明显影响催化剂的金含量，应用X－光粉末衍射技术研究了这些催化剂经还原处理及反应后的物相变化，金以Au^0物相存在，没有发现氧化态的金物相，考察了该催化剂在CH4／CO2重整反应中的催化活性，发现金催化剂的活性取决于金粒子的大小，浸渍法制备的金催化剂具有较大的金晶粒尺寸，催化活性低，沉积－沉淀法制备的金催化剂金晶粒尺寸较小，催化活性较高，以尿素为沉淀剂制备的催化剂给出1073K时的CH4和CO2转化率分别为8．1％和17．6％，高温反应不仅导致金晶粒的聚集，而且存在明显的金流失现象。     

Gold catalysts supported on ZnO/Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> for low-temperature CO oxidation

Gold catalysts with loadings ranging from 0.5 to 7.0 wt% on a ZnO/Al₂O₃ support were prepared by the deposition–precipitation method (Au/ZnO/Al₂O₃) with ammonium bicarbonate as the precipitation agent and were evaluated for performance in CO oxidation. These catalysts were characterized by inductively coupled plasma-atom emission spectrometry, temperature programmed reduction, and scanning transmission electron microscopy. The catalytic activity for CO oxidation was measured using a flow reactor under atmospheric pressure. Catalytic activity was found to be strongly dependent on the reduction property of oxygen adsorbed on the gold surface, which related to gold particle size. Higher catalytic activity was found when the gold particles had an average diameter of 3–5 nm; in this range, gold catalysts were more active than the Pt/ZnO/Al₂O₃ catalyst in CO oxidation. Au/ZnO/Al₂O₃ catalyst with small amount of ZnO is more active than Au/Al₂O₃ catalyst due to higher dispersion of gold particles.     

Stability and Deactivation of Au/Fe2O3 Catalysts for CO Oxidation at Ambient Temperature and Moisture

Various Au/Fe₂O₃ catalysts were prepared by the coprecipitation method, and CO oxidation was studied at ambient temperature and in the presence of water vapor in the feed. It was found that the precipitation method and the calcination temperatures have a significant effect on the catalytic performance of CO oxidation. The stability is related to the particle size of metallic gold and -Fe₂O₃ and the oxidation state of gold and the iron crystalline phase. The sintering of the gold particles, the reduction of oxide gold to metallic gold, the accumulation of carbonate, and a decrease in the specific surface area were observed during the reaction, which may contribute to the deactivation of Au/Fe₂O₃ catalysts.     

焙烧温度对Au/Fe2O3选择性氧化富氢气体中CO催化性能的影响

甲醇重整在线制氢作为质子交换膜燃料电池的燃料成为当前研究的热点。受重整反应动力学及热力学的限制，使得甲醇重整气(富氢气体)中除含有大量的氢气外还含有少量的CO，CO极易吸附在燃料电池阳极催化剂表面，使电池性能下降，因而必须去除重整气中的CO，选择性氧化脱除富氢气     

沉淀剂种类对Ru/CeO2氨合成催化剂结构和性能的影响

采用6种沉淀剂通过共沉淀法制备了6种Ru/CeO2氨合成催化剂, 考察了沉淀剂种类对其氨合成性能的影响. 通过X射线衍射、N2吸附-脱附、X射线荧光光谱和H2程序升温还原等表征手段, 对不同沉淀剂影响Ru/CeO2催化剂氨合成性能的原因进行探讨. 结果表明: 采用(NH4)2CO3和NH4HCO3制备的催化剂样品具有较好的氨合成活性, 其中NH4HCO3为最佳沉淀剂, 所制备的催化剂在450 ℃, 10 MPa , 10000 h－1测试条件下, 出口氨浓度为14.46%. 而采用KHCO3, KOH, K2CO3沉淀剂制备的样品的氨合成活性相对较低. 沉淀剂种类不仅明显地影响钌离子和铈离子的共沉淀, 而且会影响载体二氧化铈表面氧的还原. 由NH4HCO3沉淀剂制备的Ru/CeO2催化剂的高活性归因于钌负载量增大、钌粒子分散度提高以及二氧化铈表面氧易还原三者相互作用的结果.     

The nature of the oxidation states of gold on ZnO

The interaction between gold in the 0, i, ii and iii oxidation states and the zinc-terminated ZnO(0001) surface is studied via the QM/MM electronic embedding method using density functional theory. The surface sites considered are the vacant zinc interstitial surface site (VZISS) and the bulk-terminated island site (BTIS). We find that on the VZISS, only Au(0) and Au(i) are stable oxidation states. However, all clusters of i to iii oxidation states are stable as substitutionals for Zn2+ in the bulk terminated island site. Au(OH)(x) complexes (x= 1-3) can adsorb exothermically onto the VZISS, indicating that higher oxidation states of gold can be stabilised at this site in the presence of hydroxyl groups. CO is used as a probe molecule to study the reactivity of Au in different oxidation states in VZISS and BTIS. In all cases, we find that the strongest binding of CO is to surface Au(i). Furthermore, CO binding onto Au(0) is stronger when the gold atom is adsorbed onto the VZISS compared to CO binding onto a gas phase neutral gold atom. These results indicate that the nature of the oxidation states of Au on ZnO(0001) will depend on the type of adsorption site. The role of ZnO in Au/ZnO catalysts is not, therefore, merely to disperse gold atoms/particles, but to also modify their electronic properties.     

Comparative studies of gold catalysts prepared via solvated metal atom impregnation and conventional impregnation: characterization and low-temperature co oxidation

Supported Au catalysts for low-temperature CO oxidation were prepared by solvated metal atom impregnation (SMAI) and conventional impregnation (CI). X-ray photoelectron spectroscopy investigations indicated that gold in all the samples was in the metallic state. TEM and XRD measurements showed that the mean diameter of Au particles prepared by SMAI was smaller than that of those prepared by CI with the same gold content. Catalytic tests showed that SMAI catalysts had higher CO oxidation activity than CI catalysts with the same compositions. Both SMAI and CI Au/TiO₂catalysts exhibited high activities in low temperature CO oxidation. Full CO conversion was obtained at 323 K for 3.1 wt.% Au/TiO₂ (SMAI) catalyst, which displayed higher activity than the 3.1 wt.% Au/D-72(SMAI) and 3.1 wt.% Au/TiO₂(CI). Although the sizes of gold particles prepared by the same method and supported on both TiO₂ and resin were comparable, the Au/TiO₂ catalysts showed significantly higher activities than the Au/resin catalysts with the same Au contents under the same reaction conditions. These results prove that not only the gold particle size, but also the support plays a key role in CO oxidation. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Effects of preparation conditions of Au/FeO_x /Al_2O_3 catalysts prepared by a modified two-step method on the stability for CO oxidation

Composite oxide FeO x /Al 2 O 3 -supported gold catalysts were prepared by a modified two-step method. The effects of preparation conditions on the initial catalytic activity and long-time stability were studied for CO oxidation. XRD, XPS and in situ FTIR were employed to investigate the state of FeO x and the species on the catalyst surface. The results showed that Au/FeO x /Al 2 O 3 catalysts prepared by this method exhibited high activity and high stability in a wide pH value range. Calcination pretreatm...