金属态原子电负性、电子脱出功及吸附热之间关系的计算研究

金属态原子电负性、电子脱出功及吸附热之间关系的计算研究王贵昌孙予罕＊钟炳（中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室太原０３０００１）反应物分子在催化剂表面的活化吸附过程是多相催化过程中一个关键的中间步骤，获取该过程中的能量变化信息对人们进行催...     

差热-色谱联用法测吸附热——吡啶在γ-Al_2O_3及NaX沸石上吸附热研究

测量和研究吸附热对探讨多相催化过程及固体催化剂表面活性中心、结构和吸附特性等均有重要意义。本文参照Richardson及杨梦彦的方法,将差热技术与色谱技术相结合,建立了适于测定气-固不可逆吸附的微分吸附热的量热系统。用它测定了吡啶在γ-Al_2O_3及分子筛NaX沸石上的微分吸附热并初步探讨了它们的表面酸性。 1 实验     

DFC-1氢型丝光沸石的吸附热与甲苯歧化催化活性的研究

在工业生产条件下对催化剂和催化作用的动态研究已经引起重视。吸附热能反映催化剂表面能量状况和吸附分子间的相互作用,是表征催化剂表面性质的重要参量。对于国产甲苯歧化催化剂DFC-1氢型丝光沸石(简称HMDFC-1)的吸附热和催化活性之间关系的报道还不多。在用吸附差热方法考察HMDFC-1的表面酸性时发现,在动态条件下HMDFC-1存在着对NH_3可逆和不可逆两种吸附,而对吡啶则只有不可逆吸附。本文利用脉冲色谱法分别测定了苯、甲苯、二甲苯在HMDFC-1上以及在被NH_3中毒的HM吸附热,和甲苯在被吡啶中毒的HMDFC-1上的吸附热,并以吸附热的差别区别了两类DFC-1上的酸中心,找出了催化活性随甲苯吸附热的变化曲线。     

微量热技术测量担载型催化剂的吸附/反应能量并与反应性能相关联:综述

多相催化反应过程伴随着反应分子与催化剂表面之间的相互作用.这种相互作用强度与催化剂的反应性能密切相关.根据萨巴蒂尔原理(Sabatier principle),性能最优的催化剂与反应中间体之间应该具有适中的相互作用强度,一方面促进反应物活化,另一方面允许产物脱附.这样,测量和研究反应分子与催化剂之间的相互作用强度对于理解催化反应性能有非常重要的意义.当气体反应物接触到催化剂表面会伴随着热量的产生,该热量被定义为吸附热,并与吸附物种与催化剂之间形成的化学键强度直接相关.吸附热通常可以通过程序升温脱附(TPD)等方法间接获得.但是这些方法建立在吸附物种能够可逆地吸附和脱附的假设基础上.在实际的程序升温过程中,吸附物种通常会发生分解,并伴随着固体催化剂的重构等现象.因此,采用基于Tian-Calvet原理的热流量热计直接测量担载催化剂的吸附热是最可靠的吸附热测量方法.基于热流量热计测量的微量热技术的一个重要优点是采用合适的探针分子吸附,可以获得担载型催化剂表面吸附活性中心的数量、强度及其能量分布的定量信息.比如,采用碱性探针分子NH3或者吡啶,酸性探针分子CO2或SO2能够定量催化剂上酸-碱位的强度和数量,而金属催化剂活性中心可以应用H2或CO进行探测.当这些催化剂活性中心的定量表征结果与催化剂的反应活性测试结果相关联时,可以区分不同强度活性中心的反应性能,并为提高和改进催化剂性能提供研制方向.相对于NH3或CO等小分子气体,催化反应的反应物、产物或可能的中间体通常都是复杂分子,程序升温技术测量它们的吸附热时,这些分子通常会发生分解,限制了其吸附热的测量和研究.微量热技术能够直接测量这些分子的吸附热.因此,与催化反应活性相关联,反应物、产物或可能的中间体的吸附能量的测量和研究有利于更直接地认识催化剂的反应性能.在催化反应循环过程中,除了吸附,还包括表面反应和脱附步骤.这些步骤也伴随着吸附物种与催化剂之间键的形成与转换,并以热量的形式表现出来.测量这些热量对于认识催化反应过程,理解催化反应机理有重要的意义.热流量热计与催化微反系统相结合,为催化反应过程能量的测量和研究提供了可能.尽管微量热技术在测量担载型催化剂的吸附/反应能量并与反应性能相关联方面有其独特的优势,但是为了更好地用于催化研究,应该结合其它的表征技术(比如红外)确定吸附或反应物种的本质,结合理论计算对量热结果进行更好地补充和认识.本文综述了担载型催化剂的吸附/反应能量与反应性能关联的研究进展,指出了微量热技术在催化研究中的优势、不足,以及未来的研究方向.     

微量热技术测量担载型催化剂的吸附/反应能量并与反应性能相关联:综述（英文）

多相催化反应过程伴随着反应分子与催化剂表面之间的相互作用.这种相互作用强度与催化剂的反应性能密切相关.根据萨巴蒂尔原理(Sabatier principle),性能最优的催化剂与反应中间体之间应该具有适中的相互作用强度,一方面促进反应物活化,另一方面允许产物脱附.这样,测量和研究反应分子与催化剂之间的相互作用强度对于理解催化反应性能有非常重要的意义.当气体反应物接触到催化剂表面会伴随着热量的产生,该热量被定义为吸附热,并与吸附物种与催化剂之间形成的化学键强度直接相关.吸附热通常可以通过程序升温脱附(TPD)等方法间接获得.但是这些方法建立在吸附物种能够可逆地吸附和脱附的假设基础上.在实际的程序升温过程中,吸附物种通常会发生分解,并伴随着固体催化剂的重构等现象.因此,采用基于Tian-Calvet原理的热流量热计直接测量担载催化剂的吸附热是最可靠的吸附热测量方法.基于热流量热计测量的微量热技术的一个重要优点是采用合适的探针分子吸附,可以获得担载型催化剂表面吸附活性中心的数量、强度及其能量分布的定量信息.比如,采用碱性探针分子NH3或者吡啶,酸性探针分子CO_2或SO_2能够定量催化剂上酸–碱位的强度和数量,而金属催化剂活性中心可以应用H_2或CO进行探测.当这些催化剂活性中心的定量表征结果与催化剂的反应活性测试结果相关联时,可以区分不同强度活性中心的反应性能,并为提高和改进催化剂性能提供研制方向.相对于NH_3或CO等小分子气体,催化反应的反应物、产物或可能的中间体通常都是复杂分子,程序升温技术测量它们的吸附热时,这些分子通常会发生分解,限制了其吸附热的测量和研究.微量热技术能够直接测量这些分子的吸附热.因此,与催化反应活性相关联,反应物、产物或可能的中间体的吸附能量的测量和研究有利于更直接地认识催化剂的反应性能.在催化反应循环过程中,除了吸附,还包括表面反应和脱附步骤.这些步骤也伴随着吸附物种与催化剂之间键的形成与转换,并以热量的形式表现出来.测量这些热量对于认识催化反应过程,理解催化反应机理有重要的意义.热流量热计与催化微反系统相结合,为催化反应过程能量的测量和研究提供了可能.尽管微量热技术在测量担载型催化剂的吸附/反应能量并与反应性能相关联方面有其独特的优势,但是为了更好地用于催化研究,应该结合其它的表征技术(比如红外)确定吸附或反应物种的本质,结合理论计算对量热结果进行更好地补充和认识.本文综述了担载型催化剂的吸附/反应能量与反应性能关联的研究进展,指出了微量热技术在催化研究中的优势、不足,以及未来的研究方向.     

MgFeO氧化物催化剂酸碱性质的微量吸附量热研究

ＭｇＦｅＯ氧化物催化剂酸碱性质的微量吸附量热研究屠迈，沈俭一，陈懿（南京大学化学化工学院，２１００９３）全面描述固体酸碱催化剂表面酸碱性质应当包括测定酸碱中心的类型（即Ｂ型和Ｌ型）、强度和数量或强度分布，这些性质与其催化性能有密切的联系。从固体表面吸...     

静态化学吸附法测定Pt/Al2O3催化剂的金属分散度、活性表面积和颗粒尺寸

介绍了采用静态化学吸附技术,通过测量定向地吸附在Pt/Al2O3催化剂中Pt表面氢气量,从而建立了测定催化剂上金属分散度、活性表面和颗粒尺寸的方法.此方法适用于测定负载型催化剂上的金属分散度,也可用于催化剂的监制.     

多孔纳晶TiO2薄膜光催化剂的研制及其催化性能

 采用表面改性法制备了负载型Ni2（OEt）2／SiO2双核金属乙氧基配合物催化剂，利用示差量热、红外光谱和微反技术对催化剂的表面结构、热稳定性、化学吸附性质和催化活性进行了研究．结果表明，负载型双核金属乙氧基配合物Ni2（OEt）2／SiO2中的Ni2＋与载体SiO2表面的O2－以双齿配位形式键合；二氧化碳在催化剂表面存在桥式吸附态和碳酸单乙酯基物种两种吸附态，丙烯则只有一种分子吸附态；在适宜的反应条件下，二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂上的反应产物主要是甲基丙烯酸．根据实验结果，提出了二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂表面的反应机理，反应物分子共吸附于催化剂表面同一活性单元上，羧酸根和丙烯解离吸附态的形成是反应顺利进行的关键步骤．     

Ni2（OEt）2／SiO2催化二氧化碳与丙烯直接合成甲基丙烯酸的研究

 采用表面改性法制备了负载型Ni2（OEt）2／SiO2双核金属乙氧基配合物催化剂，利用示差量热、红外光谱和微反技术对催化剂的表面结构、热稳定性、化学吸附性质和催化活性进行了研究．结果表明，负载型双核金属乙氧基配合物Ni2（OEt）2／SiO2中的Ni2＋与载体SiO2表面的O2－以双齿配位形式键合；二氧化碳在催化剂表面存在桥式吸附态和碳酸单乙酯基物种两种吸附态，丙烯则只有一种分子吸附态；在适宜的反应条件下，二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂上的反应产物主要是甲基丙烯酸．根据实验结果，提出了二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂表面的反应机理，反应物分子共吸附于催化剂表面同一活性单元上，羧酸根和丙烯解离吸附态的形成是反应顺利进行的关键步骤．     

用穆斯堡尔谱研究镧改性铁催化剂的表面氧化性能

用穆斯堡尔谱研究镧改性铁催化剂的表面氧化性能周钰明（东南大学化学化工系，南京２１００９６）张爱民，丁莹如（南京大学化学系，南京２１００９３）关键词氧化镧改性，氧化作用，氧化铁催化剂，氢，一氧化碳在催化反应中，反应物分子首先吸附到催化剂表面，催化剂活性...     

Detailed process of adsorption of alkanes and alkenes on zeolites

The adsorption of alkanes and alkenes on zeolites is investigated by comparing the adsorption characteristics for three types of zeolite: ferrierite, ZSM-5, and mordenite. The activation energy for the diffusion of propane and n-butane on ferrierite and the heat of adsorption of C(2)-C(4) alkanes and alkenes on zeolites and silica are estimated based on Fourier transform infrared spectroscopy, and the diffusion processes in the micropores are elucidated by comparing the results with previously reported activation energies for n-butene diffusion. The adsorption of 1-butene on mordenite is also examined. The structure and process of experimentally observable adsorption is found to differ depending on the type of zeolite and adsorbing molecule, reflecting differences in the sizes of molecules and pores. This differing behavior is utilized to interpret the elementary adsorption processes of alkanes and alkenes on zeolites.     

Cu-loaded dealuminated Y zeolites active in selective catalytic reduction of nitric oxide with ammonia

The selective catalytic reduction of NO with ammonia in the presence of oxygen has been carried out on Cu-loaded dealuminated Y zeolite catalysts. Copper was introduced by the usual ion-exchange procedure with an aqueous solution of cupric acetate. On deeply dealuminated USY zeolites, Cu²⁺ was supported in the amount larger than 2Cu/Al = 2, resulting in the formation of CuO fine particles in addition to the isolated and dimer Cu²⁺ species. The specific catalytic activity per surface copper on the CuO particles was very high compared with these Cu²⁺ species. NO adsorption measurement revealed the higher dispersion of CuO on the deeply dealuminated USY than on SiO₂, which made Cu/USY a better catalyst for the reduction of NO. The reaction intermediates were investigated through the IR spectra of adsorbed species.     

Cu-loaded dealuminated Y zeolites active in selective catalytic reduction of nitric oxide with ammonia

The selective catalytic reduction of NO with ammonia in the presence of oxygen has been carried out on Cu-loaded dealuminated Y zeolite catalysts. Copper was introduced by the usual ion-exchange procedure with an aqueous solution of cupric acetate. On deeply dealuminated USY zeolites, Cu²⁺ was supported in the amount larger than 2Cu/Al=2, resulting in the formation of CuO fine particles in addition to the isolated and dimer Cu²⁺ species. The specific catalytic activity per surface copper on the CuO particles was very high compared with these Cu²⁺ species. NO adsorption measurement revealed the higher dispersion of CuO on the deeply dealuminated USY than on SiO₂, which made Cu/USY a better catalyst for the reduction of NO. The reaction intermediates were investigated through the IR spectra of adsorbed species.     

Understanding the Anomalous Alkane Selectivity of ZIF-7 in the Separation of Light Alkane/Alkene Mixtures

C2 and C3 alkanes are selectively adsorbed from mixtures over the corresponding alkenes on the zeolite imidazolate framework ZIF-7 through a gate-opening mechanism. As a result, the direct production of the pure alkene upon adsorption and the pure alkane upon desorption in packed columns is possible. Herein, a detailed investigation of the step-wise adsorption and separation of alkanes and alkenes is presented, together with a rigorous performance assessment. A molecular picture of the gate-opening mechanism underlying the unprecedented selectivity towards alkane adsorption is proposed based on DFT calculations and a thermodynamic analysis of the adsorption-desorption isotherms.     

超稳丫沸石制备技术对沸石铝分布的影响 Ⅰ.两种典型超稳Y沸石表面-体相组成的XPS研究

用XPS考察了USY和FSY超稳Y型沸石及其起始原料NH_4Y沸石的表面组成,并结合Ar~+刻蚀技术与其体相组成进行了比较。结果表明,NH_4Y沸石的铝分布基本均匀一致,经超稳化处理后,沸石表面组成发生了很大的变化。用(NH_4)_2SiF_6液相脱铝补硅法制备的FSY表面呈缺铝特征,其表面铝原子浓度比体相低8～10％;而用传统水热法制备的USY具有典型的富铝表面,其表面铝原子浓度比体相高30％左右。USY表面富铝主要是由于USY“次表面”(Subsurface)附近的非骨架铝类迁移到表面所致。内层的非骨架铝类在常规水热超稳处理条件下一般则很难迁移,仍然留有在USY晶体内部。     

脱铝八面沸石的催化行为——非晶格铝的影响

经水热处理和SiCl4处理得到了两个系列的脱铝Y沸石USY（W）和USY（T）。经X射线衍射分析、化学分析和ESCA研究确定USY（W）中包含有非晶格铝，通过TPD、IR研究发现，沸石中非晶格铝屏蔽了沸石中的强酸中心，同时产生部分弱酸中心，经异丙苯裂化反应和DTA实验发现非晶格铝的存在虽使反应活性降低，但却提高了抗积碳能力。     

The adsorption properties of organic sulfur compounds on zeolite-based sorbents impregnated with rare-earth metals

Dimethyl disulfide (DMDS) and dimethyl sulfide (DMS) are non-polar, stable, organic sulfur compounds found in liquefied petroleum gas, and their oxidation in the atmosphere results in the formation of tropospheric sulfur dioxide, which is subsequently converted into sulfuric acid, as the main factor of acid rain. In the present study, adsorption processes were devised based on the use of modified zeolite impregnated with rare-earth metals (Ce, La or Pr) for the adsorption of DMDS and DMS, and their sorption capacities were compared with that of commercial zeolite [Zeolite-Y, Ultra Stable Y(USY)]. The adsorption capacities of adsorbents were tested using a micro liquid flow reactor at room temperature. USY impregnated with cerium oxide (UC-10) had excellent DMDS and DMS adsorption capacities as compared with the other adsorbents tested. It was found that impregnation of USY with rare-earth metal such as Ce improved the sulfur adsorption capacity of zeolite. The form of the Ce promoter impregnated into USY was determined by FT-Raman spectroscopy. Adsorbents were characterized by X-ray fluorescence spectrometer, X-ray diffraction, and BET and the results obtained are discussed.     

NiO在USY分子筛、γ-Al2O3及其混合载体上的NO吸附行为和分布规律

运用红外技术和高斯函数对红外谱图进行分峰拟合,研究了对ＮｉＯ在ＵＳＹ分子筛、γ－Ａｌ２Ｏ３和混合载体上的对ＮＯ吸附规律,并推断出不同ＮｉＯ含量时,Ｎｉ２＋在这些载体上的分布．结果表明：位于γ－Ａｌ２Ｏ３表面、ＵＳＹ分子筛ＳⅡ、ＳⅠ位和ＳⅡ位的Ｎｉ２＋离子吸附ＮＯ时,它们的吸附频率分别为１８５５～１８７５、１９００和１９０５ｃｍ－１．ＮｉＯ在γ－Ａｌ２Ｏ３的体相和表面间存在分布平衡,约有７５％ＮｉＯ存在于γ－Ａｌ２Ｏ３体相中．在ＵＳＹ分子筛上,Ｎｉ２＋分布于分子筛ＳⅠ位的趋势远大于ＳⅡ和ＳⅡ、ＳⅠ位．增加ＮｉＯ含量将增强这种趋势．在混合载体上,Ｎｉ２＋分布于Ａｌ２Ｏ３表面的能力大于分布于分子筛的ＳⅡ和ＳⅡ、ＳⅠ位,增加ＮｉＯ量,分布于γ－Ａｌ２Ｏ３表面及ＵＳＹ分子筛ＳⅡ位的Ｎｉ２＋量显著增加,而分布于分子筛ＳⅡ、ＳⅠ位的Ｎｉ２＋量受其影响较小     

多产低碳烯烃及柴油用分子筛的设计

目前,催化裂化的原料大多是蜡油和减压渣油的混合油,或全部的常压渣油 .其相对分子量范围很宽,组成十分复杂 .为了分别对待大小不同的分子和不同碳氢比化合物的裂化性能,现代催化裂化催化剂应具有梯度孔结构与梯度酸中心的优化结构配置 .而目前催化裂化的主导分子筛 USY二次孔含量还不能满足原料油日趋变重的需求,并且滞留在分子筛孔 /笼内的非骨架铝限制了其选择性的进一步提高,因此有必要对其结构进一步修饰 .　　本研究在 USY基础上合成新的催化裂化多产低碳烯烃和柴油用分子筛催化剂 .新型 USY基分子筛从晶体结构、孔容及孔…     

Can alkane isomers be separated? Adsorption equilibrium and kinetic data for hexane isomers and their binary mixtures on MFI

In this study we present a global overview of the adsorption behavior of hexane isomers on MFI. With an experimental approach that couples a manometric technique with Near Infrared (NIR) spectroscopy, which has been recently developed, we did address adsorption kinetic properties of n-hexane, 2-methylpentane, 2,2-dimethylbutane and 2,3-dimethylbutane, and their binary mixtures. The adsorption equilibrium properties of the binary mixtures were also assessed using the same technique. Whereas the adsorption isotherms and heats of adsorption for single components have been studied by a manometric technique coupled with a micro calorimeter. The differential heats of adsorption of n-hexane increase slightly with loading, on the other hand the heat of adsorption of branched hexanes exhibits a decrease with loading. The diffusion rates on MFI of n-hexane, 2-methylpentane and 2,3-dimethylbutane are in the same order of magnitude. However, the diffusion rate of 2,2-dimethylbutane is two orders of magnitude lower than rates of the other isomers. In the binary mixtures the components interact and the difference between the diffusion rates of the components decreases. The MFI zeolite presents equilibrium selectivity towards the less branched isomers. In conclusion, a separation process for linear/mono-branched alkanes + double-branched alkanes, has to be based on its equilibrium properties and not based on adsorption kinetics.