Ni/Al2O3催化剂表面状态对CH4氧化反应的影响

采用瞬变响应技术研究了常压700℃条件下气相O2、Ni/Al2O3催化剂表面上可逆吸附氧物种及催化剂的表面状态对CH4吸附、反应以及CH4部分氧化反应的影响,同时也对CH4部分氧化制合成气反应过程中催化剂表面所处的状态进行了研究.结果表明,如果催化剂表面处于氧化态,CH4不能吸附分解,只能通过RidealEley机理与催化剂表面的吸附氧进行非选择性氧化反应,这将严重影响CH4的转化和目的产物H2、CO的选择性.只有在还原的催化剂上,CH4部分氧化制合成气反应才能高转化、高选择性地进行.在CH4部分氧化制合成气反应过程中,催化剂表面处于还原态,不存在多余的中间氧物种NiO,但存在少量的碳物种,这有利于保持催化剂的还原态和抑制CO2的生成.     

无气相氧条件下La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3钙钛矿氧化物的氧物种直接氧化甲烷

以La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3钙钛矿氧化物作氧载体,采用连续流动反应和连续顺序Redox反应考察了氧物种氧化甲烷的反应性能.结果表明,连续流动反应中La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种能选择氧化甲烷生成合成气.在适宜的再氧化条件下,通过连续顺序Redox反应实现了La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种氧化甲烷连续生成合成气,消耗的氧物种可通过与气相氧反应而得到补充.但随着Redox反应的进行,氧化物的持续供氧性能下降,钙钛矿结构被破坏.     

CO为还原剂同时还原SO2和NO的SnO2-TiO2固溶体催化剂Ⅲ.催化剂的活性位和反应机理

 采用显微红外光谱、漫反射红外光谱、瞬变应答反应以及催化剂活性测试等实验手段,对SnO2-TiO2催化剂上SO2+CO,NO+CO和SO2+NO+CO (SRSN)反应的机理及活性位进行了综合研究. 结果表明, SO2+CO和NO+CO反应按典型的Redox机理进行,催化剂的表面晶格氧[O]和氧阴离子空穴[□]([O]-[□])是Redox反应的活性位. 对于SO2+CO反应,其[O]-[□]位于SnO2-TiO2催化剂中邻近Sn离子和邻近Ti离子的位置,邻近Ti离子的[O]-[□]的活性比邻近Sn离子的[O]-[□]的活性高. NO+CO反应主要在邻近Sn离子的[O]-[□]中心上进行. 对于SRSN反应,其中的SO2+CO反应的机理及催化剂的活性位与单纯的SO2+CO反应相同,而其中的NO＋CO反应按两种机理进行: 一种和单纯的NO＋CO反应相同,即按一般的Redox机理进行,其活性位为邻近Sn离子的[O]-[□]中心; 另一种按SO2促Redox反应机理进行,其活性位为表面活性硫物种[SO]*.     

硫化CoMo/Al2O3-TiO2催化剂上CO催化还原SO2的研究

报导了Al2O3、Al2O3-TiO2和TiO2担载的硫化CoMo催化剂上CO催化还原SO2的规律性,结果表明分别在350 ℃、350～400 ℃间和400 ℃完全转化为CO2和元素S.在含TiO2的催化剂上,CO-SO2反应可同时按COS中间物机理和Redox机理进行,从而使尾气中COS的含量大为降低,提高了生成元素S的选择性.对反应机理进行了讨论.     

硫化CoMo/Al2O3-TiO2催化剂上CO催化还原SO2的研究

报导了Al2O3、Al2O3-TiO2和TiO2担载的硫化CoMo催化剂上CO催化还原SO2的规律性,结果表明，反应物分别在350 ℃、350～400 ℃间和400 ℃完全转化为CO2和元素S.在含TiO2的催化剂上,CO-SO2反应可同时按COS中间物机理和Redox机理进行,从而使尾气中COS的含量大为降低,提高了生成元素S的选择性.对反应机理进行了讨论.     

ZrO2修饰Cu催化剂对甲醇吸附原位红外表征

通过原位红外漫反射实验比较研究了甲醇在Cu及ZrO2/Cu催化剂表面的吸附与反应,并且采用不同还原温度来处理催化剂,改变催化剂表面的氧含量,并进一步研究甲醇吸附和反应性能随着催化剂表面氧含量的变化规律.结果表明,甲醇在Cu催化剂表面反应生成吸附态甲醛物种,进一步生成CO2,而在ZrO2/Cu表面形成甲酸盐物种,并与表面氧进一步反应生成CO2.随着催化剂还原温度的升高,反应中间物进一步生成CO2的反应速率变慢,说明催化剂表面的氧物种含量决定着催化剂甲醇吸附中间物种的形成及反应速率.     

钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧用于甲烷选择氧化取合成气

用自燃烧法制备了钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3催化剂。用H2－TPR考察了催化剂表面的氧消耗过程，用程序升温表面反应（TPSR）研究了甲烷与催化剂表面氧物种的反应，用在线质谱脉冲反应和甲烷／氧切换反应研究了催化剂的晶格氧选择氧化甲烷制合成气。结果表明，催化剂上存在两种氧物种，无气相氧存在时，强氧化性氧物种首先将甲烷氧化为CO2和H2O；而后提供的氧化性较弱的晶格氧具有良好的甲烷部分氧化选择性，可将甲烷氧化为合成气CO和H2（选择性可达95％以上）。在900℃一的CH4／O2切换反应结果表明，甲烷能与La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧反应选择性地生成CO和H2，失去晶格氧的La0.8Sr0.2FeO3能与气相氧反应恢复其晶格氧。在合适的反应条件下，用La0.8Sr0.2FeO3催化剂的晶格氧化替分子氧按Redox模式实现甲烷选择氧化制合成气是可能的。     

钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧用于甲烷选择氧化制取合成气

 用自燃烧法制备了钙钛矿型La0．8Sr0．2FeO3催化剂．用H2－TPR考察了催化剂表面的氧消耗过程，用程序升温表面反应（TPSR）研究了甲烷与催化剂表面氧物种的反应，用在线质谱脉冲反应和甲烷／氧切换反应研究了催化剂的晶格氧选择氧化甲烷制合成气．结果表明，催化剂上存在两种氧物种，无气相氧存在时，强氧化性氧物种首先将甲烷氧化为CO2和H2O；而后提供的氧化性较弱的晶格氧具有良好的甲烷部分氧化选择性，可将甲烷氧化为合成气CO和H2（选择性可达95％以上）．在900℃下的CH4／O2切换反应结果表明，甲烷能与La0．8Sr0．2FeO3中的晶格氧反应选择性地生成CO和H2，失去晶格氧的La0．8－Sr0．2FeO3能与气相氧反应恢复其晶格氧．在合适的反应条件下，用La0．8Sr0．2FeO3催化剂的晶格氧代替分子氧按Redox模式实现甲烷选择氧化制合成气是可能的．     

表面氧浓度对负载型金属催化剂活化甲烷反应性能的影响

 利用脉冲－质谱在线分析技术考察了无气相氧条件下负载型金属催化剂上脉冲CH4的反应结果表明，对于Rh／SiO2催化剂，不管是氧化态还是还原态，除第1次脉冲生成较多的CO2外，从第2次脉冲开始，只有CO生成；对于Ru／SiO2催化剂，无论是氧化态还是还原态，每次脉冲均有一定量的CO2生成．这可能是由于Rh和Ru两种金属对氧的亲合力不同所致．甲烷在负载型催化剂表面的活化以及产物的选择性主要受催化剂表面活性氧物种覆盖度的影响．     

钙钛矿型La_((1 x)/2)Sr_((1-x)/2)Co_(1-x)Cu_xO_3催化CO氧化活性与表征

研究了钙钛矿型LaSrCoCu_xO_3催化剂对CO氧化反应的催化活性及其表面氧的催化作用．结果表明，x＝0．4的催化剂对CO氧化具有最高催化活性，常压及本实验条件下CO完全氧化的最低温度为168℃；催化剂均为氧缺陷化合物，吸附于表面晶格氧缺陷上的吸附氧是CO氧化反应的活性氧物种；并发现催化剂中存在有非常价态的C04 ，认为CO氧化反应是通过吸附氧调变Co3 和Co4 价态而进行．     

稀土氧化物上COS还原SO_2脱硫反应及机理

设计了两级干法脱硫系统，在第一级脱硫器中用ＣＯ还原烟道气中的ＳＯ２，在第二级脱硫器中，让在第一级脱硫器中产生的副产物ＣＯＳ与未完全脱除的ＳＯ２进一步进行二级脱硫反应。考察了稀土氧化物对ＣＯＳ还原ＳＯ２脱硫反应的催化活性，发现氧化铈具有最高的脱硫活性，并且具有较大的反应物配比适用范围。对氧化铈催化ＣＯＳ还原ＳＯ２反应提出了ｒｅｄｏｘ还原氧化机理。     

CeO2(110)表面上CO氧化反应的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论系统研究了O2与CO在CeO2(110)表面的吸附反应行为. 研究表明, O2在洁净的CeO2(110)表面吸附热力学不利, 而在氧空位表面为强化学吸附, O2分子被活化, 可能是重要的氧化反应物种. CO在洁净的CeO2(110)表面有化学吸附与物理吸附两种构型, 前者形成二齿碳酸盐物种, 后者与表面仅存在弱的相互作用. 在氧空位表面, CO可分子吸附或形成碳酸盐物种, 相应吸附能均较低. 当表面氧空位吸附O2后(O2/Ov), CO可吸附生成碳酸盐或直接生成CO2, 与原位红外光谱结果相一致. 过渡态计算发现,O2/Ov/CeO2(110)表面的三齿碳酸盐物种经两齿、单齿过渡态脱附生成CO2. 利用扩展休克尔分子轨道理论分析了典型吸附构型的电子结构, 说明表面碳酸盐物种三个氧原子电子存在离域作用, 物理吸附的CO及生成的CO2电子结构与相应自由分子相似.     

稀土氧化物上SO2和NO的催化还原(Ⅲ)──用CO作还原剂的同步脱硫和脱氮

考察了稀土系列氧化物作为CO同步还原SO₂和NO催化剂的活性.结果表明,氧化钐和氧化钕表现了最高的活性,在475℃,SO₂和NO的转化率同时超过95%.实验发现稀土氧硫化物是活性相.通常脱硫活性高的样品同样具有高的脱氮活性,但CeO₂表现了不同的行为,其脱硫活性虽低,但脱氮活性却较高.文中还对同步反应的机理作了探讨,发现COS不仅是还原SO₂的中间物,同时也是还原NO的中间物.结合活性相和反应机理对不同稀土氧化物的活性差异作了讨论.     

Sn0.5Ti0.5O2催化剂上SO2、NO和CO反应的机理

Sn0.5Ti0.5O2催化剂对NO＋CO反应活性不高， 350 ℃时NO的转化率只有50％,但反应气中含有SO2时， NO的转化率接近100％,说明SO2对Sn0.5Ti0.5O2催化剂上的NO＋CO反应具有促进作用. XPS表征发现,SO2＋CO、SO2＋NO＋CO反应后催化剂表面有微量硫存在，而反应前没有检测到硫的存在.结合反应性能测定、瞬变应答实验、XRD、TPD研究等，发现催化剂上的表面硫参与了NO的催化还原反应，是NO＋CO反应更重要的活性中心.据此，提出了SO2＋NO＋CO反应的氧化还原反应机理.     

CO在CeO2(111)表面的吸附与氧化

采用密度泛函理论计算了CO在CeO2(111)表面的吸附与氧化反应行为. 结果表明, O2在洁净的CeO2(111)表面为弱物理吸附, 而在氧空位表面是强化学吸附, 且O2分子活化程度较大, O—O键长为0.143 nm. CO在CeO2(111)表面吸附行为的研究表明, CO在洁净表面及氧空位表面上为物理吸附, 吸附能均小于0.42 eV; 当表面氧空位吸附O2后, CO可吸附生成二齿碳酸盐中间体或直接生成CO2, 与原位红外光谱结果相一致. 表面碳酸盐物种脱附生成CO2的能垒仅为0.28 eV. 计算结果表明, 当CeO2表面存在氧空位时, Hubbard参数U对CO吸附能有一定的影响. CeO2载体在氧化反应中可能的催化作用为, 在氧气氛下, CeO2表面氧空位吸附O2分子, 形成活性氧物种, 参与CO催化氧化反应.     

CO为还原剂同时还原SO2和NO的SnO2-TiO2固溶体催化剂Ⅱ.催化剂的物理化学性质

 用XRD, XPS, CO-TPR, NH3-TPD, SO2-TPD和IR等方法表征了SnO2-TiO2固溶体催化剂的物理化学性质. 不同配比的SnO2和TiO2均可形成均一的具有金红石结构的连续固溶体,其晶粒度比单纯的SnO2或TiO2的晶粒度小. SnO2-TiO2固溶体的比表面积随SnO2含量的增大呈火山形变化,说明在SnO2-TiO2固溶体中SnO2可阻止TiO2由锐钛矿型变为金红石型过程中比表面积的减小,而TiO2则提供了维持大表面的结构框架. SnO2倾向于在固溶体表面偏析,固溶体的表面氧含量高于单纯SnO2的表面氧含量而低于单纯TiO2的表面氧含量. SnO2, TiO2和SnO2-TiO2表面含有能被CO还原的吸附氧和晶格氧,被还原的SnO2, TiO2和SnO2-TiO2的表面晶格氧的数量仅占所有晶格氧的0.001%, 说明CO只使部分晶格氧还原并生成氧阴离子空穴. TiO2表面没有酸性, SnO2和SnO2-TiO2呈微弱酸性. 经CO还原的SnO2-TiO2上存在大量的强碱中心,说明SnO2和TiO2之间发生了协同作用. SnO2-TiO2固溶体的这些物化性质均十分有利于SO2+NO+CO的氧化还原反应.     

Investigation of the physicochemical properties of CuO-CoO binary metal oxides supported on γ-Al2O3 and their activity for NO removal by CO

The dispersion and physicochemical behaviors of CuO-CoO binary metal oxides supported on γ-Al(2)O(3) were characterized by XRD, LRS, XPS, H(2)-TPR, and in situ FT-IR techniques. Their activities were evaluated by NO-CO model reaction. The results indicated that (a) for lower loadings, CuO and CoO were able to be highly dispersed on the surface of γ-Al(2)O(3) support; (b) the interaction between dispersed CuO and CoO upon γ-Al(2)O(3) was discussed in the view of incorporation model. According to this model and obtained results, the surface dispersed Cu-O-Co species were considered to exist on the surface of γ-Al(2)O(3); (c) CO or/and NO adsorption FT-IR results evidenced that the surface dispersed copper species could be reduced to lower valence by CO and the NO adsorption species converted with the increase in the temperature; (d) the surface dispersed Cu-O-Co species could be reduced to active Cu-□-Co species by CO among the mixture atmosphere. The formation of the surface synergetic oxygen vacancy (SSOV) was a crucial factor in the process of the NO-CO reaction. And a possible reaction pathway was tentatively proposed to discuss the NO-CO reaction based on all of these results.     

Mechanism of heterogeneous reaction of carbonyl sulfide on magnesium oxide

Heterogeneous reaction of carbonyl sulfide (OCS) on magnesium oxide (MgO) under ambient conditions was investigated by in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), quadrupole mass spectrometer (QMS), and density functional theory (DFT) calculations. It reveals that OCS can be catalytically hydrolyzed by surface hydroxyl on MgO to produce carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S), and then H2S can be further catalytically oxidized by surface oxygen or gaseous oxygen on MgO to form sulfite (SO3(2-)) and sulfate (SO4(2-)). Hydrogen thiocarbonate (HSCO2-) was found to be the crucial intermediate. Surface hydrogen sulfide (HS), sulfur dioxide (SO2), and surface sulfite (SO3(2-)) were also found to be intermediates for the formation of sulfate. Furthermore, the surface hydroxyl contributes not only to the formation of HSCO2- but also to HSCO2- decomposition. On the basis of experimental results, the heterogeneous reaction mechanism of OCS on MgO was discussed.