高(111)晶面暴露的Pd纳米颗粒的制备与表征及其加氢性能（英文）

通过液相氢气还原法,在不同温度下制备出了不同(111)晶面占比的Pd单晶纳米颗粒,用活性炭吸附制备成Pd/C纳米催化剂。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换(FFT)、X射线衍射(XRD)表征证实了低温下制备的Pd纳米颗粒具有较高的(111)晶面占比。氢氧脉冲滴定(H_2-O_2)和H_2-程序升温脱附(H_2-TPD)结果显示,上述催化剂表面吸附氢气量与其Pd(111)晶面占比呈线性关系。此外,该系列Pd/C催化剂具有相似的粒径4.3 nm以及较窄的尺寸分布,相近的孔隙参数和Pd负载量,从而可对比(111)晶面比例差异对其加氢性能的影响。3个探针反应(苯乙烯、环己烯和对硝基甲苯的加氢反应)的实验结果表明,相比于低(111)晶面暴露比例的Pd/C催化剂,含有高(111)晶面暴露比例的Pd/C催化剂显示出更高的加氢活性,且Pd(111)晶面比例与氢气消耗速率呈一定的线性关系,这归因于H_2优先吸附于Pd(111)晶面促进了活性氢原子的形成。基于以上分析,高(111)晶面暴露的Pd基催化剂有利于加氢性能的提高。     

基于等离激元热电子调控的全谱光催化产氢增强（英文）

等离激元效应在光催化体系中的集成为实现广谱光吸收提供了一个新的途径,然而等离激元热电子的较低迁移率和不确定扩散方向使得其光催化效率仍较低.等离激元金属与n型半导体接触后,其界面间会形成肖特基结.在特定波长太阳光照射下,等离激元金属将其表面等离子体能量聚集在表面自由电子上,进而产生热电子.当这些热电子具有的能量高于肖特基势垒时,热电子便可注入到半导体导带上.与此同时,半导体上的电子可以通过肖特基接触发生回流,与金属上的空穴复合,进而降低半导体-等离激元金属复合材料的光催化性能.因此,为了提高光催化效率,如何调控等离激元热电子迁移和充分利用等离激元效应是一个重要挑战.本文尝试将"表面异质结"与肖特基结相结合的复合结构,得以有效地调控等离激元热电子的迁移.在该复合结构中,金纳米颗粒和铂纳米颗粒分别作为等离激元吸光单元和助催化剂,集成在TiO_2纳米片表面.其中"表面异质结"是由TiO_2纳米片的两种不同表面晶面所构成,我们选择由{001}和{101}两组晶面组成的TiO_2纳米片作为半导体衬底.该结构中的{001}晶面导带能级高于{101}导带能级,因而电子由高能级的{001}流向低能级的{101}晶面,可以用来引导等离激元热电子从可见光响应的金纳米颗粒向TiO_2进行高效转移.通过巯基丙酸的桥联作用,将等离激元Au纳米颗粒锚定在TiO_2纳米片的{001}晶面上,获得Au-TiO_2{001}样品.另一方面,利用TiO_2纳米片自身光生电荷导向性光沉积,得到与{101}晶面结合形成的Au-TiO_2{101}样品.我们对两组样品进行光电流和光催化产氢实验对比,确认在"表面异质结"诱导下Au-TiO_2{001}样品中Au产生的光生热电子可以更好地注入到TiO_2纳米片导带上.我们进一步通过光沉积Pt纳米颗粒来判定光生电子所能到达的区域,验证了以上结论.与此同时,肖特基结由铂纳米颗粒与TiO_2纳米片所形成,可以促使电子由TiO_2向铂纳米颗粒进行转移,而避免发生向金纳米颗粒的反向迁移,从而在Au-TiO_2体系中实现高效的单向载流子转移.基于该设计,等离激元光催化剂实现了明显改善的全谱光催化产氢性能.本文为全谱光催化的复合结构理性设计提供了一个新的思路.     

TiO_2晶面依赖的Ir-TiO_x相互作用对Ir/TiO_2催化剂巴豆醛选择性加氢性能的影响（英文）

不饱和醇是一类重要的精细化学品,主要通过α,β-不饱和醛选择性加氢获得.由于α,β-不饱和醛分子中含有共轭的C=C键和C=O键,且后者键能更大,在热力学和动力学上均不利于C=O键的选择性加氢生成α,β-不饱和醇.因此,提高α,β-不饱和醛中C=O的加氢选择性是催化领域中一项挑战性的课题.巴豆醛属于典型的α,β-不饱和醛,研究其选择性加氢生成巴豆醇具有广泛的代表意义;Ir负载在具有还原性载体(如TiO_2)上时,表现出很好的C=O加氢选择性,因此,成为近年来的研究热点.由于暴露不同晶面的TiO_2具有不同的形貌和电子结构,因此研究Ir-TiO_2相互作用的晶面依赖性及其对巴豆醛选择性加氢反应的影响具有重要意义.本文以分别暴露{101}、{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO_2纳米晶为载体,制备了负载型Ir/TiO_2催化剂,系统研究了催化剂经过不同的预处理过程(在不同温度下H_2还原和O_2再氧化)后对巴豆醛的气相选择性加氢的性能.利用高分辨透射电镜、原位X射线光电子能谱和原位漫反射红外光谱及氨程序升温脱附等技术研究发现,预处理条件显著改变了Ir-TiO_x的相互作用,包括Ir金属的几何、电子性质及催化剂表面酸性.这种相互作用与TiO_2的暴露晶面密切相关,从而改变了不同Ir/TiO_2催化剂上不同加氢反应行为.研究结果表明,经300°C预还原的Ir/TiO_2-{101}催化剂催化性能最好,在80°C下初始反应速率为166.1μmol g-Ir~(-1) s~(-1),巴豆醇的生成转化频率为0.022 s~(-1).与其他催化剂相比,Ir/TiO_2-{101}催化剂表面Ir~0浓度最高,表面酸度适中,因此表现出最佳的催化性能.同时Ir-TiO_x界面在反应中的协同作用,对H_2和巴豆醛分子中C=O键的吸附和活化起到了关键作用.然而当催化剂经过400°C的H_2预还原后,由于产生了强的金属-载体相互作用使得TiO_x对Ir粒子进行了包裹从而导致Ir-TiO_x界面缺失,因而催化剂催化巴豆醛加氢性能降低.本文为理解金属-载体相互作用对巴豆醛选择性加氢反应的影响提供了新的见解,并为设计高性能α,β-不饱和醛选择性加氢催化剂提供了理论依据.     

高(111)晶面暴露的Pd纳米颗粒的制备与表征及其加氢性能

通过液相氢气还原法,在不同温度下制备出了不同（111）晶面占比的Pd单晶纳米颗粒,用活性炭吸附制备成Pd/C纳米催化剂。通过透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换（FFT）、X射线衍射（XRD）表征证实了低温下制备的Pd纳米颗粒具有较高的（111）晶面占比。氢氧脉冲滴定（H₂-O₂）和H₂-程序升温脱附（H₂-TPD）结果显示,上述催化剂表面吸附氢气量与其Pd（111）晶面占比呈线性关系。此外,该系列Pd/C催化剂具有相似的粒径4.3 nm以及较窄的尺寸分布,相近的孔隙参数和Pd负载量,从而可对比（111）晶面比例差异对其加氢性能的影响。3个探针反应（苯乙烯、环己烯和对硝基甲苯的加氢反应）的实验结果表明,相比于低（111）晶面暴露比例的Pd/C催化剂,含有高（111）晶面暴露比例的Pd/C催化剂显示出更高的加氢活性,且Pd（111）晶面比例与氢气消耗速率呈一定的线性关系,这归因于H₂优先吸附于Pd（111）晶面促进了活性氢原子的形成。基于以上分析,高（111）晶面暴露的Pd基催化剂有利于加氢性能的提高。     

纳米Pd的形貌和尺寸可控制备及其1,4-丁炔二醇加氢性能

采用化学还原法合成Pd纳米立方体,并将其作为晶种,进一步合成大尺寸的纳米Pd立方体以及具有不同{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体.将形貌和尺寸可控的纳米Pd溶胶应用于1,4-丁炔二醇催化加氢的反应中,反应结果表明,纳米Pd的催化性能取决于其尺寸和形貌.{111}晶面的催化活性高于{100}晶面,PVP稳定的Pd胶体对1,4-丁烯二醇均具有较高选择性,具有适当{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体对1,4-丁烯二醇的选择性可达96%.     

氢氟酸加入量对钛基半导体结构演变及光催化性能的影响

以钛酸丁酯为钛源,氢氟酸为氟源,采用溶剂热法制备了一系列钛基半导体纳米晶,考察了氢氟酸加入量对纳米晶结构演变的影响,并通过光催化产氢、光降解罗丹明B及瞬态光电流响应测试了所得纳米晶的光催化性能。当不加氢氟酸时,所得纳米晶为TiO_2纳米颗粒,主要暴露{101}面。加入少量氢氟酸时,所得纳米晶为主要暴露{001}面的TiO_2纳米片,这是由于氟离子吸附于纳米晶表面,降低{001}面表面能所致。由于{001}面与{101}面间的晶面异质结促进了载流子分离,该样品表现出了最高的光催化性能。继续增加氢氟酸加入量,氟离子开始进入晶格构成新晶相,所得纳米晶的表面与体相均形成TiO_2与TiOF_2混合相,形貌呈现片层堆叠结构,光催化性能下降。当进一步增加氢氟酸加入量后,氟离子全部进入晶格形成大颗粒(NH_4)_(0.3)TiO_(1.1)F_(2.1)。因其具有不适宜光催化反应的能带结构,该物质表现出了较差的光催化活性,但其可作为制备氮、氟掺杂钛基半导体材料的前驱体使用。     

结晶度,{001}/{101}晶面比和Au负载对热处理TiOF2制备的锐钛矿TiO2 光催化活性的影响

TiO_2半导体由于具有清洁、无毒光催化性能优异和热稳定性好等优点,一直是光催化理论及应用研究的一个热点材料,但其较宽的禁带宽度(金红石3.0 eV,锐钛矿3.2 eV)和较快的光生载流子复合速率限制着其进一步应用.在本研究中,我们通过直接煅烧TiOF2前体成功制备出具有截断八面体形貌的锐钛矿TiO_2纳米及亚微米晶体,并采用现代测试方法综合分析了煅烧温度对其结晶度、{001}/{101}晶面比例以及光催化性能的影响,然后以高结晶度的TiO_2样品负载Au,进一步探讨了负载Au对其可见光催化活性的提升.X射线衍射图谱(XRD)和拉曼光谱表征结果表明,未煅烧的样品为TiOF2,在700°C以下煅烧的样品均呈纯锐钛矿相,而800°C煅烧的样品出现了少量金红石相,表明以TiOF2为前体制备的TiO_2锐钛矿相向金红石相的转变温度明显高于常规TiO_2材料.同时, XRD峰强度随煅烧温度升高而增大,表明样品结晶度提高,因而我们认为700与800°C煅烧的样品结晶度较高,而且保持了纯的或大量的锐钛矿物相.根据XRD谱得到的{001}与{101}晶面方向的平均尺寸计算了{001}/{101}晶面比例.结果显示,随着煅烧温度提高,{001}/{101}晶面比例增大.通过场发射扫描电子显微镜观察到煅烧的样品具有较规则的截断八面体双锥形貌,煅烧温度越高,形貌越规则,颗粒尺寸越大.N2吸附-解吸等温线测试结果显示,煅烧后样品的比表面积低于未煅烧的TiOF2,原因是煅烧后的样品团聚现象比较严重.紫外-可见漫反射光谱显示煅烧样品的吸收边相比于未煅烧的TiOF2发生明显红移.不同样品在紫外光下降解甲基蓝与甲醛的性能研究表明, 700°C煅烧的样品具有最高的光催化活性,这可归因于其较高的结晶度及纯的锐钛矿相结构.对于负载Au的高结晶度TiO_2样品(Au-T700和Au-T800),紫外-可见漫反射光谱中在597 nm处出现了Au的等离子吸收峰, X射线光电子能谱中86与83 eV处Au 4f峰的出现也表明Au成功负载在材料表面.丙酮可见光催化降解实验表明,相比于未负载的700和800°C下煅烧TiOF2制备的TiO_2,负载Au的样品的催化活性分别提高了2.6和4.8倍.综上所述,通过升高煅烧温度可提高TiO_2的结晶度、晶粒尺寸和{001}/{101}晶面比例.而结晶度和{001}/{101}晶面比例的提高可以抑制电子和空穴的复合,从而提高TiO_2液相和气相光催化活性.在具有最高结晶度和{001}/{101}晶面比例的TiO_2上负载,后其可见光催化活性进一步提高.     

CeO_2纳米管负载Pd纳米颗粒催化CO低温氧化（英文）

高效负载型Pd催化剂的制备及其在CO低温氧化反应中的机理探究是近年来的研究热点.普遍认为,Pd催化剂上的CO氧化反应遵循Langmuir-Hinshelwood机理:首先,CO吸附于Pd物种表面;然后,CO与催化剂表面的晶格氧发生反应转化为CO_2,反应发生在金属-载体界面.另外,高分散的Pd活性物种有利于CO氧化反应.同时载体的形貌、暴露的晶面、氧空位以及孔结构等都是影响催化剂活性的重要因素.CeO_2纳米管具有独特的管状特征和较高的比表面积,是一种潜在的CO低温氧化催化剂载体.本文利用乙醇还原法,以CeO_2纳米管为载体,制备不同Pd含量的Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂,并利用N_2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、CO程序升温脱附(CO-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,探索纳米催化剂载体形貌对CO氧化反应活性的影响.氮气吸脱附结果表明,Pd/CeO_2-nanotube具有较高的比表面积(58.0 m~2/g),且存在介孔结构.XRD表征发现,Pd/CeO_2-nanotube的衍射峰对应立方萤石型结构的CeO_2的(111),(200),(220),(311)等晶面.TEM结果表明,Pd/CeO_2-nanotube具有均匀的纳米管形貌,其外径为40-60 nm,Pd纳米颗粒均匀分散在其表面.CO-TPD结果表明,Pd/CeO_2-nanotube在110℃附近具有很强的脱附峰,在370℃和600℃附近分别具有较宽和较弱的脱附峰,这表明该催化剂具有较多的吸附位,且具有很强的CO吸附能力;CO不可逆吸附量计算结果表明,该催化剂上的Pd具有很高的表面分散度(23.3%),Pd颗粒尺寸为7.3 nm.XPS表征显示,Pd以Pd~(2+)的形式分散于CeO_2纳米管的表面,且与载体发生相互作用,存在Pd-O-Ce键;同时该催化剂表面存在丰富的Ce~(3+),为反应提供更多的氧空位.0.9Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性,能在100℃实现CO的完全转化;通过计算发现,该催化剂具有较高的TOF值(0.63s~(-1)),由Arrhenius曲线可得到该催化剂的活化能为26.5 kJ/mol.综上可见:金属活性组分的尺寸和分散度、载体的结构特征、CO吸附能力以及金属-载体间的相互作用决定催化剂的性能Pd/CeO_2-nanotube的高比表面积有利于Pd的分散;其强CO吸附能力有利于CO吸附于Pd物种表面;催化剂表面丰富的Ce~(3+)能为反应提供更多的氧空位,Pd-O-Ce键的形成能增强金属-载体间的相互作用,有利于CO与催化剂表面晶格氧发生反应.同时催化剂介孔结构有利于反应气体和产物气体的吸附和扩散,因此,Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性.     

Pd/TiO2催化剂上氢气选择性催化还原NOx的研究

氮氧化物(NO_x)的控制是当前环境催化领域研究的热点.氢气选择性催化还原NO_x (H_2-SCR)近年来引起研究者的高度关注.在H_2-SCR反应中, NO_x可在较低的温度(100–300°C)下被还原,并且过量氢气会与氧气反应生成水,不会导致二次污染.研究表明, Pd基催化剂在H_2-SCR反应中具有良好的活性,并且其催化活性与Pd的化学价态密切相关, Pd~0较Pd2+具有更高的催化活性.鉴于Pd的化学价态与催化剂的制备方法密切相关,本文通过浸渍法、沉积–沉淀法和聚乙二醇还原法分别制备了Pd/TiO_2 (IM)、Pd/TiO_2 (DP)和Pd/TiO_2 (PR)催化剂,研究了不同方法制得的Pd/TiO_2催化剂对H_2-SCR的催化性能.实验结果表明,与Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP)相比, Pd/TiO_2 (PR)催化剂的催化活性明显提高,并且温度窗口显著拓宽.为了揭示Pd/TiO_2 (PR)催化剂具有高活性的原因,对Pd/TiO_2 (IM)、Pd/TiO_2 (DP)和Pd/TiO_2 (PR)催化剂进行了一系列分析表征.XRD分析表明,在三种不同方法制备的Pd/TiO_2催化剂上,活性组分Pd高度分散在TiO_2表面.TEM结果也证实了Pd高度分散在TiO_2表面,并且在Pd/TiO_2 (PR)催化剂上, Pd颗粒粒径(1.02 nm)最小,这可能是Pd/TiO_2 (PR)催化剂具有高活性的原因之一.XPS分析表明,在Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP)催化剂中, Pd主要以Pd2+的形式存在;而在Pd/TiO_2 (PR)中, Pd则以Pd~0的形式存在,高分散的Pd~0有利于H_2-SCR反应的进行.同时, Pd/TiO_2 (PR)中表面吸附氧(Oα)含量明显高于Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP),较高含量的Oα能有效促进NO_x的吸附与活化,从而促进NO_x还原反应的进行.通过原位漫反射红外光谱(In-situDRIFTS)分析发现,与Pd/TiO_2 (IM)催化剂上NO+O_2稳态吸附的光谱相比, Pd/TiO_2(PR)催化剂上螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根的特征峰明显增强.同时观测到Pd~0上吸附的单齿亚硝酰基特征峰,由此进一步证实在Pd/TiO_2 (PR)催化剂中Pd以Pd~0的形式存在.NO+O_2→H_2 (或H_2+O_2)→NO+O_2瞬态吸附研究表明, Pd/TiO_2 (PR)催化剂上吸附的NO_x具有高的反应活性,并且吸附态NO_x和H_2(或H_2+O_2)反应可生成中间产物NH3, NH3可进一步与NO_x反应.Pd/TiO_2 (PR)催化剂上高分散的Pd~0以及在反应条件下表面生成的更多螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根反应中间体是其具有高H_2-SCR催化性能的主要原因.     

CeO2纳米管负载Pd纳米颗粒催化CO低温氧化

高效负载型Pd催化剂的制备及其在CO低温氧化反应中的机理探究是近年来的研究热点.普遍认为,Pd催化剂上的CO氧化反应遵循Langmuir-Hinshelwood机理:首先,CO吸附于Pd物种表面;然后,CO与催化剂表面的晶格氧发生反应转化为CO2,反应发生在金属-载体界面.另外,高分散的Pd活性物种有利于CO氧化反应.同时载体的形貌、暴露的晶面、氧空位以及孔结构等都是影响催化剂活性的重要因素.CeO2纳米管具有独特的管状特征和较高的比表面积,是一种潜在的CO低温氧化催化剂载体.本文利用乙醇还原法,以CeO2纳米管为载体,制备不同Pd含量的Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂,并利用N2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、CO程序升温脱附(CO-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,探索纳米催化剂载体形貌对CO氧化反应活性的影响.氮气吸脱附结果表明,Pd/CeO2-nanotube具有较高的比表面积(58.0 m2/g),且存在介孔结构.XRD表征发现,Pd/CeO2-nanotube的衍射峰对应立方萤石型结构的CeO2的(111),(200),(220),(311)等品面.TEM结果表明,Pd/CeO2-nanotube具有均匀的纳米管形貌,其外径为40-60 nm,Pd纳米颗粒均匀分散在其表面.CO-TPD结果表明,Pd/CeO2-nanotube在1 10℃附近具有很强的脱附峰,在370℃和600℃附近分别具有较宽和较弱的脱附峰,这表明该催化剂具有较多的吸附位,且具有很强的CO吸附能力;CO不可逆吸附量计算结果表明,该催化剂上的Pd具有很高的表面分散度(23.3％),Pd颗粒尺寸为7.3 nm.XPS表征显示,Pd以pd2+的形式分散于CeO2纳米管的表面,且与载体发生相互作用,存在Pd-O-Ce键;同时该催化剂表面存在丰富的Ce3+,为反应提供更多的氧空位.0.9Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性,能在100℃实现CO的完全转化;通过计算发现,该催化剂具有较高的TOF值(0.63 s-1),由Arrhenius 曲线可得到该催化剂的活化能为26.5 kJ/mol.综上可见:金属活性组分的尺寸和分散度、载体的结构特征、CO吸附能力以及金属-载体间的相互作用决定催化剂的性能.Pd/CeO2-nanotube的高比表面积有利于Pd的分散;其强CO吸附能力有利于CO吸附于Pd物种表面;催化剂表面丰富的Ce3+能为反应提供更多的氧空位,Pd-O-Ce键的形成能增强金属-载体间的相互作用,有利于CO与催化剂表面品格氧发生反应.同时催化剂介孔结构有利于反应气体和产物气体的吸附和扩散,因此,Pd/CeO2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性.     

三维有序大孔二氧化钛表面超细钯纳米颗粒的构筑及其增强柴油炭烟催化燃烧性能（英文）

柴油机排放颗粒物(主要成分是炭烟)是城市大气PM2.5中一次颗粒物的主要来源和二次颗粒物形成的重要组分,严重危害大气环境和人类健康.利用颗粒物捕集器与催化剂相结合的连续过滤再生技术是满足柴油车国VI炭烟颗粒物排放标准的最有效技术,目前该技术所面临的挑战是研发在排气温度的柴油炭烟颗粒物催化氧化催化剂.柴油炭烟催化燃烧反应的本质是典型的气(氧气)-固(炭烟颗粒)-固(催化剂)三相深度氧化反应,因此我们研究组提出了高活性柴油炭烟燃烧催化剂设计应该遵循优化固-固接触与强化活化分子氧能力二者相结合的研究思路.为满足此设计思路的要求,本课题组前期采用孔径大于200 nm的三维有序大孔(3DOM)结构氧化物作为载体,利用大孔效应来实现PM在催化剂内部的有效扩散,从而提高催化剂与PM的接触效率.采用具有强活化分子氧能力的负载型贵金属(Au,Pt)纳米颗粒或贵金属-氧化物复合纳米颗粒作为活性位来提高催化剂对分子氧的活化能力,进而设计了多个系列高活性催化剂,并形成了担载贵金属纳米颗粒的可控制备方法与装置.然而,Au和Pt昂贵的价格限制了其广泛应用.价格相对便宜的Pd具有与Pt相似的催化性能,是其良好替代品.但是,目前关于3DOM氧化物表面负载型Pd纳米颗粒结构和尺寸与柴油炭烟催化燃烧性能之间的相关研究仍然较少.基于此,本文采用气泡辅助膜还原法制备了3DOM二氧化钛(TiO_2)担载超细Pd纳米颗粒催化剂.利用XRD,Raman,BET,SEM,TEM,ICP,XPS和H2-TPR等技术手段对催化剂进行表征,并以模拟柴油炭烟为研究对象,利用程序升温氧化反应(TPO)对催化剂的活性进行评价,深入探讨了催化剂的制备、结构及物化性质与炭烟催化燃烧反应性能之间的关系.XRD和Raman结果表明,TiO_2载体由锐钛矿(主)和金红石(次)两种物相组成.SEM照片显示,所制催化剂为规整的有序大孔结构,球形孔互相贯通,孔径均一,大孔腔平均尺寸为280 nm,孔窗尺寸为109 nm,这种三维有序大孔TiO_2的结构能够增强炭烟颗粒与催化剂之间的接触效率.TEM表征显示,平均粒径为1.1 nm的超细半球型Pd纳米颗粒高度分散于TiO_2载体的内壁上,两者间的优化界面面积有利于增加活化O2的活性位密度,这些活性位源于Pd与TiO_2间强相互作用.H2-TPR和XPS表征印证了上述观点,具有1.1 nm超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂表现出强的低温氧化还原特性和丰富的表面吸附氧物种.在TPO测试中,相对于担载5.0 nm Pd颗粒的催化剂,具有1.1 nm尺寸超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂展示了高的催化炭烟燃烧活性,T10,T50和T90分别为295,370和415 oC,且在5次TPO测试过程中表现出良好的催化和结构稳定性.这种具有3DOM结构和超细Pd纳米颗粒的纳米催化剂能够有效降低Pd的使用量,在催化炭烟燃烧的实际应用中大有潜力.     

Pt/TiO_(2)-CN_(x)催化剂中纳米TiO_(2)(A)/(R)相含量的电催化“火山形”效应北大核心CSCD

由于燃料电池催化剂的电催化活性与Pt颗粒尺寸、催化剂载体、辅助催化剂的关系仍不清楚。为此,本文采用FESEM、XRD、BET、TEM和CV等方法,以存在Pt纳米颗粒、CN_(x)纳米线、TiO_(2)辅助催化剂的多成分复杂结构Pt/TiO_(2)-CN_(x)体系为研究对象,进行了TiO_(2)锐钛矿(A)/金红石(R)相含量对Pt电催化剂电化学活性面积的研究。结果表明,TiO_(2)在700 ℃~900 ℃热处理过程中发生锐钛矿-金红石相变,同时伴随着两相晶粒尺寸的长大,锐钛矿相在900 ℃时完全转化为金红石相。TEM结果表明超细小Pt纳米颗粒成功负载在TiO_(2)-CN_(x)载体表面,粒径尺寸范围为1.8~2.8 nm。TiO_(2)(A)/(R)相含量对TiO_(2)-CN_(x)载体的BET比表面积和Pt/TiO_(2)-CN_(x)催化剂真实“有效的”电化学活性面积(ECSA)都存在“火山形”效应。当金红石相含量为25%时,TiO_(2)(25%R)-CN_(x)载体和Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)催化剂具有最大的比表面积和最多的电化学活性位点。原因推测可能是随着金红石相含量的增加,当金红石含量为25%时Pt纳米颗粒和TiO_(2)(25%R)-CN_(x)载体之间存在强烈的金属-载体相互作用,可以锚定超细小Pt纳米颗粒,导致Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)催化剂具有最高的ECSA。因此,Pt/TiO_(2)(25%R)-CN_(x)较适宜做燃料电池的催化剂。     

Pd/γ-Al_2O_3催化剂催化氧化邻-二甲苯

利用纳米γ-Al_2O_3(10 nm)和普通γ-Al_2O_3(200-300 nm),采用浸渍法制备了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂,考察了其催化氧化邻-二甲苯的性能以及催化剂的活性在氢气还原前后的区别。实验结果发现1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)在H_2还原后催化氧化邻-二甲苯的活性最高,T_(90)为150℃。利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,研究了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂物性结构与催化性能之间的构效关系。结果表明,还原态Pd是H_2还原后催化剂催化氧化邻-二甲苯的活性物种;Pd的颗粒大小与催化剂活性有显著的关系,小粒径有利于催化剂活性提高;纳米γ-Al_2O_3载体与Pd之间的相互作用强,有利于Pd的粒径控制和分散,从而提高1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)催化剂的活性。     

氧化铈形貌对Pd纳米粒子分散的影响

氧化铈由于在氧化和还原气氛下具有快速Ce4+/Ce3+氧化还原循环作用,使其具有优异的储放氧能力,不仅可以分散和稳定金属粒子,还可在界面处与金属物种发生化学键合,并形成活性位点,因此已被广泛应用于多个催化反应体系,且表现出显著的形貌效应.通过对氧化铈形貌进行调控,使其暴露特定(111)、(110)和(100)晶面,已成为调节金属-氧化铈相互作用强度及金属物种电子、几何结构,提高催化性能的有效策略,但对其机制及活性位结构还没有清晰的认识.我们以氧化铈纳米粒子和纳米立方体为载体,其中氧化铈立方体平均尺寸为23 nm,主要暴露6个{100}晶面,边缘和截角暴露少量{110}及{111}晶面;球形氧化铈纳米粒子平均尺寸为11 nm,主要暴露{111}晶面;并进一步将2.0 wt％Pd物种分散在氧化铈立方体和球形纳米粒子上,通过扫描透射电子显微镜(STEM)和X射线光电子能谱(XPS)等研究了钯物种在氧化铈球形粒子和立方体上的原子结构和化学环境,进而分析了纳米结构氧化铈形貌对钯物种分散的影响.在球形氧化铈纳米粒子上主要形成了平均尺寸为2.0 nm的非晶态Pd纳米粒子以及极小的Pd物种,这主要是因为球形氧化铈纳米粒子上丰富的表面氧空位可通过Pd-CeO2强相互作用和Pd物种紧密键合.氧化铈立方体上的晶态Pd粒子尺寸为2.9 nm,金属与载体之间具有明显的界面,且Pd原子嵌入到氧化铈晶格中.同时,CO化学吸附测试也证明了氧化铈球形粒子上的钯分散度(70％)高于氧化铈立方体(52％).对于甲烷燃烧反应,主要涉及发生在金属粒子表面的PdO/Pd氧化还原循环,即Pd被O2氧化,PdO被CH4还原,富氧条件下决速步骤是PdO对CH4中C?H的活化,因此氧化铈立方体表面大尺寸的晶态Pd粒子被氧化后更容易被CH4还原,有利于PdO/Pd氧化还原循环,从而具有更高的活性和稳定性;然而在CO氧化反应中Pd/CeO2却呈现了相反的形貌效应,这是由于该反应遵循Mars-van Krevelen机理:CO吸附在金属Pd上,化学吸附的CO移动到钯-氧化铈界面,被氧化铈晶格氧氧化成CO2,产生的氧空位被表面氧补充,最后表面氧空位被气相氧补充;由于氧化铈球形粒子上的较小尺寸Pd具有更大的钯-氧化铈界面周长和更强的氧物种移动性,更易完成界面处的氧化还原循环,因此具有更高的CO氧化活性.     

负载型Pd/TiO2和Pd-Ag/TiO2催化剂的乙炔选择性加氢催化性能

利用程序升温还原(TPR)、X-射线衍射(XRD)、CO吸附-红外光谱(CO-IR)、电子顺磁共振(EPR)和微型催化反应评价等手段, 研究了负载Pd/γ-Al2O3, Pd/TiO2和Pd-Ag/TiO2催化剂的结构和乙炔选择性加氢催化性能. 结果表明, Pd/TiO2催化剂具有较Pd/γ-Al2O3催化剂更优良的乙炔选择性加氢催化性能, 这与Pd-TiO2之间的强相互作用密切相关. Pd-TiO2之间的强相互作用不仅使负载型钯金属催化剂具有较高的乙炔加氢催化选择性, 而且具有较高的乙炔加氢催化活性. Pd/TiO2催化剂中添加Ag 组分后, Pd金属可促进Ag+的还原并可能形成Pd-Ag合金, 催化剂的乙烯选择性虽有所增加, 但乙炔转化率和乙烯收率下降.     

Sb对Pd基催化剂用于常压直接合成H_2O_2的促进效应（英文）

H_2O_2作为一种高效绿色氧化剂,广泛应用于造纸、纺织、水处理等工业领域.目前蒽醌法是工业上生产H_2O_2的主要方法,相比之下,利用H_2和O_2直接合成H_2O_2,能耗低,污染小,适合与下游工艺技术进行耦合.而缺乏高性能催化剂是制约直接法合成H_2O_2工业化的主要原因.本文通过浸渍法制备了一系列负载型Pd-Sb/TiO_2双金属催化剂,并用于常压下H_2O_2直接催化合成反应.利用透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),H_2/O_2程序升温脱附(H_2/O_2-TPD),X射线衍射(XRD),原位CO吸附的傅里叶变换漫反射红外光谱(CO-DRIFTS)等手段对催化剂的电子和几何结构进行解析,深入研究了助剂Sb对该体系的促进作用.结果显示,与单金属Pd催化剂相比,适量金属Sb的加入有效提高了催化性能,抑制了副反应的发生.当Pd/Sb摩尔比为50/1(Pd50Sb)时,H_2O_2的选择性高达73%;但是当Pd/Sb为2时,催化剂对生成H_2O_2几乎没有活性.TEM和XRD证明,Sb的加入显著促进了Pd颗粒在载体TiO_2上的分散.XPS和H_2-TPD实验,发现,Sb改变了催化剂表面Pd~(2+)/Pd0的比例,抑制了金属Pd的氧化;同时,Sb主要以氧化态存在,在催化剂表面形成Sb_2O_3氧化层,覆盖表面的Pd活性位,从而抑制了反应中H_2在催化剂表面的活化以及H_2O_2加氢副反应的发生.O_2-TPD结果表明,随着Sb的加入,O_2的脱附峰明显减弱,表明Pd-Sb/TiO_2不利于O_2的解离吸附.此外,原位CO-DRIFTS实验结果表明,Sb均匀分布在Pd-Sb催化剂表面,致使有利于生成H_2O的连续Pd活性位明显减少,而有利于合成H_2O_2的单个Pd原子活性位明显增加.总的来说,Sb对Pd表面起到了显著的修饰作用,提高了催化剂表面O_2的非解离活化,从而促进了H_2O_2的高选择性合成.但是过量Sb的加入会抑制催化剂对H_2的活化作用,致使催化剂活性下降,因此优选Pd/Sb的比例对于提高催化剂性能具有重要作用     

单原子层Pd壳的Pt_3Ni纳米立方体的甲酸氧化性能（英文）

通过一种结合了CO辅助合成Pt_3Ni纳米立方粒子和单原子层Cu壳欠电位沉积再置换为Pd的方法,成功制备出了具有单原子层Pd壳和Pt_3Ni纳米立方粒子核结构的Pt_3Ni@Pd/C催化剂。电感耦合等离子体元素分析、X射线衍射和透射电子显微镜法被用于研究表征此种Pt_3Ni@Pd/C催化剂,结果显示大部分Pt_3Ni纳米粒子的表面都由{100}族的晶面所构成。而且在这些{100}族的晶面上,单原子层Pd壳通过电沉积的外延生长,也获得了{100}族的晶面。本文进一步对Pt_3Ni@Pd/C作为甲酸氧化电催化剂的性能进行了研究,并与商业Pd/C和原Pt_3Ni/C催化剂进行了比较。结果显示,由于Pt_3Ni@Pd/C的单原子层Pd壳的结构和所暴露出的Pd{100}族的晶面,Pt_3Ni@Pd/C催化剂具有优异的甲酸氧化电催化性能。与原Pt_3Ni/C催化剂相比较,Pt_3Ni@Pd/C催化剂的贵金属质量比活性提高到了7.5倍。此外,与商业Pd/C催化剂相比,Pt_3Ni@Pd/C催化剂的比表面活性和Pd质量比活性也分别提高到了2.5和8.3倍。     

负载型贵金属催化剂硫中毒机理—不同载体的钯催化剂上硫的吸附及转化

以H_2S为毒物,用浸渍法制备了一系列不同载体的钯催化剂(Pd/Al_2O_3、Pd/MgO和Pd/TiO_2)以Na_2S与催化剂机械混合的方式,在载体上引入S~(2-),用H_2—O_2混合气对含硫的催化剂进行处理。藉XPS和IR谱对不同载体的催化剂上硫的吸附及转化进行了研究。结果表明,载体酸碱性对其上担载的贵金属的电子状态有一定的影响。酸性较强的载体对贵金属的分散作用较强,H_2S在这种载体的催化剂上的吸附和转化能力较差。在碱性较强的载体的催化剂上,结果相反。此外,载体上晶格氧的活性不同,对H_2S的转化能力也有差异。在Pd/Al_2O_3催化剂运行过程中,H_2S在A1_2O_3载体上主要发现为一种物理的吸附-脱附过程;而在MgO和TiO_2载体上,不仅存在H_2S的吸附过程,且有H_2S转化为SO_2或SO_4~(2-)的过程。结果还表明,载体性质对催化剂的自身再生能力具有较大影响。     

碳量子点在八面双锥和纳米片TiO2上的光催化

依次用溶剂热法和水热法制备得到暴露(101)晶面的八面双锥体二氧化钛OBP-TiO2和不同碳负载量的N-CDs/OBP-TiO2复合催化剂,以及暴露(001)晶面的纳米片二氧化钛TNS和不同碳负载量的N-CDs/TNS复合催化剂。利用TEM、XRD、XPS等表征手段对这2类复合催化剂的形貌结构、化学成分等作了鉴定。系统研究了碳量子点负载量对可见光降解RhB的光催化性能影响。实验发现,由于N-CDs的加入,均能较大提高2类复合催化剂的光催化性能。(101)高裸露晶面N-CDs/OBP-TiO2比(001)高裸露晶面N-CDs/TNS的光催化活性高。     

高分散钯炭纳米催化剂的制备及其分散度测试分析

以球状聚苯并噁嗪为载体,氯钯酸为前驱体,通过浸渍热解法制备钯炭纳米催化剂,用于苯甲醇氧化反应。通过一步热解法制备的钯炭纳米催化剂,利用氯钯酸前驱体和聚苯并噁嗪的强固载作用实现钯纳米颗粒均匀分布在载体上,平均直径约为2. 6 nm。该催化剂在苯甲醇氧化反应中,反应2 h即可实现反应物苯甲醇全部转化为产物苯甲醛,表现出良好的催化活性。基于Micromeritics AutoChem II 2920化学吸附仪分别采用CO脉冲法和H_2-O_2滴定法测定钯炭纳米催化剂金属分散度,并结合透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等表征手段进一步测试催化剂分散度。结果显示,CO脉冲法测试结果与TEM和XRD测试结果吻合,而H_2-O_2滴定法测试结果偏高,高出约2%～4%,这是由于H_2-O_2滴定法存在氢溢流现象。根据CO脉冲法测试的金属分散度计算出钯炭纳米催化剂在苯甲醇氧化反应中的TOF值最高可达123 h~(-1)。