原位核磁共振技术研究反应环境对光催化甲醇重整过程的影响

本文利用原位核磁共振技术，系统研究了在真实反应体系中反应环境（气氛、压强、气体量等）对甲醇光催化重整反应产物的影响.发现不同气氛对甲醇光催化重整的反应产物有着不同的抑制作用，而环境压强及气体量对于甲醇光催化重整反应产物产率的影响较小.在此基础上，本文进一步讨论了气体在催化剂表面的吸附方式和环境气氛影响甲醇光催化重整反应产物的机理.     

原位核磁共振技术研究光催化甲醇重整过程中甲醇与水的相互作用

本文利用原位液体核磁共振技术对真实固液体系光催化甲醇重整过程中水与甲醇之间的相互作用进行了系统性研究,证实了甲醇+水体系中氢键及质子交换相互作用的存在,并且发现催化剂的种类（包括不同晶型,以及同一晶型、不同形貌的TiO₂）、体系温度、光照反应条件都会影响甲醇与水之间的相互作用,进而影响到甲醇重整的效率．这表明催化剂及温度的合适选择对于提升甲醇重整效率起到非常重要的作用．     

光催化甲醇重整机理的原位核磁共振研究

本文利用原位核磁共振技术在真实固液反应环境中对光催化甲醇重整过程进行了研究.研究发现，体系中甲醇重整的液态中间产物主要有四种：HOCH₂OH、CH₃OCH₂OH、HCOOH和HCOOCH₃.不同晶型的二氧化钛催化剂会影响这四种产物的生成趋势.随光照时间的增加，上述四种产物的含量均会增加.Pd负载对一级中间产物CH₃OCH₂OH和HOCH₂OH的产率影响较大，其产率为无Pd负载的2~3个数量级；对二级中间产物HCOOCH₃和HCOOH的产率影响较小.     

纳米ZnO的制备及其在不同牺牲试剂下的光催化产氢性能

采用沉淀法与异相共沸蒸馏技术相结合制备了ZnO纳米粉体,并利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜和液氮吸-脱附等技术对制备的样品进行了分析与表征．考察了Pt的负载量、煅烧温度以及牺牲试剂的种类和浓度对制备的纳米ZnO的光催化产氢效率的影响．结果表明：与其他温度下煅烧获得的产物相比,400 oC煅烧产物表现出最佳的光催化产氢效率,且以甲醇为牺牲试剂时纳米ZnO悬浮体系的光催化产氢效率远高于以三乙醇胺为牺牲试剂时的产氢效率．其原因在于光催化过程中甲醇氧化也对体系的产氢有贡献．此外,探讨了基于实验结果对含甲醇的     

微通道甲醇重整制氢过程的模拟分析

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立化学热力学-物理-数学模型,利用数值模拟分析,分别从Pd/ZnO催化剂下的单速率模型和Zn_Cr/CeO_2/ZrO_2催化剂下的双速率模型考察操作条件对甲醇水蒸气重整制氢输运规律的影响,发现微通道反应器以其高面体比促进了甲醇转化率和氢气产率的提高,且有助于反应器内温度分布均匀;对不同的操作条件下甲醇的转化效果进行分析比较,可为实际操作参数的选取提供参考。     

用低温电催化重整方法和CoZnAl催化剂进行低温生物油重整制氢

利用电化学催化重整方法和CoZnAl催化剂实现了高效的生物油重整制氢过程．研究了电流强度对氢气产率、碳转化率以及产物分布的影响．结果表明,通过催化剂的电流对氢气产量和碳转化率都有明显的促进作用,在500 oC低温重整条件下氢气产率和碳转化率分别达到大约70%和85%．此外,用XRD、XPS、TGA和BET研究了电流对催化剂的结构和性能的影响．结果表明,通电催化床中热电子对生物油中含氧有机物的重整反应起着重要的促进作用．     

用NiCuZnAl催化剂最大化生物油自热水蒸汽重整制氢

在较低的温度下,通过将放热的部分氧化反应和吸热的水蒸汽重整反应耦合起来的自热方式实现了高效的制氢过程. 在氧碳比(O/C)为0.34,水碳比(S/C)为3,温度为600 oC时生物油接近完全转化,得到最高氢产率为64.3%. 自热水蒸汽重整反应条件温度、O/C、S/C、质量空速等可以用来控制反应氢产率和气体产物分布. 对自热过程和普通水蒸汽重整过程做了比较,并对反应机理进行了探讨.     

多种金属掺杂的镍基催化剂用于中温重整生物油制氢的设计

一种新的由共沉淀法合成的多种金属(铜、镁、铈)掺杂的镍基混合氧化物催化剂,在250～500 oC用于生物油高效重整制氢. 摩尔比为Ni:Cu:Mg:Ce:Al=5.6:1.1:1.9:1.0:9.9的催化剂表现出较高的催化重整活性,在传统的水蒸气重整模式和500 oC条件下,氢产率达82.8%;电催化重整模式中,在400 oC 和3.1 A,氢产率达91.1%.ECR模式中重整温度和通过催化剂电流促进生物油的重整和热裂解.另外催化剂在300～600 oC显示出较高的水煤气变化反应活性,生物油重整过程中催化剂性质的变化利用ICP、XRD、XPS和BET进行了表征. 生物油重整机理基于基元反应、催化剂表征进行了讨论.     

Effects of Current on Microcosmic Properties of Catalyst and Reforming of Bio-oil

通过低温电催化重整方法(电流通过催化剂床),用传统的镍基重整催化剂NiO-Al2O3重整生物油制取氢气是一种高效的生物油产氢方法．还探索了电流对生物油重整的促进影响,发现通过催化剂的电流明显地提高了生物油的重整．通过BET、XRD、XPS和SEM的测试,研究了电流对催化剂微观结构的影响,包括比表面、孔径、孔体积、晶粒尺寸和氧化镍的还原程度．从通电的催化剂表面脱附的热电子直接由飞行时间质谱测量．讨论了电催化重整生物油的机理．     

不同波长的激光还原氧化石墨烯的规律

采用可见光波段的488nm、518nm和637nm激光对氧化石墨烯薄膜样品进行光照还原实验,并实时测量还原氧化石墨烯的透过率和电阻率,通过其变化规律表征不同波长的激光对氧化石墨烯还原程度的影响.结果表明:氧化石墨烯的透过率和电阻率在不同波长激光照射下呈现不同的变化规律.采用488nm激光照射时,在激光功率密度很小的条件下,氧化石墨烯即可发生还原反应,还原过程符合光化学还原规律;采用518nm与637nm激光照射时,只有当激光功率密度大于某一阈值时,氧化石墨烯才发生还原反应;激光波长越长,功率阈值越高;还原过程符合光热还原规律.该研究结果可为光还原石墨烯薄膜的图案化工艺改进提供参考和依据.     

原位液体核磁共振在高分子材料表征领域的应用

随着原位系统研究的进步以及灵敏度的提高，原位核磁共振在高分子材料领域的应用越来越广泛.原位液体核磁共振具有分析速度快、适用范围宽、无损检测、无需标样等特点，多用于表征聚合反应动力学及反应机理.除此之外，它还可以通过与其他仪器进行联用、匹配适用的探头等手段分离并解析未知物的化学结构.因此，原位液体核磁共振波谱技术将成为高分子科学研究领域不可或缺的通用工具.     

Hydrogen production by methanol steam reforming in an annular microchannel on a Cu-ZnO catalyst

Steam reforming of methanol into a hydrogen-containing gas under activated methanol conversion on annular microchannel walls was experimentally investigated. The methanol conversion was carried out on a copper-zinc catalyst deposited on the channel internal wall. The concentrations of the chemical conversion products in the output gas mixture were determined at different reactor temperatures and residence times. The channel wall temperature range within which the methanol steam reforming is intensified was also determined. It was shown that the CO content in the reaction products is determined by the CO₂ partial pressure rather than by the reactor temperature. A kinetic model of methanol steam reforming on a copper-zinc catalyst was developed.     

中低温太阳能-甲醇重整互补供能系统动力学提升与系统优化

本文考察了中低温-甲醇重整互补制氢及其与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)结合的中低温太阳能-甲醇重整互补发电系统,并分析、优化了两供能系统的性能。从动力学性能优化角度,研发了一种适用于甲醇重整制氢反应的新型复合金属氧化物纳米催化剂,并测试了不同反应物体积流量与反应温度下的催化剂性能。基于动力学实验结果,模拟了太阳能-甲醇重整互补供能系统的性能。模拟结果显示,在太阳直射辐照强度为1000 W·m^-2、反应物体积流量为1.70 mL·min^-1时,采用新型纳米催化剂的互补制氢系统太阳能制氢效率与能量利用总效率分别为52.5%与87.5%,比采用铜锌铝商业催化剂的系统提高了12.4个百分点和3.3个百分点。如将重整产物气用于高温质子交换膜燃料电池发电,则太阳直射辐照强度为10000 W·m^-2、反应物体积流量为1.75 mL·min^-1时,中低温太阳能-甲醇重整互补发电系统太阳能净发电效率(40.9%)比应用商业催化剂的系统提高10.4个百分点。     

太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统

基于不同用能系统整合和能的综合梯级利用思路,研究提出一种新颖的太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统.将太阳能甲醇重整制氢与发电有机整合,不仅合理地利用中低温太阳能,同时实现甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力性能,化石能源的相对节能率达到29%,制氢单位能耗降低为0.85 GJ/GJ-H2.研究表明,减小能量转化传递过程的品位差和合理利用太阳能热是系统节能的关键所在.研究成果将为太阳能多功能能源系统发展提供新方案与新思路.     

银改性磷钨酸催化制备生物柴油工艺研究

本文以硝酸银和磷钨酸为原料制备了系列银改性磷钨酸催化剂Ag_xH_3-xPW₁₂O₄₀（x=1、2、3，x表示AgNO₃与磷钨酸的物质的量之比），并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重量分析-导数热重量分析（TGA-DTG）和固体核磁共振结合探针分子（³¹P-TMPO MAS-NMR）技术对它们的结构、稳定性及酸性进行了表征；同时考察了甲醇/大豆油的物质的量之比、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对磷钨酸银催化酯交换反应的影响.研究结果表明，Ag₂HPW₁₂O₄₀催化剂具有最好的催化酯交换反应活性和重复使用性能，其结构中的Brønsted酸中心与Lewis酸中心之间的协同效应是使其具有高催化性能的原因.以Ag₂HPW₁₂O₄₀为催化剂，在甲醇/大豆油的物质的量之比为32/1、催化剂用量为6 wt.%、反应温度为150℃、反应时间为20 h条件下，生物柴油产率可达96.4%.     

含氧有机物催化重整制备纯氢

研究了一种新的利用含氧化合物制备纯氢的催化变换过程,该过程耦合了含氧化合物的催化重整、水煤气变换反应和CO₂去除步骤. 详细研究了重整催化剂的筛选、反应条件以及不同的含氧化合物催化重整行为. 利用所述集成方法获得的最高氢气浓度为99.96vol%和最大转化率为97.1mol%. 此外,通过含氧化合物的解离、催化重整和水煤气变换反应研究,探讨了含氧化合物制备纯氢的相关反应路径.