掺杂碱金属与碱土金属的CuO-CeO_2催化剂的漫反射红外光谱分析

CuO-CeO2系列催化剂是高效的CO选择性氧化反应的催化剂,通过原位漫反射红外光谱对掺杂碱金属和碱土金属氧化物的CuO-CeO2催化剂表面的吸附物种进行了研究。结果表明CuO-CeO2系列催化剂上,2 106 cm-1处出现CO的红外吸附峰。在反应气氛中,此峰的强度随着温度先升高后降低,说明Cu+是CO主要的活性吸附中心。低温下催化剂表面吸附的CO主要以可逆形式脱附出来,而高温下CO则以不可逆的形式脱附出来。催化剂表面在3 660 cm-1处出现尖锐的红外峰,归属于CeO2经还原产生的Ce-(OH)2偕式基团。在1 568,2 838和2 948 cm-1附近处出现甲酸根的红外谱峰,以及1 257和1 633 cm-1处出现碳酸根物种的红外峰。甲酸根物种是气相的CO与表面的羟基反应生成的产物,该物种的C—H键断裂生成碳酸根物种,这两物种均会降低催化剂的高温活性。Cu1Li1Ce9Oδ催化剂出现较强的CO2和甲酸根的红外峰,温度高于180℃时,该催化剂上还能看到微弱的CO红外峰,说明锂离子的给电子性质有利于提高Cu1Li1Ce9Oδ催化剂上CO的不可逆脱附,抑制氢的活化吸附,同时促进了甲酸根物种的生成。低温下Cu1Mg1Ce9Oδ和Cu1Ba1Ce9Oδ催化剂上CO的吸附量较多,但主要以可逆脱附形式脱附出来,对CO选择性氧化没有贡献。     

PtRhSn/GN催化剂上甲醇电催化氧化的原位红外光谱研究

通过多元醇还原法制备了石墨烯(GN)负载的Pt及Pt基多元催化剂:Pt/GN,PtRh/GN,PtSn/GN,PtRhSn/GN。循环伏安研究表明,Rh的加入提升了Pt基催化剂的甲醇电催化氧化活性,而Sn的加入明显降低了甲醇在Pt基催化剂上的过电位,起始氧化电位负移106mV。电化学原位红外光谱研究进一步表明,Rh和Sn的加入使得Pt基催化剂对甲醇氧化的起始氧化电位负移;Rh的加入使得CO谱峰强度增大,而Sn的加入明显降低了CO谱峰强度。三元催化剂PtRhSn/GN很好的综合了Rh和Sn的电子效应及协同效应特点,相比于Pt/GN催化剂,起始氧化电位负移60mV,且活性达到其1.57倍。     

Co-Mo/Al2O3加氢脱硫催化剂的CO吸附原位红外光谱表征及应用研究

燃油的无硫化成为车用燃料发展的必然趋势.为开发高性能的柴油超深度加氢脱硫催化剂,文章采用CO吸附原位红外光谱法对系列还原态Co-Mo/Al2O3催化剂和高活性工业剂进行了表征,并将表征结果与微反加氢脱硫活性评价结果进行了关联分析.结果表明:随金属负载量的变化CO吸附的光谱特征发生变化,当MoO3负载量达20%、助剂CoO量为4.16%时,在2 179 cm-1出现一个新的CO特征吸收峰,该活性中心的出现明显有利于加氢脱硫(HYD)的反应.在相同金属负载量的情况下,与采用化学处理法制备的催化剂相比较,后者对应的2179 cm-1的特征吸收明显增强,微反评价显示该催化剂的催化活性特别是HYD反应活性明显提高.     

原位漫反射FTIR研究Fe改性的Cu-Mn/ZrO_2催化剂上CO的吸附行为

利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,研究了Fe改性的Cu-Mn/ZrO_2催化剂的CO吸附行为。通过测定单组元及其不同组合催化剂的CO吸附以及催化剂的CO-TPD-IR特征、不同温度CO吸附的红外光谱,研究了Fe助剂对催化剂上CO吸附行为的影响,发现Fe通过提高铜的分散度,改变铜的化学环境,影响催化剂上CO线式吸附的特征,而且形成CO桥式吸附中心,从而提供了低碳醇合成的催化剂表面,并探讨了催化剂上CO吸附形式变化的规律。     

PtCu二元金属催化剂抗CO中毒性能的理论研究

基于密度泛函第一性原理研究了M-graphene(M=Pt,Cu,PtCu;graphene:pristine,Stonewales,Single-vacancy graphene)催化剂的抗CO中毒能力.对于纯Pt和纯Cu吸附在石墨烯上时,Pt的吸附能力最强,吸附结构最稳定.当Pt中掺杂Cu后,PtCu二元金属催化剂在石墨烯上的吸附结构的稳定性进一步增强.通过对M-graphene-CO吸附结构的研究,发现以缺陷石墨烯为载体的金属催化剂的抗CO中毒能力优于以原始石墨烯为载体的同种金属催化剂,PtCu二元金属催化剂抗CO中毒能力明显好于纯Pt和纯Cu的抗毒性.因此,缺陷石墨烯载体以及掺杂Cu的PtCu二元金属催化剂,对于提高催化剂的稳定性和抗CO中毒能力起到了重要的作用.     

原位漫反射FTIR研究Fe改性的Cu-Mn/ZrO2催化剂上CO的吸附行为

利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术，研究了Fe改性的Cu—Mn／ZrO2催化剂的CO吸附行为。通过测定单组元及其不同组合催化剂的CO吸附以及催化剂的CO-TPD-IR特征、不同温度CO吸附的红外光谱，研究了Fe助剂对催化剂上CO吸附行为的影响，发现Fe通过提高铜的分散度，改变铜的化学环境，影响催化剂上CO线式吸附的特征，而且形成CO桥式吸附中心，从而提供了低碳醇合成的催化剂表面，并探讨了催化剂上CO吸附形式变化的规律。     

不同温度下乙醇电氧化过程的原位红外光谱研究

直接乙醇燃料电池因其优异的性能备受关注。乙醇的电催化氧化并非简单的燃烧,涉及多种催化反应过程。乙醇的C-C键断裂选择性低,以及乙醇氧化中间产物C1分子由于没有及时氧化离开催化剂表面而造成的催化剂中毒,是制约其应用的瓶颈问题。电化学原位红外光谱是在电化学反应的同时,原位采集反应物种特定官能团的振动信息,可在分子水平揭示反应过程,推测反应机理。不同温度条件下乙醇电氧化过程的研究,有助于合理的设计高性能乙醇燃料电池催化剂。选用高性能的PtRh/RGO催化剂,结合同位素示踪法和电化学原位红外光谱技术,研究了不同温度下乙醇的电氧化过程。循环伏安研究表明,乙醇电氧化性能及其C-C键断裂的程度为PtRh/RGO (45℃)>PtRh/RGO (25℃)>商业Pt/C。电化学原位红外光谱从分子水平跟踪了乙醇的电氧化过程,观察到随着电位的增加, CO2, CO,-CH3,-C-O特征峰的强度逐渐增加。CO2和CH3COOH分别归属于乙醇完全氧化和不完全氧化的终产物,因此红外光谱中两种物质特征峰积分面积的比值[CO2]/[CH3COOH]可做为CO2选择性的量度。用来定量标定CH3COOH的特征峰是位于1 280 cm-1的-C-O振动峰,但对于PtRh/RGO催化剂的红外光谱而言,它的乙酸特征峰振动峰位1 280 cm-1附近出现1 214 cm-1甲醇衍生物的振动峰,通过一种反射红外光谱与标样透射红外光谱差减扣除叠加峰方法,定量计算了叠加峰中1 280 cm-1特征峰的积分强度,从而计算出PtRh/RGO的CO2选择性。结果表明对比25℃时, 45℃下PtRh/RGO具有更高的选择性, 0.3 V时提高48.1%, 0.5和0.6 V时略有提高, 0.4 V时降低,这可能是乙醇中β-C和水中OH竞争吸附所致。在两种反应温度条件下, CO2选择性都在电位高于0.4 V时呈现下降趋势。为了进一步研究CO2来源于α-C或β-C的完全氧化,使用同位素标记的13CH312CH2OH做为探针分子,通过电化学原位红外光谱研究了25和45℃下PtRh/RGO电极上乙醇电氧化过程。结果表明,β-C完全氧化为CO2的起始电位与温度无关,都为0.3 V。通过用13CO2/12CO2积分面积的比值定量分析,发现45℃下,该比值在电位0.3~0.5 V时相比于25℃下分别增加0.11, 0.18和0.22,表明随着温度或电位的增加,β-C完全氧化的选择性增加。     

原位DRIFTS研究CH4部分氧化和CO2重整的耦合

8%Ru-5?/γ-Al2O3催化剂对于甲烷的低温活化具有较好的催化活性,在500℃下甲烷、二氧化碳和氧气的耦合反应中,吸热反应二氧化碳重整和放热反应甲烷部分氧化进行耦合强化,使得耦合反应中的甲烷转化率为38.8%。用原位漫反射傅里叶红外光谱法对钌系催化剂耦合甲烷部分氧化和二氧化碳重整反应体系机理进行研究。CO在8%Ru-5?/γ-Al2O3上吸附,表明CO在催化剂表面上波数为2 167 cm-1(2 118 cm-1)和2031 cm-1(2 034 cm-1)处形成孪生态Ru(CO)2和Ce(CO)2吸附物种,而且高温下CO吸附物种很容易从催化剂表面脱附出来。原位漫反射红外实验结果表明甲烷部分氧化反应时催化剂表面上有吸附物种碳酸根、甲酰基(甲酸盐)和一氧化碳的形成,其中表面的甲酰基和甲酸盐物种是甲烷部分氧化反应的主要活性中间物,这些中间活性中间体由甲烷吸附态CHx和催化剂表面的氧吸附态结合而形成的,随后这种中间物种再分解为CO产物;甲烷和二氧化碳重整反应时没有新的吸附物种产生,由此提出重整反应的机理是吸附态的甲烷和二氧化碳在催化剂活性中心上进行活化解离而生成合成气;甲烷、二氧化碳和氧气耦合反应过程中出现新的羟基物种(桥式羟基Ru-(OH)2),耦合反应机理复杂可能是由部分氧化和重整两类反应机理的复合,其中桥式羟基Ru-(OH)2参与了反应的进行。     

臭氧在SnO2表面吸附的红外光谱研究

以SnO2催化臭氧化降解高浓度糖蜜酒精废水为探针反应,研究SnO2催化臭氧化降解糖蜜酒精废水的活性,并采用红外光谱研究臭氧在SnO2及金属氧化物改性的SnO2催化剂表面的吸附行为。结果表明:由纯氧源制得的O3在SnO2表面吸附的红外光谱上的1 027和1 055 cm-1及2 099和2 122 cm-1处存在两处明显的吸收双峰,而空气制备的O3在SnO2表面与CO及CO2等存在竞争吸附,使得O3的吸附减少,催化臭氧化降解糖蜜废水的降解率下降。催化剂助剂对SnO2催化臭氧化降解糖蜜酒精废水有较大的影响。采用Fe2O3,NiO,CuO,ZnO,MgO,SrO及BaO等金属氧化物为助剂改性的SnO2在2 236和2 213 cm-1,1628和1 599 cm-1出现强度相似的吸收峰,但是几种催化剂对CO2和CO的吸附差别较大,过渡金属改性的SnO2在1 580~1 070 cm-1处出现较宽的吸收峰,碱土金属氧化物改性的SnO2催化剂在1 580~1 070 cm-1之间,出现了1 298和1 274 cm-1两个新的峰,从而引起了不同助剂催化臭氧化的活性差别,碱土金属改性的SnO2对糖蜜酒精废水的催化臭氧化脱色效果明显优于过渡金属改性的SnO2,其中BaO改性的SnO2催化剂的活性最好。     

Pt/Ba-Al-O催化剂储存NOx的性能和机理研究

采用共沉淀法制备了Pt/Ba-Al-O样品,用XRD,NO－TPD以及NOx储存量测量等手段对样品进行了表征,并对NOx的储存机理进行了探讨。结果表明,样品中的主要成分是BaAl2O4,有少量BaCO3存在。在催化剂表面的Pt有两种吸附位,吸附位1为NO提供了吸附位,对应低温区的NO脱附峰;吸附位2例NO和O2在催化剂表面反应生成硝酸盐和亚硝酸盐,对应高温区的NO脱附峰,当吸附温度为300度,O2的体系分数为1．3％时,NO的脱附量达到了最大值。经过还原处理样品的NO中附能力比经过氧化预处理的样品强得多,样品储存NOx的最佳温区为300－450度。     

Pd-Sn双金属催化剂催化1, 3-丁二烯加氢反应的仲氢诱导极化研究

本文首先利用等体积共浸渍法合成了一系列Pd/Sn比（原子比）不同的Pd₁-Sn_x/Al₂O₃双金属催化剂,然后通过多相催化仲氢诱导极化（PHIP）技术研究了Pd-Sn/Al₂O₃双金属催化剂上1, 3-丁二烯选择性加氢反应.结果发现催化剂的Pd/Sn比会影响1, 3-丁二烯反应活性和丁烯选择性：随着Pd/Sn比的下降,反应中1, 3-丁二烯转化率降低,丁烯选择性提高.利用PASADENA（parahydrogen and synthesis allow for dramatically enhanced nuclear alignment）技术,发现Pd/Sn比的变化影响了1-丁烯与2-丁烯之间的异构化过程：随着Pd/Sn比的下降,1-丁烯异构化率降低,这是由于Sn组分含量的提高减少了表面暴露的Pd组分,使得催化剂反应活性降低;Sn组分含量的提高同时导致了Pd电子密度的上升,使得选择性还原产物丁烯更易脱附,阻止其进一步加氢生成丁烷,并抑制了1-丁烯异构化反应过程.     

Surface interaction between H2 and CO2 over silicalite-supported platinum

Infrared spectroscopic evidence is presented for the formation of linearly bonded CO species, as a result of surface interaction between H₂ and CO₂ at room temperature over silicalite-supported Pt. Comparison with direct CO adsorption results suggests that the active sites for this CO₂ reaction are the corner or step sites on platinum particles. The CO formed on these active sites then migrates to other sites on the surface of Pt particles. Co-adsorbed hydrogen and water make the linearly bonded CO species more strongly adsorbed on Pt particles. However, exposure to oxygen or air at room temperature effectively removes these CO species.     

Dinitrogen species adsorbed on an alumina supported cobalt catalyst studied by FT-IR

The infrared band of dinitrogen species adsorbed on a Co/Al₂O₃ catalyst was observed at 2214 cm^-1, which shifted in the presence of adsorbed and gaseous hydrogen.     

THE APPLICATION OF HIGH RESOLUTION SOLID STATE NMR IN ADSORPTION SYSTEMS

High resolution solid state NMR techniques(such as MAS,CP/MAS andCRAMPS)were employed to study the nature of organic molecules adsorbed onporous solids. A magic angle spinning system was achieved for sealed samples with a spinning speed from 2KHz to 4.2KHz.Using this technique,high resolution ~1HMAS spectra of organic molecules and H_2S adsorbed on charcoal were obtained.EXperimental results suggest that for high coverage of adsorbed organic molecules,the spectral lines were resolved very well.But for low coverage,the spectrallines could not be separated completely.As the organic molecules condensed in     

Growth and magnetism of Ni nanoparticles in Ni/Al2O3/Si or Si3N4 multilayers

We report on the fabrication of Ni/Al₂O₃/Si and textured Ni/Al₂O₃/Si₃N₄ multilayers containing Ni nanoparticles that exhibit significantly improved results. The secondary phases arising from thermal reaction between Ni and Si can be remarkably suppressed with increasing layers of Al₂O₃ and deposition of Ni/Al₂O₃ multilayers on Si₃N₄ substrates. Atomic force microscopy shows the formation of large as well as nanoclusters of Ni when grown on Si, whereas textured Ni nanoparticles are formed on Si₃N₄ substrates. The magnetization measurements on Ni/Al₂O₃/Si containing a single buffer layer of Al₂O₃ shows higher coercivity field with magnetic nanowire-like behavior, whereas with several Al₂O₃ alternate layers almost a superparamagnetic-like behavior is observed. However, significantly improved magnetic hysteresis was observed in textured Ni/Al₂O₃/Si₃N₄ multilayers due to preferred alignment of Ni nanocrystallites.     

The interaction of Cu and S2 with aluminum and alumina surfaces: a comparative study

The bonding interactions between Cu and Al are much stronger than those between Cu and Al₂O₃. Cu atoms supported on alumina show a narrow 3d band with a centroid shifted 0.35 eV with respect to that of the 3d band in bulk metallic Cu. In contrast, Cu atoms deposited on aluminum exhibit shifts of 1.3–1.6 eV in the centroid of the 3d band. Similar differences are observed when comparing the behavior of Ag and Pt overlayers on alumina and aluminum. The d band shifts on the oxide substrate are in the order of 0.3–0.4 eV, whereas on the metal substrate they vary from 0.8 to 2.0 eV. These trends are explained in terms of a simple model that takes into account changes in the energy of the Al(3s, 3p) bands when going from metallic aluminum to alumina. The sticking coefficient of S₂ on alumina surfaces is at least one order of magnitude smaller than on aluminum, a difference that also reflects variations in the position of the Al(3s,3p) bands. Submonolayer coverages of Cu do not produce significant changes in the electronic properties of Al₂O₃. In contrast, the deposition of small amounts of sulfur (0.1 ML) induces a substantial reduction (0.4–0.5 eV) in the binding energies of the O KVV, O 1s and Al 2p features of alumina. This is consistent with a transfer of electrons from alumina into the S atoms that produces a transformation similar to a change from n-type to p-type semiconductors. The reactivity of Cu/Al₂O₃ surfaces toward sulfur is much larger than that of pure Al₂O₃ surfaces. Cu clusters supported on alumina react with S₂ to form CuS_x compounds that decompose at temperatures between 850 and 1100 K.     

Fixed charge and interface traps at heterovalent interfaces between Si(1 0 0) and non-crystalline Al2O3–Ta2O5 alloys

Characterization by Auger electron spectroscopy (AES) and Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR) confirms (Ta₂O₅)_x(Al₂O₃)_1−x alloys are homogeneous pseudo-binary alloys with increased thermal stability with respect to end member oxides, Ta₂O₅ and Al₂O₃. Capacitance–voltage (C–V) and current density–voltage (J–V) data as a function of temperate show that the Ta d-states of the alloys act as localized electron traps, and are at an energy approximately equal to the conduction band offset of Ta₂O₅ with respect to Si.     

虚晶近似法研究AlN-Al2O3固溶体系的力学性能和电子结构

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用虚晶近似方法计算了AlN-Al₂O₃固溶区内尖晶石相氮氧化铝(Al₂₄O₂₄N₈, Al₂₃O₂₇N₅和Al₂₂O₃₀N₂)和α-Al₂O₃, AlN的力学性能和电子结构. 结果证明虚晶近似法应用到氮氧化铝结构计算中是可行的. 力学常数计算结果和弹性模量B, 剪切模量G, 杨氏模量E反映的材料硬度变化趋势与实验基本一致;Al₂O₃-AlN固 溶区内五种结构均为脆性性质且Al₂₃O₂₇N₅脆性最低, 硬度高、脆性低的特性反映了Al₂₃O₂₇N₅优异的抗弯强度性能. 五种结构满足力学结构上的稳定性, 立方尖晶石相氮氧化铝表现为弹性各向异性. 能带和态密度的计算分析表明这五种结构均为直接宽带隙结构. 在费米能级附近, 氮氧化铝结构中阴离子的2p态和阳离子的3s, 3p态发生了轨道杂化. 理论结果与实验数据基本符合, 为进一步研究提供了一定的理论方法和依据.     

杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合的影响.计算结果表明:S在界面上Fe3原子处的界面偏析能最小,因此S易于向Fe3原子处偏析.Fe/Al_2O_3界面的结合主要受界面两侧Fe和O原子间相互作用控制.态密度、键重叠布居数和电子密度的计算结果均表明:S在界面处的偏析减弱了界面处Fe原子和O原子之间的相互作用,而且S的存在会引起Fe和O原子之间较强的静电排斥,这些导致了界面结合力的下降.研究结果可以使我们深入理解S在Fe-Cr-Al合金界面处的偏析造成氧化膜与合金基体结合减弱及氧化膜在S偏聚处剥离的机理.     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.