Pt-Ru疏水催化剂氢水液相催化交换性能及反应机理

氢水液相催化交换（LPCE）是从水中分离氨同位素的一种重要方法，具体可用于重水提氚、含氚废水处理及重水生产等，疏水催化剂制备是LPCE的关键技术之一。改进催化剂制备方法，提高活性金属分散度，或在Pt中部分掺入其他金属，制备Pt基二元疏水催化剂，均可提高催化剂活性，降低催化剂成本。已证实，Pt中适量掺入Ir，Ti和Cr等金属，可提高疏水催化剂活性，而对Pt-Ru疏水催化剂催化LPCE反应的研究，目前无文献报道。     

Pt-SDB疏水催化剂的研制

基于液相水-氢同位素催化交换的疏水催化剂研究已有近30年历史。从所报道的资料来看，目前用于重水提氚工艺中相转移的疏水催化剂主要集中在Pt-C-PTFE和Pt-SDB两类材料上。前者疏水性好，耐辐照稳定性好，后者催化活性好，但催化剂耐辐照稳定性稍差。拟在特制的SDB疏水材料上制备出催化活性好，性能稳定，满足使用要求的Pt-SDB疏水催化剂。     

基于Pt／C／FN疏水催化剂的常温氢氧复合反应

常温氢氧复合是指在室温或略高于室温温度将H2化合成水，可用于装置设备故障及泄漏时产生大量H2时的应急处理，也可用于火药爆炸气体、含氚废气等的处理。国内常温氢氧复合研究主要选择Pt／SDB和Pt／PTFE为催化剂，由于氢氧复合为强放热反应，热量在高分子载体SDB，PTFE上不容易散失，Pt在反应过程中容易因热迁移而发生团聚，SDB载体在氧化条件下还容易因氧化而老化，使催化剂活性下降。文中选择具有高传热系数的泡沫镍（FN）为惰性载体，制备疏水催化剂，催化氢氧复合反应，并研究了CO和水直接冷却对疏水催化剂活性的影响。     

含氚废气处理

研究了Pt-Al2O3亲水催化剂和Pt-SDB（聚苯乙烯一二乙烯基苯）疏水催化剂对含氚空气的净化处理。通过Pt-SDB单程催化氧化氢气性能研究和潮湿环境对Pt-SDB催化剂催化氧化性能影响研究（图1）显示，Pt-SDB催化剂在室温下对H2（氚）的催化氧化具有效率高，并且不容易受潮，能在潮湿的环境下保持活性，是一种较好的含氚废气处理催化剂。     

Pt-PTFE疏水催化剂净化含氚空气中的氚

为对含氚空气中的氚进行净化处理，研制了Pt-PTFE疏水催化剂，并采用一套实验流程对该催化剂对氘的催化氧化效果进行考察研究。     

无机载体疏水催化剂研制

氚操作时一旦发生氚气泄漏，需要及时将氚气氧化为氚水，然后利用材料将氚水吸收，避免污染环境。对于氚废气的氧化处理方法，主要使用催化氧化法。目前，国内主要采用以Pt-SDB（聚苯乙烯-二乙烯基苯）为代表的有机疏水催化剂和以Pt-Al2O3为代表的无机亲水催化剂。这两种催化剂各有优缺点，Pt-Al2O3催化效率高，但是需要在120～180℃下使用，不便应急。Pt-SDB可常温使用，但随着催化氧化进程，催化剂容易自然升温烧毁而引发事故。因此，需要研制一种能在常温下使用、催化效率较高的安全催化剂。为此，筛选了两种合适的无机疏水载体，在此基础上负载贵金属研制了两种无机疏水催化剂，其性能见表1。     

Pt—SDB疏水催化剂的抗毒稳定性

用CECE流程处理含氚废水时，催化交换单元中的Pt-SDB疏水催化剂会遇到少量的H2SO4，NaOH，Fe^3＋，Ca^2＋，Na^＋，Cl^＋，SO3^2＋，H2S，SO2和CO，这些物质可能会引起Pt-SDB疏水催化剂的催化活性发生变化，即发生催化剂中毒。为探明Pt-SDB疏水催化剂在这些物质存在下催化活性的变化，将其装入催化活性测试床，在同样的实验条件下测试催化剂在中毒前后及再生后的催化活性，结果见图1～8。     

变温电源法分离氢同位素技术

核电站反应堆中用作中子慢化剂的重水（D2O)会通过核反应生成DTO。随着堆运行时间的增加，在重水中的DTO浓度也逐步增加，需要将重水进行处理，以除去重水中所含的氚。本项研究中，建立了一套变温气相色谱法分离氢同位素的演示实验系统。     

计算氢同位素水分子汽化焓的比较法

本文首次提出计算氢同位素水分子汽化焓的比较法,得到0～374℃时H2O,D2O,DTO和T2O的汽化焓,并提出用D2从含氚重水中分离出DT气的适宜温度.     

Pt/CNTs电催化剂制备的UV-Vis、FTIR和XRD光谱分析

采用在乙二醇溶液中添加十二烷基硫酸钠(SDS)作为稳定剂的调变乙二醇还原法,制备了高分散的碳纳米管(CNTs)负载Pt电催化剂Pt/CNTs。利用紫外-可见(UV-Vis)、傅里叶变换红外(FTIR)和X射线衍射(XRD)光谱研究了催化剂的制备过程和结构,考察了Pt/CNTs制备过程中SDS的添加对其结构和甲醇电催化氧化活性的影响。结果表明,在乙二醇溶液中PtCl2-₆与SDS形成了配合物,PtCl2-₆能够被乙二醇完全还原;超声处理后的CNTs表面接上了含氧基团,有利于Pt粒子的吸附,催化剂上不残留有SDS;Pt/CNTs电催化剂具有典型的面心立方结构,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂Pt高度分散,粒径更小,达4.5 nm。循环伏安(CV)测试结果表明,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂比传统乙二醇还原法制备的Pt/CNTs-1具有更高的甲醇电催化氧化活性。     

纳米Pt/MgO催化剂的表征和催化性能

"用浸渍法制备了Pt/MgO催化剂,采用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜和程序升温表面反应等技术对反应前后的催化剂进行了表征．甲烷部分氧化制备合成气的反应被用来考察催化剂的催化活性和稳定性．TEM结果显示活性组分Pt粒子的尺寸小于10 nm,而载体MgO的晶粒大小在50~200 nm．在固定床微反应器上进行．在800 ℃时,Pt/MgO催化剂表现了非常高的POM催化活性和稳定性,甲烷转化率和合成气的选择性在120 h内保持稳定．活性组分Pt以金属状态存在于载体的表面上,其存在状态和分散状态都很     

无表面活性剂Pt和PtRu纳米粒子制备及其甲醇氧化活性

利用一种简单的方法制备不含任何表面活性剂并具有高甲醇氧化活性的Pt和PtRu纳米电催化剂. 以CO为还原剂, CO和多壁碳纳米管(MWCNT_s)为保护剂和载体,通过一步反应得到沉积在多壁碳纳米管上Pt纳米粒子,在制备过程中无需使用任何有机溶剂或表面活性剂. 利用循环伏安法和计时电流法表征了所合成催化剂的甲醇氧化活性,甲醇氧化的峰电位(ca. 0.9 V vs. RHE)处的电流密度和比质量电流高达11.6 mA/cm² 和860 mA/mg_Pt. 在Pt/MWCNT_s表面电沉积Ru后,催化剂在低电位处的甲醇氧化活性得到提高,其在0.5和0.6 V的稳态比质量电流分别达到了20和80 mA/mg.     

Pt/C催化剂中纳米Pt颗粒团聚效应的小角X射线散射

 应用小角X射线散射(SAXS)技术,对乙二醇合成法、浸渍还原法和微波加热法制备的Pt/C催化剂粉体内纳米Pt颗粒的团聚效应进行了研究,得到了不同方法制备的Pt颗粒及其团聚体的特征尺寸、体积分布、表面积变化、团聚程度等信息,并利用透射电镜（TEM）对3种样品进行了测试。实验结果表明:微波加热法制备的催化剂中,Pt颗粒较好地分散于C载体上,且Pt颗粒具有尺度小、分布范围窄、总表面积大和团聚体较少等特征;常规浸渍和乙二醇还原两种方法制备的催化剂中Pt颗粒大小分布相似,但乙二醇还原法制备的催化剂总表面积和团聚体尺度更大,数量也更多。     

拉曼光谱研究苯-重水间氢同位素分馏效应

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。与高温高压条件下水抑制正烷烃、环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同,苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。通过逐步升高体系温度、增大苯和重水的接触面积、300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡,测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性,同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。     

石墨烯基PtCu二元金属催化剂对甲醇吸附性能的理论研究

直接甲醇燃料电池作为最有潜力的能源越来越受到人们的关注。本文主要采用密度泛函理论（DFT),对石墨烯基PtCu催化剂吸附甲醇的结构进行了理论研究。通过分析甲醇吸附前后前线分子轨道、电荷和吸附能的变化,发现PtCu二元金属催化剂与甲醇相互作用中,甲醇容易吸附于Pt位点上。对于PtCu二元金属的Cu位点的吸附能力与纯Cu相比变化不大,但是PtCu二元金属的Pt位点相对于纯Pt催化剂对甲醇的吸附能力却有明显的提高。因此Cu的掺杂对于提高Pt位点的活性起到促进作用     

Pt/TiO2催化剂的载体结构对甲醇催化氧化性能的影响

二氧化钛载体包括二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)和二氧化钛纳米线阵列(TNWAs)两种,载体的结构不同对催化性能有一定的影响。然而,Pt负载在TNTAs和TNWAs催化性能的比较鲜有报道。本文通过微波法制备了Pt/TNTAs和Pt/TNWAs两种催化剂,结果表明,Pt/TNTAs催化甲醇氧化效果要优于Pt/TNWAs。相较于Pt/TNWAs, Pt/TNTAs的优越催化性能可能与纳米管的限域效应有关。可见,载体的结构对催化剂的性能有很大的影响。     

CO探针原位红外光谱研究Pt/Sn双金属重整催化剂

催化重整是生产芳烃原料和高辛烷值清洁汽油调和组分的重要工艺。以目前应用广泛的铂锡工业重整催化剂金属含量为参比,用工业剂制备方法合成了Pt含量为0.6%的一系列铂锡重整催化剂,建立CO探针原位红外的表征方法,并对其进行系统表征,首次获得了1%以下低含量助剂Sn的CO探针红外谱图。研究结果表明,系列剂的金属Pt的CO吸附特征峰主要以线式吸附状态存在。0.6%纯Pt剂上1 826 cm-1处CO桥式吸附特征峰,因添加助剂Sn后,强度下降,而CO线式吸附特征峰的强度则增加,说明Sn的加入使得Pt的分散度增加。变温CO探针吸附原位红外研究表明,对负载质量分数0.3%的纯Sn催化剂,当脱附温度升高至120 ℃时,吸附在Sn上的CO特征峰会完全消失。对负载质量分数0.6%的纯Pt催化剂,当脱附温度升高至300℃时,吸附在Pt中心上的CO特征峰会完全消失。当Pt-Sn双金属负载质量分数Pt为0.6%、Sn为0.3%时,CO的脱附温度明显提高达350 ℃。与纯Pt剂相比,随着Sn助剂的加入,使得CO的脱附温度稍有提升,Pt-Sn催化剂Pt的CO特征峰向高波数方向移动,说明Sn的加入一定程度上减弱了活性金属Pt中心上的电荷密度。因而,CO探针原位红外是表征低金属铂锡工业重整催化剂的有效手段,为阐明多金属重整催化剂的助剂作用和研究反应机理提供重要信息。     

质谱法精密测定重水中的氢同位素丰度

介绍了用高分辨气体质谱计精密测定重水中氢同位素丰度的分析方法．实验自制了一套重水分解系统,以金属铀作还原剂,在一定的温度下还原重水为氘气．采用低温活性碳作为吸收剂,将样品分解、制备成气体试样,用高分辨气体质谱计测定重水中氢同位素丰度．该方法测定高浓度（〉99％）重水的氘丰度,测量结果的相对标准偏差不大于0．02％。     

氢同位素交换催化剂制备及性能

聚变反应堆或聚变裂变混合堆氚工厂中,氘氚燃料回收和含氚废水、废气处理过程中,涉及液态水、汽态水和甲烷与氢气间的同位素交换反应,催化剂是实现这些反应的关键。     

氚废气处理用疏水催化剂的发展

氚作为氢的放射性同位素之一,具有与氢气相同的化学活性和反应性,极易以气态、液态或固态等多种形式扩散到环境中,通过吸入、食入和渗透等不同途径进入人体,从而导致人健康水平下降、各种疾病发生和周边环境质量下降等等。由于氚自身的物理和化学特性,在氚的生产和操作中将产生大量含氚废气,当这些含氚废气的量达到相关排放限值后,就必须进行净化处理。