高性能纳米碳材料改性Cu/ZnO/Al2O3甲醇水蒸汽重整制氢催化剂

由铜基催化剂催化甲醇水蒸汽重整制氢是有效解决车载燃料电池等制氢需求的潜在途径．但传统铜基催化剂对该反应的低温催化活性及制氢选择性均不理想．近年来碳纳米管及活性碳纤维等因具有独特的纳米孔结构、高比表面积和优异的吸附性能作为潜在的新型催化材料而备受关注．     

超高稳定性的等级孔碳负载高分散铜基选择性加氢催化剂

负载型Pd,Pt,Au等贵金属催化剂由于具有较高活性而被广泛应用于选择性加氢催化领域,但资源稀缺、价格昂贵等问题严重制约了其在催化领域的长远发展.目前大量研究结果表明,非贵金属催化剂也具有较高的选择性催化加氢能力,在已被报道的非贵金属加氢催化剂中,铜基催化剂由于在选择性加氢反应中表现出较高加氢选择性和活性引起了人们的广泛关注.然而,早期研究的负载型铜基催化剂普遍存在催化稳定性较低的问题,所以提高铜基催化剂的使用寿命成为了问题关键.本文以铜基有机金属框架HKUST-1作为合成目标催化剂的前驱体,首先探究了水热合成条件对HKUST-1合成结构完整性及结晶度的影响,再通过精确调控HKUST-1的原位碳化过程,利用金属有机框架高温分解自还原行为,成功制备出了等级孔碳负载的高分散铜基催化剂,并将所制备的催化剂应用于1,3-丁二烯选择性加氢反应中.扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸脱附、傅里叶红外吸收光谱、X射线光电子能谱等技术用来表征了碳化前后催化剂载体结构的变化,铜粒子尺寸、价态及其在载体中分布的变化.文中也深入探究了以上因素对催化剂选择性催化加氢性能的影响.研究表明:120℃水热合成18 h能获得尺寸在15μm左右,结晶度高且形貌规整的HKUST-1前驱体.随后通过合理地控制金属有机框架分解过程,可实现对碳载体的等级孔结构和活性铜纳米粒子的分散程度的精确调控,获得高效等级孔载体结构和高分散铜位点的催化剂.不仅如此,通过一步碳化自还原HKUST-1制备的等级孔碳负载Cu的催化性能表现出对碳化温度高度的关联性.其催化活性随碳化处理温度的升高呈现先增强后减弱的趋势,但所有获得的催化剂对单烯烃都具有很高的选择性(>98%).特别地,本文发现在600℃碳化合成的催化剂在低温75℃反应可实现对1,3-丁二烯的100%转化,对丁烯的选择性为100%.同时,该催化剂在恒温75℃下持续反应120 h以上,其对丁二烯转化率和对丁烯选择性依然保持100%,表现出了超高的催化稳定性和潜在的商用价值.本文展示了通过简单地调控金属有机骨架的碳化过程是获得具有优异选择性催化加氢性能的铜基催化剂的有效途径.     

超高稳定性的等级孔碳负载高分散铜基选择性加氢催化剂（英文）

负载型Pd, Pt, Au等贵金属催化剂由于具有较高活性而被广泛应用于选择性加氢催化领域,但资源稀缺、价格昂贵等问题严重制约了其在催化领域的长远发展.目前大量研究结果表明,非贵金属催化剂也具有较高的选择性催化加氢能力,在已被报道的非贵金属加氢催化剂中,铜基催化剂由于在选择性加氢反应中表现出较高加氢选择性和活性引起了人们的广泛关注.然而,早期研究的负载型铜基催化剂普遍存在催化稳定性较低的问题,所以提高铜基催化剂的使用寿命成为了问题关键.本文以铜基有机金属框架HKUST-1作为合成目标催化剂的前驱体,首先探究了水热合成条件对HKUST-1合成结构完整性及结晶度的影响,再通过精确调控HKUST-1的原位碳化过程,利用金属有机框架高温分解自还原行为,成功制备出了等级孔碳负载的高分散铜基催化剂,并将所制备的催化剂应用于1,3-丁二烯选择性加氢反应中.扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸脱附、傅里叶红外吸收光谱、X射线光电子能谱等技术用来表征了碳化前后催化剂载体结构的变化,铜粒子尺寸、价态及其在载体中分布的变化.文中也深入探究了以上因素对催化剂选择性催化加氢性能的影响.研究表明:120°C水热合成18 h能获得尺寸在15μm左右,结晶度高且形貌规整的HKUST-1前驱体.随后通过合理地控制金属有机框架分解过程,可实现对碳载体的等级孔结构和活性铜纳米粒子的分散程度的精确调控,获得高效等级孔载体结构和高分散铜位点的催化剂.不仅如此,通过一步碳化自还原HKUST-1制备的等级孔碳负载Cu的催化性能表现出对碳化温度高度的关联性.其催化活性随碳化处理温度的升高呈现先增强后减弱的趋势,但所有获得的催化剂对单烯烃都具有很高的选择性(98%).特别地,本文发现在600°C碳化合成的催化剂在低温75°C反应可实现对1,3-丁二烯的100%转化,对丁烯的选择性为100%.同时,该催化剂在恒温75°C下持续反应120 h以上,其对丁二烯转化率和对丁烯选择性依然保持100%,表现出了超高的催化稳定性和潜在的商用价值.本文展示了通过简单地调控金属有机骨架的碳化过程是获得具有优异选择性催化加氢性能的铜基催化剂的有效途径.     

NH3选择性催化还原NOx的铜基小孔分子筛耐硫性能及再生研究

铜基小孔分子筛催化剂因其具有优异的氨气选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)活性、水热稳定性、氮气选择性和较宽的温度窗口等特点，成为当前国六标准柴油车的首选催化剂。但是，柴油车尾气中的硫氧化物对铜基小孔分子筛催化剂的催化活性影响很大，甚至导致催化剂发生不可逆失活。本文以铜基小孔分子筛催化剂的硫中毒机理为主线，简要介绍了铜基小孔分子筛催化剂的结构及活性位点研究现状，进一步对催化剂耐硫性能的改进及硫中毒催化剂再生机理的研究进展进行综述。基于铜基小孔分子筛催化剂硫中毒机理研究开展耐硫性能改进及再生工艺研究，以及多种中毒因子的协同影响及失活机制研究是未来铜基小孔分子筛实际应用于柴油车尾气氮氧化物超低排放的重要研究方向。     

负载型铜基催化剂组分间相互作用及其催化性能

负载型铜基催化剂因其良好的催化性能和相对低廉的价格在诸多重要工业催化反应中得到广泛的应用.探讨负载型铜基催化剂中组分间的相互作用,有助于了解相关催化作用的本质,为现有催化剂的改进和新催化剂的设计提供科学依据.本文综述了近年来我们就CuO在不同载体上的分散、铜物种和载体的改性及其物理化学性质以及催化CO完全氧化、CO+NO和NH₃+NO+O₂反应性能等方面的研究进展.结果表明,CuO在多种氧化物载体表面的分散和所得负载型铜基催化剂的一些物理化学性质可参考“嵌入模型”得到解释,本文主要讨论了以CeO₂,Ce_xZr_1-xO₂和Mo₃-CeO₂为载体的一些铜基催化剂的组成-结构-性质间的关系.     

铜基非贵金属异相催化剂在环境修复中的应用（英文）

近年来,全球经济和工业高速发展带来的环境问题,不仅严重影响着经济社会的可持续发展,更极大地危害着人类健康.石油化工、医药生产和交通运输等过程产生的气、液、固相污染物可直接或间接造成臭氧层空洞、光化学烟雾及水体污染等重大环境问题.气相污染物中,CO和可挥发性有机物(VOCs)不仅具有生物毒性,更是形成光化学烟雾等大气污染的主要前驱体.NO_x和SO2会造成酸雨的形成,极大地破坏生态系统.工业废水中难分解的有机污染物可对环境造成持续性破坏.而不完全燃烧产生的碳烟颗粒物不仅影响气候和大气环境,同时可导致心血管疾病高发,危害人体健康.源头控制是环境污染治理的关键,而催化净化是当前污染物源头控制最有效的技术之一.因此,设计和开发稳定、高效的环境修复催化剂是科学家们面临的一个关键问题.传统贵金属(Pt,Rh,Pd)催化剂虽然催化活性高,但是存在价格昂贵且易中毒等不足.而过渡金属及其氧化物因具有高活性、价格低廉和高储量等特点有望成为贵金属的替代催化剂.铜是具有3d轨道的过渡金属,有活泼的物理化学性质,是工业中大量应用的有色金属.铜基氧化物因高氧化还原电势和低环境危害被广泛应用于热催化、电催化和光催化.基于文献报道,铜基催化剂主要分为三类:铜氧化物(CuO_x),负载型铜氧化物(CuO_x/support)和固溶体铜氧化物(CuO_x-X).本篇综述首先探讨了铜氧化物的价态、晶体结构、形貌、暴露晶面以及载体与催化剂活性之间的内在联系,阐明铜基催化剂结构与性能的构效关系及高效催化剂的设计原则;继而全面总结了近年来不同类型的铜基材料在催化净化环境污染物中的应用,主要介绍了以下5类反应:CO的催化氧化,NO_x的选择性催化还原(SCR),VOCs的完全燃烧,废水中有机污染物降解,以及碳烟颗粒物催化燃烧.我们深入阐述铜氧化物的催化活性位点和催化机制;分析负载型铜基催化剂的比表面积、分散度、协同作用和界面作用对催化剂的活性和稳定性的影响;阐明固溶体催化剂的独特原子组成设计与性能关系,为高效催化剂设计提供思路.此外,本综述对铜基催化剂在环境催化中的研究现状以及尚未解决的问题进行了剖析与展望.通过铜氧化物表面调控,复合催化剂的界面调控,具有更高稳定性和抗中毒性的高效催化剂有望开发成功,而团簇及单原子铜催化剂也有望在此领域有所突破.     

苯胺与碳酸二甲酯反应合成苯氨基甲酸甲酯

 在系统研究PbO催化剂对苯胺与碳酸二甲酯反应合成苯氨基甲酸甲酯（MPC）的催化性能的基础上，考察了不同载体负载的PbO的催化性能，筛选出活性较高的SiO2载体．以SiO2为载体，考察了不同活性组分对MPC合成的催化性能，优选出了具有较高催化活性的In2O3／SiO2催化剂．在该催化剂的催化下，苯胺转化率可达75．98％，MPC选择性为78．24％．     

温和条件下金属双氮杂环卡宾配合物催化CO2直接转化为炔酸的高效均相羧化反应

近年来,催化CO2合成精细化学品的研究备受关注。本研究在温和条件下利用金属双氮杂环卡宾催化剂实现CO2与末端炔烃的直接羧化反应,并提出合理的催化机理。首先,合成制备了铜基、银基两种金属双氮杂环卡宾催化剂,实验证明银双氮杂环卡宾配合物具有较好催化活性。通过改变环境条件和底物种类,对反应条件及催化剂底物适应性进行了探究,利用核磁共振谱仪表征产物分子结构并计算直接羧化反应的催化产率。结果表明,适宜催化条件为:1.2eq Cs2CO3作为添加剂、1大气压、室温、无水溶剂和1(mmol)%催化剂用量。银基金属催化剂活性较铜基催化剂高并具有广泛的底物适应性,对苯乙炔的催化产率高达93%;对乙炔气体同样具有良好的催化活性。此类催化剂具有优良的催化活性,能催化合成丙炔酸等重要医药中间体,在工业应用上具有极大潜力和广阔前景。     

溶胶凝胶法制氧化铝负载铜基超细粒子催化剂的研究

采用溶胶凝胶法制氧化铝负载铜基超细粒子催化剂的制备了氧化铝负载的铜基超细粒子催化剂，用ＴＧ－ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＢＥＴ以及ＴＥＭ等技术手段，对催化剂的物相结构，表面孔结构，粒子形貌以及催化性能等进行了研究。结果表明，利用溶胶凝胶法，可以直接帛备出高比表面积，低堆积密度的纤维状纳米级负载型Ｃｕ／Ａｌ２Ｏ３超细粒子；活性组分以远低于纳米级的微晶粒子簇状态，均匀地分散在纳米级氧化铝载体表面上，而且在低于５０     

Cu/SiO2表面性质对甲醇脱氢反应性能的影响

甲醇催化脱氢是将甲醇转化为其它有机化学品的一条有效途径,该反应的产物依反应条件以及催化剂不同有可能是无水甲醛、甲酸甲酯或CO’‘－”．很多研究结果表明铜基催化剂对甲醇脱氢反应表现出较好的催化性能’‘－”,但催化剂的表面结构对其反应性能的影响以及反应过程中由于催化剂结构变化引起的活性和选择性的变化规律还缺乏深入研究．本文以Cll／Sic。为研究对象,考察了制备方法对催化剂甲醇脱氧反应性能的影响．1实验部分1．1催化剂制备负载型催化剂以微球型Sic。作为载体（BET比表面积3635mZ·g－‘）,分别以钢氨溶液和硝酸铜…     

Ni／ZrO2-Al2O3制备表征及催化性能的研究

本文采用浸渍沉淀法制备了不同配比的ZrO2-Al2O3复合载体。并通过浸渍法制备Ni/ZrO2-Al2O3催化剂,以苯加氢制环己烷反应为探针,考察了ZrO2与Al2O3的配比对Ni催化剂催化加氢性能的影响;采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)等技术考察复合载体对Ni催化剂的体相结构、还原性能以及表面吸附性能的影响。研究结果表明,ZrO2质量分数为20%的复合载体所负载的Ni催化剂有很好的加氢活性,优于单组分载体负载的Ni催化剂;采用浸渍沉淀法制备的ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2以非晶态形式存在,这是由于Al2O3的存在影响了ZrO2的内部结构;该载体负载的Ni催化剂较其他催化剂更容易被还原,吸附中心数量增加。     

CO在担载Ru催化剂上的吸脱附作用及其表面加氢反应

研究了担载于Al_2O_3和ZrO_2上的以Ru_3(CO)_(12)为前体的[Ru]和以RuCl_3为前体的Ru催化剂的TPR特性、CO吸脱附行为及其表面加H_2反应。担载于Al_2O_3上的[Ru]和Ru催化剂上部分物相较担载于ZrO_2上者难于还原。CO在氧化[Ru]催化剂上主要以Ru(CO)yO_2表面络合物形式存在,在还原[Ru]和Ru、以及氧化Ru催化剂上CO以吸附物种形式存在。在Ru离子上的CO比在Ru原子上者难于脱附。以ZrO_2为载体的[Ru]和Ru催化剂上的CO加H_2生成CH_4的性能显著优于以Al_2O_3为载体者,担载[Ru]催化剂上的CO加H_2性能略优于担载Ru催化剂。     

CuO／CeO2和CuO／Al2O3催化剂的催化性能

本文以ＣＯ氧化为模式反应考察了ＣｅＯ２和Ａｌ２Ｏ３负载氧化铜催化剂的氧化活性，运用ＸＲＤ和ＴＰＲ技术研究了催化剂的还原性能和物相结构，结果表明：载体性质对负载ＣｕＯ催化剂的ＣＯ氧化活性有很大影响，ＣｕＯ／ＣｅＯ２催化剂活性明显高于ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂．催化剂的还原特性随载体不同而不同．同时发现，热处理对催化剂铜物种的存在形式，晶粒大小、还原特性及其催化活性有明显影响，ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂活性下降的主要因素是生成了活性较低的ＣｕＡｌ２Ｏ４相，而ＣｕＯ／ＣｅＯ２催化剂活性下降是由于ＣｕＯ和ＣｅＯ２发生烧结，晶粒变大     

焙烧温度对CuO/Fe2O3/ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用XRD、TPR和EXAFS等手段，考察了焙烧温度对CuO/Fe2O3/ZrO2物化性能和甲醇水蒸气重整制氢活性及其选择性的影响。结果表明，催化剂中氧化铜的晶粒随着焙烧温度的提高而增大，铜的配位环境发生变化。在焙烧温度623K－723K范围内，对甲醇水蒸气重整反应的甲醇转化率和氢选择性影响较小，其结构参数变化值较小。当焙烧温度提高到923K时，催化剂的活性因ZrO2晶化和铜组分的聚焦而显著降低。结果铁的加入使ZrO2的相变温度向后推移，并且有效地阻止了CuO颗粒的聚集。     

CO Selective Oxidation in Hydrogen-Rich Gas over Copper-Series Catalysts

The performances of CO selective oxidation in hydrogen-rich gas over four catalytic systems of CuO/ZrO2, CuO/MnO2, CuO/CoO and CuO/CeO2 were compared. The reducibility of these catalysts and the effect of CuO and CeO2 molar ratio of CuO/CeO2 catalysts on the activity of selective CO oxidation are investigated by XRD and TPR methods. The results show that the catalysts with the exception of CuO/ZrO2 have the interactions between CuO and CoO, CeO2 or MnO2, which result in a decrease in the reduction temperature. Among the catalysts studied, CuO/ZrO2 catalyst shows the lowest catalytic activity while CuO/CeO2 catalyst exhibits the best catalytic performance. The CuO(10%)/CeO2 catalyst attains the highest CO conversion and selectivity at 140 and 160℃. The addition of 9% H2O in the reactant feed decreases the activity of CuO/CeO2 catalyst but increases its CO selectivity.     

Characterization and catalytic functionalities of copper oxide catalysts supported on zirconia

A series of zirconia supported copper oxide catalysts with varying copper loadings (1.2-19.1 wt %) were prepared by impregnation method. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, UV-visible diffuse reflectance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), temperature-programmed reduction (TPR), and temperature-programmed desorption of CO2. Copper dispersion and metal area were determined by N2O decomposition method. X-ray diffraction patterns indicate the presence of crystalline CuO phase beyond 2.7 wt % of Cu on zirconia. UV-visible diffuse reflectance spectra suggest the presence of two types of copper species on the ZrO2 support. XPS peaks intensity ratio of Cu 2p3/2 and Zr 3d5/2 was compared with Cu dispersion calculated from N2O decomposition. TPR patterns reveal the presence of highly dispersed copper oxide at lower temperatures and bulk CuO at higher temperatures. The basicity of the catalysts was found to increase with Cu loading, and the activity of the catalysts was also found to increase with the increase in Cu loading up to 2.7 wt % Cu loading. The catalytic properties were evaluated for the dehydrogenation of cyclohexanol to cyclohexanone and were related to surface properties of the copper species supported on zirconia.     

以ZrO_2-Al_2O_3为载体Co-Mo-K耐硫变换催化剂的TPR研究

利用程序升温还原 (TPR)技术 ,研究了ZrO2 对Co/Al2 O3、Mo/Al2 O3、Mo -K/Al2 O3以及Co -Mo -K耐硫变换催化剂氧化还原性能的影响。结果表明 ,ZrO2 的引入 ,使活性组分在载体表面分散的更好 ,促进了Mo -K活性相的形成 ,使Co和Mo的还原变得容易 ,并起到抑制催化剂在反应中被重新氧化的作用。     

CuO-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的TPR特性及氧化活性研究

采用程序升温还原技术(TPR)研究CuO-Ag2O/γ-Al2O3双组分及其单组分催化剂的还原特性以及热处理温度对其还原性能的影响。发现不同负载量的Cuo-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的还原特性有明显差异, 反映出催化剂表面存在着不同种类的铜物种。Ag2O的存在, 使催化剂的TPR峰位与单组分CuO/γ-Al2O3的TPR曲线产生明显差异, 还原峰发生位移, 随Ag2O添加量的增加, 位移增大。对苯的完全氧化反应结果表明, 催化剂的氧化活性次序为:CuO-Ag2O/γ-Al2O3>CuO/γ-Al2O3>Ag2O/γ-Al2O3。热处理温度升高, 使催化剂表面铜物种分散状态及其还原性能发生变化。从500~900℃, 存在一个使铜物种达到最佳分散态的温度。讨论了负载于γ-Al2O3载体上的CuO-Ag2O双组分及其单组分催化剂在还原过程中金属与载体, 金属与金属间的相互作用以及热处理温度对其还原性能的影响。     

Catalytic Combustion of Methane over MnOx／ZrO2-Al2O3 Catalysts

MnOx/Al2O3 and MnOx/ZrO2-Al2O3 catalysts were prepared by incipient wetness impregnation of Mn(CH3COO)2 on the corresponding supports, followed by the characterization using X-ray diffraction (XRD). temperature programmed reduction (TPR) and BET surface area techniques. The result shows the BET surface area of ZrO2-Al2O3 is lower than that of Al2O3 due to the loading of ZrO2.However tile resulted MnOx/ZrO2-Al2O3 catalyst exhibits higher activity for methane combustion than MnOx/Al2O3, because the addition of ZrO2 onto Al2O3 is beneficial for the dispersion of Mn species and the improvement of the lattice oxygen activity in MnOx. subsequently the activation of methane during combustion. The optimum loading of Zr in MnOx/ZrO2-Al2O3 is in the range of 5%-10% correlated with the calcination temperatures of catalyst supports.     

费-托合成Co/ZrO2-Al2O3催化剂反应性能的研究

以ZrOCl2·6H2O和AlCl3为原料，采用共沉淀方法制得一系列不同ZrO2质量分数的ZrO2-Al2O3混合氧化物载体；并以该混合氧化物为载体，采用初湿浸渍法制得钴质量分数为12％的Co/ZrO2-Al2O3催化剂。XRD、NH3-TPD、TPR和原位IR等表征结果表明，随着混合载体中ZrO2质量分数的增加，载体比表面积先增加后减少，混合载体的平均孔径则小于单一氧化物ZrO2和Al2O3的平均孔径。ZrO2和Al2O3载体混合后会导致氧化物的比表面积和酸性增大并且有新的物相生成。当混合氧化物用作载体时，能够抑制载体表面金属钴的分散，改变催化剂的还原行为，降低催化剂对CO物种的吸附能力。CO加氢反应表明，与单一金属氧化物相比，钴负载ZrO2-Al2O3混合氧化物催化剂的加氢活性和重质烃选择性有所降低。