MOFs衍生炭负载的钴基催化剂的廉价制备及其CO加氢催化性能

以对苯二甲酸（H₂BDC）为配体、乙酸钴为Co源、水作溶剂,通过共沉淀法合成了金属有机框架材料（Co-BDC MOFs）;以其为前驱体分别在乙炔和氩气氛下采用化学气相沉积法制备了核壳结构Co@C催化剂。结合XRD、氮吸附、SEM、TEM、XPS、TGA和Raman光谱等手段对Co@C催化剂的结构和组成进行了表征,考察了该催化剂在费托合成反应中的活性及稳定性。结果表明,炭化气氛对炭层结构的石墨化程度有较大影响,而对金属Co核的物相结构和粒径影响较小;乙炔气氛有助于形成多孔的石墨炭壳,从而促进烃链的生长,Co@C-C₂H₂催化剂上的C₅₊烃产物选择性高达82.66%,反应过程中催化剂物相由单相金属Co转变为金属Co与Co₂C的混合相,且无失活现象发生,表明Co₂C具有较高的费托反应催化活性。     

单相Co_2C的制备及其费-托合成催化性能研究

采用CO与金属钴在温度280℃,压力2 MPa的条件下反应48 h后制备得到单相Co_2C催化剂。通过XRD、H2-TPR、TEM和XAS对催化剂的结构和组成进行表征并考察了单相Co_2C催化剂在费-托合成反应中的稳定性与催化性能。结果表明,随着费-托合成反应的进行,Co_2C催化剂的活性缓慢上升,同时伴随着产物中甲烷的选择性逐渐降低,C5+的选择性逐渐升高。对比反应前后催化剂发现,反应后的催化剂为Co_2C和少量金属Co的混合相,表明在费-托合成反应条件下,单相Co_2C会发生部分分解,生成的金属Co会导致CO的转化率和产物的选择性发生变化。     

氮掺杂石墨化炭包覆的铁基催化剂的制备及其费托合成反应性能（英文）

由合成气经费托合成(FTS)直接制取液态燃油如汽油(C_5-C_(11))或柴油(C_(10)-C_(20)),对缓解全球能源危机具有重要意义.但是,费托合成产物大多服从Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布,C_5-C_(11)烃类选择性最大为45%.因此,高选择性地合成C_5-C_(11)烃仍具有挑战性.铁基催化剂价格低廉且能够在较宽温度区间内保持高活性,其中χ-Fe_5C_2纳米粒子催化剂表现出高活性及高C_5-C_(11)选择性.理论计算表明,Fe_5C_2中高米勒指数晶面如(510)晶面更易暴露,且C-C偶联反应更易发生在该晶面上.但纯相Fe_5C_2的制备流程复杂,操作条件苛刻,成本较高.此外,在反应过程中,因高温、高压及氧化性产物(如H_2O或CO_2等)的影响,Fe_5C_2易发生相转变,导致多物相共存.因此,制备在反应过程中能够保持高Fe_5C_2含量的催化剂意义重大.石墨化炭材料如石墨烯、碳纳米管等,因其具有大π电子结构和高电子密度,作为载体能够促进铁粒子的还原;氮掺杂石墨化炭能够进一步改善电子结构,增强载体与铁物种间的电子传导,进而促进氧化铁粒子的还原及后续碳化形成Fe_5C_2.大量研究表明,包覆结构具有独特的限域效应,能够促进碳化铁物相的生成和稳定存在.结合氮掺杂石墨化炭的电子效应和包覆结构的限域效应,有望得到高含量Fe_5C_2催化剂,实现高C_5-C_(11)选择性.因此,本文通过谷氨酸与Fe物种的配位作用,合成Fe高度分散的配合物,并热解得到氮掺杂石墨化炭包覆铁基催化剂(FeC-x,x为热解温度(℃)),通过改变热解温度调变炭层结构,并考察了其对催化剂费托性能的影响.在不同热解温度下制备的催化剂的费托合成反应结果表明,FeC-800催化活性高达239.4μmolCO gFe~(-1) s~(-1),分别是FeC-700的2倍和FeC-900的20倍.而且,FeC-800的C_5-C_(11)烃类选择性为49%,高于大多数报道的Fe/C催化剂.FeC-900则表现出较低的C_5-C_(11)烃类选择性.TG表征发现,热解温度升高,炭层石墨化过程中有损失,导致实际铁负载量增高.XRD和Raman结果表明,炭层石墨化程度随热解温度升高而增加.N_2吸附-脱附等温线表明催化剂存在介孔,有利于反应物及产物的扩散.TEM观察到铁纳米粒子被包覆在石墨化炭结构中.XPS测试结果显示,催化剂表面可探测到的元素为C,O,N和Fe.其中表面Fe的含量远低于实际负载量,说明铁纳米粒子大多存在于包覆炭层之内.通过对比反应60 h前后样品的TEM结果发现,催化剂铁纳米粒子尺寸无明显增加,说明炭层对铁纳米粒子具有限域作用.炭层的包覆可能对产物选择性造成影响:一方面,炭层能够抑制烯烃的扩散,促进二次反应,从而促进长链烃的生成;另一方面,炭层的空间效应也会抑制更长链烃(如C_(12+))的生成.因此,FeC-800表现出高C_5-C_(11)选择性.通过N 1s谱图可以发现,石墨化氮、吡啶氮及吡咯氮是主要的表面氮物种,说明N被成功掺杂进石墨化炭结构中.且随热解温度增加,石墨化氮含量增加.通过H_2-TPR及还原后XRD结果发现,FeC-700与FeC-800具有较低的还原温度,易被H_2还原为单质Fe,这有利于在反应过程中转变为活性相Fe_5C_2.CO-TPD结果显示,CO吸附强度随样品热解温度升高而显著增加.热解温度的提高促进了炭层的石墨化度,强化了炭层与Fe之间的电子转移,进而增强了Fe与CO间的相互作用,促进了H_2还原后生成的单质Fe碳化为Fe_5C_2,并且Fe_5C_2在反应过程中不易被氧化.高含量的Fe_5C_2和适宜的CO吸附强度使FeC-800催化剂表现出高催化活性及高C_5-C_(11)选择性.     

葡萄糖和Pd对钴基费托合成催化剂结构和性能的影响

采用等体积浸渍法制备SiO_2负载的钴基催化剂,利用N_2低温吸附、XRD、SEM和H_2-TPR等方法表征了在浸渍操作中添加葡萄糖和助剂Pd对催化剂结构和性质的影响,并在固定床反应器中评价了催化剂的费托合成反应性能。葡萄糖和Pd能够改变Co_3O_4晶粒形状,添加葡萄糖提高了Co_3O_4的分散程度,助剂Pd促进了Co_3O_4还原。两者的联合使用则同时提高了钴物种分散度和还原度,从而改善了催化剂的费托合成反应活性和C_(5+)烃选择性。     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

钴锰比对CoMnNa催化剂费-托合成催化性能的影响

利用热分解法制备了一系列钴锰比例不同、粒径均一的CoMn纳米晶,基于此结构明确的催化材料,考察了钴锰比例对催化剂的费-托合成活性与产物选择性的影响.研究结果表明,随着Mn含量的增加,催化剂还原性降低,随着钴锰比例由1∶1增加到5∶1,费-托合成产物的α值(链增长概率)由0.39增加到了0.59.低碳烯烃选择性由66.5%降低到了51%.反应后的催化剂的X射线衍射表征结果以及原位漫反射红外光谱表征结果表明,反应过程中可能同时存在Co_2C与金属Co活性相.钴锰比例影响产物选择性的原因可能是Mn含量影响了反应过程中Co_2C与Co活性相的比例.     

高导热SiO_2@Al载体的制备及其在费托合成中的应用

通过在弱碱性条件下水解正硅酸乙酯(TEOS),以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂成功制备了SiO_2@Al核壳结构高导热载体,并采用过量浸渍法负载15%(质量分数)钴物种,进行了费托合成反应性能考察。结果表明,制备得到的核壳结构载体既保留了高金属铝含量,又具有高比表面积壳层,孔径较为均一,为2.6-2.8 nm。通过改变正硅酸乙酯的添加量可以调节载体中二氧化硅的含量,进而控制壳层厚度。随着二氧化硅壳层厚度的增加,载体的比表面积逐渐增大,催化剂还原度降低。二氧化硅壳层增强了金属钴的分散,避免金属钴在铝颗粒上的团聚失活。在相近转化率条件下,壳层厚度较薄的15Co/5-SiO_2@Al催化剂显示出最好的费托反应性能,这主要归因于较薄的二氧化硅壳层和金属钴颗粒之间具有适中的金属-载体相互作用,在起到锚定分散钴物种作用的同时提高了钴物种的还原度。     

核壳结构Cu@CoW的合成和对硼氨配合物水解的催化性能

分别以硼氨配合物和硼氢化钠为还原剂合成了核壳结构的Cu@CoW三元合金催化剂和非核壳结构的CuCoW三元合金催化剂,25℃下,Cu0.4@Co0.5W0.1三元合金催化剂对于硼氨配合物水解反应的TOF(转换频率)值达到0.369 0 molH2·molcat-1·s-1,明显高于非核壳结构的Cu0.4Co0.5W0.1催化剂,接近Pt、Pd等贵金属的催化活性,反应的活化能为49 kJ·mol-1。与非核壳结构的CuCoW合金相比,核壳结构的Cu@CoW三元合金催化剂的催化性能及稳定性均有明显提高。     

费托合成:SiO_2和Al_2O_3负载的Co_2C催化剂的表征和评价

采用CO碳化SiO2和Al3O4负载的Co(NO3)2的方法制备了SiO2和Al3O4负载的Co2C催化剂,采用N2物理吸附、X射线衍射和H2-程序升温还原技术对催化剂进行了表征,并用于催化费托合成反应中.结果显示,需要较长碳化时间才可合成负载的Co2C催化剂;所制催化剂表现出CO加氢生成高碳醇的催化性能,其原因可能在于催化剂表面存在的金属Co物种使CO解离,表面Co物种有利于CO插入,从而导致醇的生成,但体相Co2C则不具有催化活性.     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

原位X射线衍射法研究合成低碳醇的Cu-Co-Al催化体系的活性物相

提供了一个原位X射线衍射池,可在250—260℃,50—60 atm下操作,并能保持在原气氛直接进行测试。采用该池研究了CO+H_2合成C_1-C_4醇的Cu-Co-Al催化剂体系。实验表明:共沉淀后的催化剂,经分解得到的氧化态物相为CuO和Co_3O_4。在催化剂还原过程中,由于Cu和Co的互溶和相互扩散,形成了CO-Cu固溶体。在反应条件下进一步证明,只有经共沉淀制备的催化剂,才能生成Co-Cu固溶体,也只有在Co-Cu固溶体作用下才能生成C_1-C_4等醇类。对不同还原和反应阶段的催化剂的催化产物进行分析的结果表明:随着固溶体物相的不断生成,低碳醇的量也相应增加。证明Co-Cu固溶体是催化剂在反应状态下生成低碳醇的活性物相。     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

核壳结构催化剂Cr-Zn@SiO_2@SAPO-34催化合成气直接转化制低碳烃的性能（英文）

合成气直接转化高选择性制烃类产物仍是巨大的挑战.本文合成了以Cr-Zn氧化物为核,Si O2为中间过渡层,再通过原位水热合成覆盖一层SAPO-34分子筛为壳的核壳结构催化剂.合成气转化反应结果显示,与纯Cr-Zn金属氧化物相比,核壳结构催化剂将产物分布由甲醇和甲烷移动至C2–C4烃(所有烃类产物中占66.9%).这表明核壳结构催化剂用于合成气一步法直接转化制液化石油气的反应具有可行性,但是催化剂结构和组成有待于进一步优化,以提高其催化反应性能.     

核壳结构催化剂Cr-Zn@SiO2@SAPO-34催化合成气直接转化制低碳烃的性能

合成气直接转化高选择性制烃类产物仍是巨大的挑战.本文合成了以Cr-Zn氧化物为核, SiO2为中间过渡层,再通过原位水热合成覆盖一层SAPO-34分子筛为壳的核壳结构催化剂.合成气转化反应结果显示,与纯Cr-Zn金属氧化物相比,核壳结构催化剂将产物分布由甲醇和甲烷移动至C2–C4烃(所有烃类产物中占66.9%).这表明核壳结构催化剂用于合成气一步法直接转化制液化石油气的反应具有可行性,但是催化剂结构和组成有待于进一步优化,以提高其催化反应性能.     

RhCo双金属催化剂的研究 Ⅰ.RhCo双金属催化剂的金属-金属及金属-载体相互作用

利用XPS对以金属盐共浸渍制备的PH+CO/AL_2O_3和RH_2Co_2(CO)_12为前体制备的Rh_2Co_2/Al_2O_3催化剂的金属-金属及金属-载体相互作用进行了详细的研究.发现Rh+Co/Al_2O_3经400℃ H_2还原后RH的结合能与Rh~0的结合能接近,Co基本上以CoAL_2O_4状态存在,Co_0的谱峰很弱;而Rh_2Co_2/Al_2O_3经400℃H_2还原后Rh的结合能与Rh~0接近,Co除以CoAl_2O_4状态存在外,还有相当一部分以Co~0状态存在.上述结果揭示出两个样品的RH-Al_2O_3的相互作用弱,Co-Al_2O_3的相互作用强.Rh+Co/Al_2O_3上Rh-Co相互作用弱,而Rh_2Co_2/Al_2O_3在H_2还原后仍保持RhCo簇合物的强的Rh-Co相互作用,导致显著量的Co~0存在.     

超声浸渍对费托合成Co/Zr/SiO2催化剂性能的影响

采用超声浸渍法制备了费托合成Co/Zr/SiO2催化剂,考察了超声波功率对催化剂费托反应性能的影响,并运用N2物理吸附、X射线衍射、H2程序升温脱附、H2程序升温还原和透射电子显微镜对催化剂进行了表征,结果表明,超声波处理可以增大催化剂的比表面积,减小金属Co的粒径,并使其较为均匀地分散于载体表面,其中以高功率超声波作...     

异核金属簇合成及催化作用的研究——Ⅰ.铂-钴羰基金属簇的合成及其催化醛化性能

本文报道用相转移催化作用合成异核金属簇络合物的新方法。在研究Co_2(CO)_8与Pt[P(C_6H_5)_3]_2Cl_2的反应时,除了得到异核金属簇Pt_2Co_2(μ_2-CO)_3(CO)_5[P(C_6H_5)_3]_2外,还分离出一种新的异核金属簇Pt_3Co_2(μ_2-CO)_5(CO)_4[P(C_6H_5)_3]_3和五核铂簇Pt_5(μ_2-CO)_5(CO)[P(C_6H_5)_3]_4. 考察了Pt_2Co_2(μ_2-CO)_3(CO)_5[P(C_6H_5)_3]_2对1-己烯的催化醛化活性,发现它是一种在温和条件下,有较高活性的催化剂。     

金属-有机骨架衍生催化剂在二氧化碳加氢和费托合成反应中的应用

CO₂加氢和费托合成反应是C1化学中重要的研究领域,CO₂加氢制备高附加值化学品和燃料有助于降低大气中CO₂浓度,减轻化石燃料消耗的压力;费托合成反应是以非石油资源为原料生产液体燃料和化学品的重要路径。 开发新型、高效、稳定的催化剂是CO₂加氢和费托合成反应的关键点之一。 利用金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料的特点制备的MOFs衍生催化剂在CO₂加氢和费托合成反应中具有较好的应用前景。 本文综述了CO₂加氢和费托合成反应中MOFs衍生催化剂的制备方法,以及催化剂在各反应中的催化性能,并对目前所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。     

Ru和Cu助剂对费托合成Fe基催化剂反应性能的影响

研究了Ru和Cu助剂对无K的费托(F-T)合成Fe基催化剂的织构性质、物相结构、还原和碳化行为的影响.在n(H2)/n(CO)=2.0,t=260℃,P=1.5MPa和GHSV=2000h-1的条件下,采用固定床反应器考察了Ru,Cu助剂对Fe基催化剂费托合成反应性能的影响.采用低温N2物理吸附、X射线衍射、穆斯堡尔谱...     

PW_(11)M(M=Cu、 Co)@TiO_2多相催化剂的制备及氧化脱硫性能

以过渡金属(Cu, Co)取代磷钨酸为模板剂,硫酸钛为钛源,通过一步模板法合成出一类多酸基PW_(11)M(M=Cu、 Co)@TiO_2材料,采用FT-IR、 XRD、 XPS、 Raman、 SEM和TEM表征手段对材料进行了结构表征.结果表明, PW_(11)M(M=Cu、 Co)被引入到TiO_2中,形成了球形核壳结构. N_2吸附-脱附测试表明, PW_(11)Co@TiO_2具有介孔结构:孔径大小为3.3 nm,比表面积为72.4 m~2/g.在以H_2O_2为氧化剂,乙腈为溶剂的氧化脱硫反应体系中考察了其催化活性,结果表明:复合材料PW_(11)M(M=Cu、 Co)@TiO_2表现出良好的催化性能.其中催化剂PW_(11)Co@TiO_2在投入量为40 mg,反应底物为500 ppm,反应温度60℃,反应40 min后, DBT的脱硫率达到99.7%.中断和循环实验表明,催化剂PW_(11)Co@TiO_2具有良好的稳定性,在相同的反应条件下,循环反应5次后,催化剂的催化活性没有明显下降.