水热合成Co_3O_4的制备参数调变及其催化分解N_2O性能（英文）

以十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)为模板剂,通过调变CTAB浓度水热合成了氧化钴前驱体,焙烧制得棒状形貌的Co_3O_4,在其表面浸渍K_2CO_3溶液制得K改性的Co_3O_4催化剂,用于N_2O分解。用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)和O_2程序升温脱附(O_2-TPD)等技术对催化剂进行了表征,考察了CTAB/钴及尿素/钴物质的量比等制备参数对Co_3O_4催化分解N_2O活性的影响。结果表明,CTAB浓度为0.05 mol/L、CTAB/钴离子物质的量比为1、尿素/钴离子物质的量比为4时,所制备的Co_3O_4催化剂具有较高的N_2O分解活性,而K改性可以进一步提升其催化性能。K改性的Co_3O_4在有氧有水气氛中400℃下进行N_2O分解反应,50 h后N_2O转化率仍保持在91%以上。     

不同沉淀剂对Co_3O_4催化剂结构及催化分解N_2O活性的影响

采用了不同沉淀剂(K_2CO_3、Na_2CO_3、NaOH、NaHCO_3)制备了一系列Co_3O_4氧化物催化剂.通过XRD、XPS、BET、H2-TPR、O_2-TPD表征手段,探究了催化剂物相结构和氧化还原性能对N_2O催化分解性能的影响.研究表明,以K_2CO_3为沉淀剂制备的Co_3O_4催化剂具有优越的氧化还原性能.此外,较低结晶度有助于提高催化剂的催化性能,催化剂表面物种与其沉淀剂相关:丰富的表面Co物种促进催化活性,较多氧空位有利于催化剂表面的电子传递和氧气的脱附.以K_2CO_3为沉淀剂制备的Co_3O_4催化剂表现出最佳的N_2O催化分解活性,在450℃达到90%以上的转化率.     

一步水热合成Y-Co_3O_4复合氧化物催化剂及催化分解N_2O（英文）

用一步水热、分步水热、浸渍等方法分别制备Y-Co_3O_4复合氧化物,用于催化分解N_2O的反应,其中,一步水热法制备的催化剂活性较高。再用一步水热法制备了不同Y/Co物质的量比的Y-Co_3O_4复合氧化物,在优化出的催化剂(0. 03YCo_3O_4)表面浸渍K_2CO_3溶液,制备K改性催化剂(0. 02K/0. 03Y-Co_3O_4)。用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)等技术表征催化剂结构。研究发现,Co_3O_4和Y-Co_3O_4同为尖晶石结构,但Y-Co_3O_4的催化活性显著高于Co_3O_4。K改性增加了催化剂表面的活性位(Co~(2+)),还有利于吸附氧的脱除,从而提高了催化剂活性。在无氧无水、有氧无水、有氧有水气氛中,K改性催化剂上的N_2O全分解温度分别为325、350、375℃,催化剂活性较高。有氧有水气氛350℃连续反应50 h,K改性催化剂上N_2O分解率保持90%以上,稳定性较高。研究发现,Y-Co_3O_4及K改性催化剂上N_2O分解反应的Ea和lnA之间存在动力学补偿效应。     

N_2O在Mg-Co和Mg-Mn-Co复合氧化物上的催化分解

用溶胶-凝胶法制备了不同组成的Mg-Co和Mg-Mn-Co复合氧化物,用于催化分解N_2O。在较高活性的Mg-Mn-Co表面浸渍K_2CO_3溶液,制备K改性催化剂。用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)等技术表征催化剂结构,考察了复合氧化物的组成、K负载量等制备参数对催化剂活性的影响。结果表明,加入助剂K显著提高了催化剂活性,其中,0.02 K/MgMn_(0.2)Co_(1.8)O_4活性较高,有氧无水、有氧有水气氛400℃连续反应50 h,N_2O转化率分别保持97%和60%。有水-无水气氛交替实验表明,有水反应后再进行无水实验,K改性催化剂的稳定性较好。     

Mn_xCo_(2.5-x)Al_(0.5)O_4尖晶石型三元复合氧化物催化分解N_2O(英文)

用溶胶凝胶法制备了一组Mn_xCo_(2.5-x)Al_(0.5)O_4尖晶石型三元复合氧化物,用于有氧气氛下的N_2O催化分解反应.用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了结构表征,考察了催化剂组成、母液pH、K负载量等制备参数对其催化活性的影响.结果表明:K的加入弱化了催化剂表面的金属-氧化学键,有利于表面氧物种的脱除,改性催化剂有较高的催化活性和抗水性,其中母液pH=2、K/(Mn+Co)比为0.02的K/Mn_(0.2)Co_(2.3)Al_(0. 5)O_4催化剂活性较高,该催化剂在有氧、有氧有水气氛400℃连续反应50 h,N_2O转化率分别达98.5%和76.5%.     

Mg改性对Co/γ-Al2O3-TiO2催化燃烧丙烷性能影响

采用分步浸渍法制备了系列Mg改性的Co/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂,通过X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DR-UV-vis)、N_2吸附-脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)和H_2程序升温还原(H_2-TPR)等技术对催化剂进行表征,并考察了其对丙烷燃烧的催化性能。结果表明,Co在原始γ-Al_2O_3-TiO_2载体和Mg改性MgO/γ-Al_2O_3-TiO_2载体上均以Co_3O_4的形式存在;Mg掺入后与Al_2O_3作用形成MgAl_2O_4尖晶石,改善了载体的织构性质,提升了Co_3O_4在催化剂载体表面的暴露数量和分散程度。此外,MgAl_2O_4与Co_3O_4相互作用提升了Co_3O_4颗粒表面Co~(3+)/Co~(2+)和O_(ads)/O_(latt)的比例,并削弱了Co-O键键能,从而提升了其对丙烷的催化燃烧活性。当Mg负载量为15%(质量分数)时,在Co/MgO(15%)/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂上进行丙烷燃烧,丙烷90%转化率的温度比无Mg掺杂的Co/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂的降低了45℃,并且连续反应40 h其活性保持稳定。     

碱土金属掺杂对钴基尖晶石复合金属氧化物催化分解N_2O性能的影响

采用共沉淀法制备碱土金属掺杂的钴基尖晶石型复合金属氧化物M_xCo_(3-x)O_4(M=Mg、Ca、Sr、Ba;x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)催化剂,使用XRD、SEM、氮吸附、H_2-TPR、O_2-TPD-M S和XPS等技术对催化剂进行表征,并在固定床微型反应器中评价了M_xCo_(3-x)O_4催化剂催化分解N_2O的活性,研究了碱土金属掺杂对其催化性能的影响。结果表明,碱土金属掺杂后,M_(x )Co_(3-x)O_4催化剂颗粒粒径减小,比表面积增大,表面吸附氧和Co~(2+)数量增加,氧化还原性能增强;在反应气组成为0.68%N_2O,3%O_2,Ar为平衡气的条件下,碱土金属锶掺杂、掺杂量x为0.7时,Sr_(0.7)Co_(2.3)O_4的N_2O分解催化活性最高,N_2O转化率为10%和95%时所需的温度分别为312和451℃。     

N_2O分解催化剂Co-Al尖晶石型复合氧化物制备参数的优化

以柠檬酸为配合剂,用溶胶-凝胶法制备了一组不同组成的Co-Al复合氧化物(CoAl_2O_4、CoCo0.5Al1.5O4、CoCoAlO_4、CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4、Co_3O_4),用于催化分解N_2O.用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了结构表征,考察了复合氧化物组成、母液pH值、配合剂用量等制备参数对催化剂活性的影响.结果表明:用Al取代Co_3O_4中部分Co制备Co-Al复合氧化物,提高了催化剂的比表面积和催化活性,其中组成为CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4、母液pH=2、柠檬酸/金属离子(摩尔比)为1的催化剂活性较高.在CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4表面浸渍K2CO3溶液制得K改性催化剂,弱化了钴-氧化学键,提高了催化活性.其中0.02K/CoCo1.5Al0.5O4催化剂在有氧有水气氛400℃连续反应50h,N_2O转化率达97.1%.     

Pt/Co_3O_4/3DOM Al_2O_3:甲苯燃烧的高效催化剂（英文）

与硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒一样,大部分挥发性有机物(VOCs)污染大气环境.控制VOCs排放有多种方法,其中催化氧化法是一种有效技术,关键在于获得高效催化剂.近年来,负载过渡金属和贵金属催化剂因具有比单纯负载贵金属和单纯负载过渡金属氧化物更好的催化性能而备受关注.在负载贵金属催化剂中,高比表面积载体负载Pt,Pd或Rh催化剂得到广泛而深入的研究,尽管这些催化剂成本较高,但是其对VOCs氧化反应显示了很高的低温催化活性.众所周知,催化活性取决于贵金属和VOCs的种类,不同负载贵金属催化剂对特定反应会表现出不同的催化活性.负载Pt催化剂对长链碳氢化合物和芳香族化合物氧化反应表现出更高的活性.相对于负载贵金属催化剂,负载过渡金属氧化物催化剂不仅具有良好的氧化活性,而且价格低廉.迄今已发现许多过渡金属氧化物(如Co_3O_4,Cr_2O_3和MnO_2等)对典型VOCs氧化反应具有催化活性,其中Co_3O_4的催化活性尤为突出.研究表明,Co_3O_4的性质和分散度是决定其性能的关键因素,制备方法、载体性质和过渡金属氧化物负载量对Co_3O_4的物化性质具有重要影响,而且在负载Pt催化剂中添加金属氧化物能改善其催化性能.尽管多孔氧化铝是一种常用的载体材料,但目前尚无文献报道三维有序大孔-介孔氧化铝负载Co_3O_4和Pt纳米粒子催化剂的制备及其对甲苯氧化反应的催化性能.本文采用聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板法、等体积浸渍法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了三维有序大孔-介孔(3DOM Al_2O_3)负载Co_3O_4和Pt(xP t/yCo_3O_4/3DOM Al_2O_3,Pt的质量分数(x%)为0-1.4%,Co_3O_4的质量分数(y%)为0-9.2%)纳米催化剂.通过电感耦合等离子体原子发射光谱、X射线衍射、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线光电子能谱及氢气程序升温还原等技术表征了催化剂的物化性质,利用固定床微型石英反应器评价了催化剂对甲苯氧化反应的催化活性.结果表明,xP t/yC o3O4/3DOM Al_2O_3催化剂具有多级孔结构(大孔孔径为180–200 nm,介孔孔径为4–6 nm),比表面积为94-102 m2/g.粒径为18.3 nm的Co_3O_4纳米粒子和粒径为2.3-2.5 nm的Pt纳米粒子均匀分散在3DOM Al_2O_3表面.在xP t/y Co_3O_4/3DOM Al_2O_3催化剂中,1.3Pt/8.9Co_3O_4/3DOM Al_2O_3拥有最高的Oads浓度、最好的低温还原性和最高的甲苯氧化反应催化活性(当空速为20000 mL g~(-1) h~(-1)时,甲苯转化率达90%的反应温度为160 oC).基于催化剂的活性数据和结构表征,我们认为,1.3Pt/8.9Co_3O_4/3DOM Al_2O_3优异的催化性能与其高分散的Pt纳米粒子、高的Oads浓度、好的低温还原性、Pt和Co_3O_4纳米粒子间的强相互作用以及多级孔结构相关.     

掺加Nd和K改性对Co_3O_4催化分解N_2O活性的影响（英文）

用水热法和共沉淀法分别制备了Nd-Co_3O_4催化剂,催化分解N_2O。其中,水热法制备的Nd-Co_3O_4催化活性较高。在不同组成的Nd-Co_3O_4中,优化出了较高活性的0.01Nd-Co_3O_4催化剂,在其表面浸渍K_2CO_3溶液制备K改性催化剂(K/Nd-Co_3O_4)。用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附、扫描电镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)、程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)等技术表征催化剂结构。结果表明,Nd-Co_3O_4和K改性催化剂均为尖晶石结构;K改性弱化了催化剂表面Co-O键,有利于表面氧的脱除,提高了催化剂活性。有氧有水气氛350℃连续反应40 h,K/Nd-Co_3O_4催化剂上的N_2O分解率超过90%,稳定性较好。     

N2O在Au/Co3O4和Au/ZnCo2O4催化剂上的分解反应

通过调变HAuCl₄溶液的pH值和Au负载量,用沉积-沉淀法制备了一系列Au/Co₃O₄催化剂,并采用AES、BET、XRD、SEM、XPS和H₂-TPR等技术对催化剂的结构和组成进行了表征,考察了制备条件对其在有氧气氛中催化N₂O分解反应性能的影响规律,得到了催化剂最佳制备条件:HAuCl₄溶液pH值为9,Au负载量为0.29%。催化测试结果表明:虽然ZnCo₂O₄的催化活性优于Co₃O₄,但0.31%Au/ZnCo₂O₄的活性和稳定性低于0.29%Au/Co₃O₄。500℃、在含氧气氛中连续反应10 h, 两者均可完全分解N₂O,但在含氧、含水气氛中0.29%Au/Co₃O₄和0.31%Au/ZnCo₂O₄上的N₂O转化率分别为92%和63%。究其原因,发现Au/Co₃O₄中Au和Co组分间存在协同效应,而Au/ZnCo₂O₄中Au和Co组分间则没有协同效应。     

掺加Nd和K改性对Co3O4催化分解N2O活性的影响

用水热法和共沉淀法分别制备了Nd-Co₃O₄催化剂,催化分解N₂O。其中,水热法制备的Nd-Co₃O₄催化活性较高。在不同组成的Nd-Co₃O₄中,优化出了较高活性的0.01Nd-Co₃O₄催化剂,在其表面浸渍K₂CO₃溶液制备K改性催化剂（K/Nd-Co₃O₄）。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、扫描电镜（SEM）、X射线光电子谱（XPS）、程序升温还原（H₂-TPR）、O₂程序升温脱附（O₂-TPD）等技术表征催化剂结构。结果表明,Nd-Co₃O₄和K改性催化剂均为尖晶石结构;K改性弱化了催化剂表面Co-O键,有利于表面氧的脱除,提高了催化剂活性。有氧有水气氛350 ℃连续反应40 h,K/Nd-Co₃O₄催化剂上的N₂O分解率超过90%,稳定性较好。     

Catalytic decomposition of H2O2 on Co3O4 doped with MgO and V2O5

The effects of doping of Co₃O₄with MgO (0.4–6 mol%) and V₂O₅ (0.20–0.75 mol%) on its surface and catalytic properties were investigated using nitrogen adsorption at −196°C and decomposition of H₂O₂ at 30–50°C. Pure and doped samples were prepared by thermal decomposition in air at 500–900°C, of pure basic cobalt carbonate and basic carbonate treated with different proportions of magnesium nitrate and ammonium vanadate. The results revealed that, V₂O₅ doping followed by precalcination at 500–900°C did not much modify the specific surface area of the treated Co₃O₄ solid. Treatment of Co₃O₄ with MgO at 500–900°C resulted in a significant increase in the specific surface area of cobaltic oxide. The catalytic activity in H₂O₂ decomposition, of Co₃O₄ was found to suffer a considerable increase by treatment with MgO. The maximum increase in the catalytic reaction rate constant (k) measured at 40°C on Co₃O₄ due to doping with 3 mol% MgO attained 218, 590 and 275% for the catalysts precalcined at 500, 700 and 900°C, respectively. V₂O₅-doping of Co₃O₄ brought about a significant progressive decrease in its catalytic activity. The maximum decrease in the reaction rate constant measured at 40°C over the 0.75 mol% V₂O₅-doped Co₃O₄ solid attained 68 and 93% for the catalyst samples precalcined at 500 and 900°C, respectively. The doping process did not modify the activation energy of the catalyzed reaction but much modified the concentration of catalytically active constituents without changing their energetic nature. MgO-doping increased the concentration of CO³⁺–CO²⁺ ion pairs and created Mg²⁺–CO³⁺ ion pairs increasing thus the number of active constituents involved in the catalytic decomposition of H₂O₂. V₂O₅-doping exerted an opposite effect via decreasing the number of CO³⁺–CO²⁺ ion pairs besides the possible formation of cobalt vanadate.     

N2O Decomposition Catalyzed by K+-doped Bi0.02Co

K⁺-doped Bi_0.02Co was investigated as catalyst for N₂O decomposition. It was found that the catalytic performance of the Bi_0.02Co catalyst, which was prepared by coprecipitation method, can be effectively modified by potassium cations via impregnation. The optimized K_0.01Bi_0.02Co catalyst exhibited much higher activity compared with Bi_0.02Co and K_0.01Co for the reaction in feed gas 0.2% N₂O/Ar, irrespective of the presence or absence of impurity gas(volume fraction) 5%O₂, 2%H₂O, 0.12%NO and 10%CO₂. Characterization of the catalysts with H₂ temperature programmed reduction(H₂-TPR) and O₂ temperature programmed desorption(O₂-TPD) indicate that the Co-O bond in Bi_0.02Co was weakened by the K⁺doping, and hence the K_0.01Bi_0.02Co catalyst has much higher turnover frequency(TOF) than Co₃O₄ spinel and Bi_0.02Co for the reaction.     

Co/Hβ催化剂上N_2O的分解性能研究

采用浸渍法制备了Hβ分子筛负载钴氧化物催化剂。考察了催化剂焙烧温度和钴负载量对催化剂催化分解N2O活性的影响,并采用XRD、NH3-TPD、H2-TPR、SEM等手段对催化剂的理化性质进行表征。结果表明,催化剂中的钴物种主要以Co3O4尖晶石型形态存在;催化剂焙烧温度显著影响其酸性和酸量及氧化还原性能,焙烧温度达到700℃后,催化剂中有难还原的Co-Al-O物种生成。焙烧温度和钴负载量对催化剂的催化活性均有影响,焙烧温度为600℃、钴负载量为10%~15%的催化剂催化活性好,N2O分解温度低,t10、t50和t95分别为325~329℃、364~367℃和406~408℃。     

N_2O在钾改性Cu-Co尖晶石型复合氧化物上的催化分解(英文)

制备了几个不同组成的Cu-Co尖晶石型复合氧化物,用于N2O分解反应,在活性较高的Cu0.8Co0.2Co2O4表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性催化剂,考察了碱金属助剂类型、钾前驱物和钾负载量等对改性催化剂活性的影响。用BET、XRD、SEM、XPS等方法表征了催化剂结构。结果表明,几种碱金属碳酸盐改性Cu0.8Co0.2Co2O4的催化活性发生了显著变化,其中,K改性催化剂的活性有明显提高,而Cs的表面改性反而降低了催化剂活性;钾前驱物对K/Cu-Co的催化活性也有较大影响,其中,加入碳酸钾明显提高了催化剂的活性,而加入硝酸钾和醋酸钾反而降低了催化剂活性;有氧无水、有氧有水气氛中,400!C下N2O在碳酸钾改性催化剂0.05K/Cu0.8Co0.2Co2O4上的转化率分别达到了100%和87.6%;该催化剂在400!C下的恒温反应活性和稳定性均高于未改性催化剂。     

N2O在Mg-Fe复合氧化物上的催化分解

用共沉淀法制备了一组Mg-Fe复合氧化物催化剂,用于N₂O催化分解,考察了催化剂组成、焙烧温度、负载助剂钾等参数对其催化活性的影响。采用N₂物理吸附、X射线衍射、H₂-程序升温还原等技术对催化剂进行了结构表征。结果表明,500 ℃焙烧的Mg_0.6Fe_0.4Fe₂O₄催化剂对于N₂O分解反应有较高活性,而K改性的催化剂活性均有所降低,且K的负载量越高,改性催化剂的活性越低,这是由于负载的K粒子抑制了表面铁物种的还原,降低了催化剂的比表面积。在有氧无水、水氧共存条件下连续反应10 h,Mg_0.6Fe_0.4Fe₂O₄的催化活性和稳定性均显著高于FeO_x催化剂。     

Zn-Fe尖晶石型复合氧化物催化分解N2O

用共沉淀法制备了Zn-Fe尖晶石型复合氧化物催化剂,用于有氧气氛中N₂O的分解反应;考察了复合氧化物的组成、焙烧温度及K改性对其催化活性的影响,并用氮气吸附、XRD和H₂-TPR等技术对催化剂结构进行了表征。结果表明,Zn-Fe尖晶石型复合氧化物具有良好的催化N₂O分解的活性;在优化出的Zn_0.8Fe_0.2Fe₂O₄-400催化剂上500℃下连续反应10 h时,有氧无水和有氧有水条件下N₂O转化率分别达到63.5%和22.2%。K改性Zn-Fe尖晶石型复合氧化物的催化活性均不及纯Zn-Fe氧化物,这是由于K改性催化剂的比表面积显著降低,而且K粒子迁移至催化剂表面,抑制了FeO_x的还原和表面氧物种的脱除。