纳米Co3O4的制备、表征及CO低温催化氧化

CO的常温催化氧化由于在消除环境污染、空气净化、CO传感器、封闭式CO₂激光器及密闭系统内消除CO等方面的实用价值而颇受关注.已报道的CO催化氧化催化剂有Hopcalite、复合氧化物、贵金属^[4,5]等.     

Cu/SiO2气凝胶催化剂上CO的催化氧化性能

如何消除CO对环境造成的污染,是当前人们所关心的课题之一.催化氧化是消除CO的一种有效方法.常用的CO氧化催化剂多以贵金属为基础.目前,对非贵金属催化剂的研究也正在进行,其中,过渡金属Cu、Co、Fe等对CO的氧化有较好的催化作用.     

碳纳米管负载Cu-Co复合氧化物的富氢气氛中CO催化消除

采用超声处理辅助浸渍法制备了多壁碳纳米管负载的Cu-Co复合氧化物催化剂. 利用XRD、TEM、H2-TPR、XPS和Raman光谱等表征了催化剂的结构性质. 在Cu和Co氧化物以及金属氧化物与碳纳米管载体间存在强相互作用. 催化剂在富氢气氛中CO催化消除反应中,与单一Cu或Co催化剂相比,Cu-Co复合氧化物催化剂表现出独特的反应特性,特别是在较高反应温度下可同时结合CO优先氧化和CO甲烷化的反应途径来实现高效CO消除. 当Cu/Co比为1/8时活性最优,可以实现在150-250℃和高反应空速 （120 L/（h·g））富氢气氛中CO的完全消除.     

氢氧化铁负载亚纳米铂族金属催化剂室温湿氧化消除CO（英文）

室温条件下高效消除CO具有重要的意义,但目前仍具有极大的挑战.考虑到实际应用环境中存在的水汽,实现具有应用价值的CO消除过程的关键是设计耐湿性好,且能够在室温甚至更低温度下具有较高CO氧化活性的催化剂.以Hopcalite(Cu-Mn-Ox)和Co3O4为代表的氧化物和负载型Au基催化剂具有优异的低温CO氧化活性,但存在耐湿性差、催化性能重复性不好等缺点,因而限制了其实际应用.铂族金属催化剂凭借优异的稳定性和耐湿性成为目前最广泛应用的尾气净化催化剂.但是由于铂金属位点强吸附CO的毒化作用,CO氧化工作温度多在200℃以上,从而限制了其在室内空气净化、燃料电池工业氢源净化以及汽车发动机冷启动阶段尾气净化等过程中的实际应用.研究人员尝试调节金属粒子尺寸、金属-载体界面、双金属结构及助剂效应等以促进O2的活化或者削弱CO的吸附,尽管取得了一定的进展,但仍缺少一种具有普适性和实际CO消除应用前景的铂族金属基催化体系.本文利用新型Fe(OH)x负载亚纳米Rh催化剂作为室温条件下CO湿氧化的典型例子,研究H2O对CO氧化反应的影响并探索其反应机制,旨在为发展实际可用的CO氧化消除催化体系提供参考.活性测试结果表明,H2O的存在可以大幅提高Fe(OH)x负载亚纳米Rh催化剂的CO氧化速率,并在室温条件下实现CO的长效稳定消除;而相似共沉淀法制备的Rh/Al2O3催化剂上H2O并没有促进CO氧化.原位红外表征发现,Fe(OH)x在湿氧化CO过程中的重要作用在于为O2和H2O的吸附提供位点,促进二者反应生成羟基物种,并与亚纳米Rh团簇上吸附的CO反应生成CO2.此外,H2O的存在使得CO氧化的表观活化能由22降至9 kJ mol^-1,说明反应路径或决速步骤由CO+O转变为反应能垒更低的CO+OH,从而大幅提高了CO氧化反应速率和反应活性.随后,时间分辨CO滴定红外实验证明,Rh/Fe(OH)x催化剂表面OH可以与CO反应生成CO2,而Al2O3负载的纳米Rh催化剂则不能,从而进一步揭示了Fe(OH)x载体在高效湿氧化消除CO过程中的重要作用.最后,通过拓展实验证明该反应机理可以适用于Fe(OH)x负载的其它铂族金属催化剂,提供了一种具有普适性和实际CO消除应用前景的铂族金属基催化体系.     

一氧化碳低温催化氧化

一氧化碳 (CO) 催化氧化反应因在实际生活中应用广泛而受到人们普遍关注,如激光器中微量CO的消除、封闭体系中CO的消除、汽车尾气净化以及质子交换膜燃料电池中少量CO的消除等。本文总结了近年来CO低温催化氧化研究进展,包括催化剂及其制备方法、CO氧化反应机理以及不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响。催化剂的制备方法主要包括传统浸渍法、共沉淀法、沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、离子交换法、化学气相沉积法、溶剂化金属原子浸渍法等。催化剂可分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂、以分子筛为载体的催化剂和合金催化剂等。CO氧化反应机理方面的相关报道较多,人们针对不同催化剂体系提出了各种假设。不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响主要分为H₂O、CO₂、H₂和其它气氛等4部分进行描述。最后对该领域的发展前景进行了展望。     

HCN消除反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法从HCN氧化和水解两个方面研究了HCN消除反应机理,并考虑了HCN的直接消除反应(途径Ⅰ和途径Ⅱ)和CuO上的HCN消除反应(途径Ⅲ和途径Ⅳ)。途径Ⅰ为HCN与2个O2分子生成CO2、NO和H原子;途径Ⅱ为HCN与1个O2分子和1个H2O分子生成 CO2和NH3;途径Ⅲ为CuO上HNCO水解为CO2和NH3;途径Ⅳ为CuO上HCN水解为CO和NH3。研究发现,途径III速控步骤的活化自由能垒为157.32 kJ/mol,比途径Ⅱ中HNCO水解降低12.34 kJ/mol;比途径Ⅳ降低了63.8 kJ/mol。可见,HNCO是HCN净化过程中的重要中间体,CuO的加入降低了反应能垒,促进了HCN消除。     

一氧化碳低温催化氧化研究进展

众所周知,CO是典型的可燃、有毒化合物.化石燃料燃烧、化学工业以及机动车使用造成大量CO排放,现已成为严重的环境问题,引起了人们的普遍关注[1～4].CO的低温(<100℃)消除在许多方面都有重要的使用价值,在CO2激光器中气体的纯化、CO气体探测器材料、呼吸用气体净化装置、烟草降害以及封闭体系(如:飞机,潜艇,航天器等)中微量CO的消除等方面都有重要的应用前景[5,6].另外在燃料电池研究中,通过低碳醇和烃类部分氧化或水蒸气重整制得的富氢气常含有约0.5～3%(mol)的CO,其存在不但会引起燃料电池电极中毒而且还会与H2竞争与氧的反应,…     

Cu/SiO_2气凝胶催化剂上CO的催化氧化性能

如何消除 CO对环境造成的污染 ,是当前人们所关心的课题之一 .催化氧化是消除 CO的一种有效方法 .常用的 CO氧化催化剂多以贵金属为基础 .目前 ,对非贵金属催化剂的研究也正在进行 ,其中 ,过渡金属 Cu、Co、Fe等对 CO的氧化有较好的催化作用 .传统的过渡金属催化剂多以氧化铝为载体 ,并发展了多种制备方法 ,如化学浸渍法、溶胶凝胶法[1] 等 ;催化剂的金属活性组分也由微米级颗粒发展到纳米级超细粒子[2 ] .但对载体的研究仍集中于氧化铝 .近几年发现 ,过渡金属交换的ZSM- 5分子筛具有较高的活性和稳定性 [3 ] .二氧化硅气凝胶是一种新…     

μ-联硫六羰基二铁与芳炔基Grignard试剂加成反应的研究 - “开环”和“闭环”铁硫原子簇配合物的合成、结构及形成机理

芳炔基溴化镁断裂μ-S2Fe2(CO)6的S-S键生成“开环”中间物(μ-ArC≡CS)(μ-BrMgS)Fe(CO)6D及“闭环”中间物μ-[S(Ar)C=C(MgBr)S]Fe2(CO)6E的平衡混合物. 该混合物用Cp(CO)2FeI或某些卤代物处理后生成相应的“开环”铁硫配合物;用CF3CO2H, HBr气体及CH3HgCl处理则得相应“闭环”铁硫配合物; 在与易消除卤化氢的卤代烃反应时也生成“闭环”配合物, 这类卤代烃可能是按消除HX过程而起作用; 对可能的机理进行了讨论.     

常温常湿条件下CO氧化铂-钯催化剂制备的研究

采用浸渍法制备负载型铂-钯催化剂,比较详尽的考察了制备条件对其催化CO氧化活性的影响.结果表明:常温浸渍、陈化时间大于5 h、H2还原制得的催化剂,具有很好的低温活性和抗湿性.在相对湿度大于90%和空气中含100 ppm CO的条件下,Pt、Pd含量均为0.3%的催化剂在1 h内对CO的常温消除效率高于90%.     

Effects of Preparation Methods and Interaction between Support and Oxide for Oxidative Dehydrogenation of Ethane over NiO/ZrO2

The previous studies indicated that the unsupported and alumina supported nickel oxide catalysts are the attractive candidates for the oxidative dehydrogenation of ethane (ODE) reaction at lower reaction temperature^[1,2]. In the present study, NiO/ZrO₂ catalysts were prepared by the impregnation, complex of ammonia and coprecipitation, respectively, using the conventional incipient wetness technique. Over all samples used in this study, no NiO crystal structure was detected by XRD measurements carried out in parallel with the present work, which indicated the nickel oxide was highly dispersed on the support The blank testing indicated that the support ZrO₂ had very little activity below 600℃. Comparing with the unsupported nickel oxide, it was found that the activity of NiO/ZrO₂ catalysts prepared by the methods mentioned above decreased slightly and the selectivity for ethylene improved. With the increasing temperature, the ethane conversion increased and the selectivity for ethylene decreased However, the cracking of the ethane occurred at ca.450℃ on all samples prepared by different methods. The optimum catalytic behavior could be obtained on 5wt%NiO/ZrO₂ prepared by coprecipitation, with the ethane conversion of 26.2% and selectivity for ethylene of 51.8% at as low temperature as 350℃. The sample prepared by coprecipitation and calcined at 500℃ was calcined again at 600℃ for 5 h,the activity decreased obviously, which may be attributed to the existence of the interaction between nickel oxide and support taking into account for the high dispersion of NiO on ZiO₂.     

不同组成和结构LaMnO_3钙钛矿负载Au催化剂的CO氧化活性

采用乙二醇溶胶-凝胶法制备了计量比LaMnO_3和非计量比LaMn_(1.2)O_3钙钛矿,并利用稀硝酸处理LaMnO_3制备得到LaMnO_3-AE,然后采用沉积沉淀法制备钙钛矿负载Au催化剂,以考察载体的结构和性质对Au的热稳定性以及催化剂活性的影响。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和H_2程序升温还原(H_2-TPR)等表征,发现LaMnO_3和LaMn_(1.2)O_3钙钛矿载体虽然有利于Au的分散,但是Au的热稳定性相对较差。相反,经稀硝酸刻蚀的LaMnO_3钙钛矿(LaMnO_3-AE)不利于Au的分散,但是有利于提高Au的热稳定性。在CO氧化反应中,当催化剂在低于500°C焙烧时,LaMn_(1.2)O_3钙钛矿负载Au催化剂的活性要显著高于LaMnO_3和LaMnO_3-AE负载Au催化剂的活性,而当催化剂焙烧温度升高至700°C以上时,LaMnO_3-AE负载Au催化剂却要显著优于LaMnO_3和LaMn_(1.2)O_3钙钛矿负载Au催化剂的活性。     

不同方法掺杂Au对纳米α-Fe2O3气敏性能的影响

分别采用共沉淀法、浸渍法、紫外辐照法制备了掺杂不同Au含量的α-Fe₂O₃纳米粉体, 并制作了旁热式厚膜型气敏元件. 用XRD、TG-DTA和TEM技术对纳米晶的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征. 考察了掺杂方法、Au含量及焙烧温度对α-Fe₂O₃气敏性能的影响. 结果表明, 采用三种方法掺杂适量Au后, 都使α-Fe₂O₃的气敏性有了显著提高, 其中采用共沉淀法, 在400 ℃焙烧的Au质量分数为1.5％的α-Fe₂O₃的气敏性最佳.     

焙烧温度对Ni-Mg基蜂窝状催化剂生物燃气重整调变性能的影响

采用浸渍法制备了Ni、Mg双金属负载在堇青石表面形成的蜂窝状催化剂,研究了焙烧温度对催化剂结构和生物质粗燃气重整反应性能的影响.结果表明,在不同焙烧温度下主要有NiO和NiMgO₂固溶体物相生成.相比于其他焙烧温度,催化剂在650 ℃焙烧温度下更有利于镍活性金属位的分散和活性位数量的增加.在干重整反应条件下,CH₄、CO₂的转化率以及H₂、CO产率随焙烧温度的升高呈现先增加后降低的变化趋势,在650 ℃焙烧温度下达到最高.在水蒸气重整反应条件下主要发生烃类产物与H₂O和CO₂的重整反应以及水煤气变换反应,焙烧温度的升高有利于水煤气反应的进行.此外,焙烧温度对于干重整反应条件下的H₂/CO体积比调节影响较小,而对于水蒸气重整反应条件下的H₂/CO体积比可进行选择性调节.     

溶胶凝胶法由细菌纤维素制备CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_x复合氧化物及其低温催化降解甲苯性能

以绿色廉价的天然椰果细菌纤维素(BC)为造孔剂,采用溶胶凝胶法制备了CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_x复合氧化物催化剂,通过TG/DTG、N2低温物理吸脱附、XRD、H_2-TPR、O_2-TPD和Raman等手段对催化剂进行了表征,并对其在固定床上挥发性有机物(VOCs)降解的催化性能进行了研究。结果表明,利用BC精细的纤维网状结构和亲水性能与活性金属盐溶液形成凝胶,可有效制备介孔结构的复合氧化物催化剂。制备过程中,凝胶形式和成胶温度对催化剂降解甲苯的活性有较大影响;采用醇凝胶形式在70℃时制备的ACCZ-70催化剂完全降解甲苯的温度为205℃,明显低于已有文献报道的催化剂,这主要归因于该催化剂具有良好的低温还原性和高达0.81的氧空穴浓度。而采用水凝胶制备的催化剂降解甲苯时,在120-140℃存在吸附现象。     

纳米Au/TS-1催化剂的制备及用于甲醇羰基化体系

采用负压沉积沉淀法、等体积浸渍法、负压等体积浸渍法等方法制备了纳米Au/TS-1催化剂,研究了深床焙烧和等离子体焙烧,以及焙烧温度和焙烧气氛对催化剂中纳米金粒子大小和催化性能的影响,并采用ICP、TEM、XRD、UV-vis、XPS对催化剂金粒子进行了物化性能表征,采用甲醇羰基化制乙酸甲酯反应表征催化性能.结果表明,不同制备方法、不同焙烧方法、不同焙烧温度和焙烧气氛对负载型纳米Au/TS-1沸石分子筛催化剂中金粒子的大小、形貌、物化性质和催化性能有明显影响.其中,3种制备方法中,氢气气氛下焙烧均比空气和氮气气氛下焙烧得到的催化剂的金粒子尺寸更小,分散更均匀,约为5~10 nm.与其它方法相比,负压沉积沉淀法可制得分散更均匀的金粒子,Au/TS-1沸石催化剂中的金粒子尺寸更小,平均粒径为1~5 nm.催化性能评价结果显示,3种方法制备出的负载型金催化剂用于催化甲醇羰基化制乙酸甲酯反应体系中,甲醇的转化率分别为85%、75%、60%,乙酸甲酯选择性可高达68%,反应温度200℃为最好.     

富勒烯(C60/70)-丙烯酸的自由基共聚

富勒烯及其衍生物在超导、光电、磁学等领域展现出奇特性能[1],富勒烯的化学修饰成为化学工作者们关注的热点之一,而其中合成含富勒烯的新型聚合物是一个非常重要的方面.     

助剂对泡沫金属微反应器内二甲醚水蒸气重整制氢的影响

采用共沉淀耦合机械混合法制备了CuO-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5双功能催化剂用于二甲醚水蒸气重整制氢的研究,结合BET、H₂-TPR、XRD、SEM等表征手段,在泡沫金属微反应器内考察助剂Cr、Zr、Ce、Co对双功能催化剂催化性能的影响。研究结果表明,加入Cr助剂后, 可以有效降低催化剂的平均孔径和还原温度,并抑制催化剂制备过程中氢氧化锌晶相的形成,催化剂的低温催化性能明显提高,二甲醚的转化率和氢收率在较低温度下即可分别达到99%和95%,表现出了良好的低温反应活性。考察了反应温度、空速和水醚比等条件对二甲醚水蒸气重整催化剂催化活性的影响,在250℃、空速3 884 mL/(g·h)、水醚比为5的条件下,CuO-ZnO-Al₂O₃-Cr₂O₃/ HZSM-5催化二甲醚水蒸气重整反应进行50 h,二甲醚的转化率维持在97%以上,催化剂的活性没有明显下降。     

Promoting Effects of Iron on CO Oxidation over Au/TiO2 Supported Au Nanoparticles

Fe-doped TiO₂ supported gold nanoparticles as high-performance CO oxidation catalysts were prepared. XRD data revealed that TiO₂ support was in an anatase phase. After calcination at 300℃, the sample showed nanotube structure, and the size of gold nanoparticles was 3.1 nm. When calcined at 500℃, most nanotubes broke, and gold nanoparticles grew up to 5.9 nm. XPS spectrum indicated the presence of Fe in the +3 oxidation state. Au/Fe-TiO₂(Au:1.44%, Fe:1.35%) calcined at 300℃ possessed the best catalytic activity, and it could completely convert CO at 25℃. The temperature of 100% CO conversion(T_100%) of Fe-free catalyst was 40℃. After the catalysts were stored at room temperature for 7 d, T_100% of Au/Fe-TiO₂ increased from 25℃ to 30℃, while T_100% of Fe-free catalyst increased from 40℃ to 80℃. The catalytic activity and storage stability of Au/TiO₂ could be improved by Fe-doping. The increase of specific surface area, generation of oxygen vacancies and new adsorption sites, depression of the growth of gold nanoparticles, and strong metal-support interaction were responsible for the promoting effect of iron on the catalytic performance of Au/TiO₂ for CO oxidation.     

焙烧温度对Ni/La(Ⅲ)催化剂氢解山梨醇制备低碳二元醇性能的影响

采用水热法合成了纳米棒状La(OH)₃载体,通过湿式浸渍方法制备了10%Ni/La(Ⅲ)负载型催化剂,考察了500~800℃不同焙烧温度对于催化剂氢解山梨醇制备低碳二元醇的影响,结合XRD、SEM/EDS、BET、H₂-TPR-MS、CO/CO₂-TPD-MS、TG和ICP-AES等表征手段对Ni/La(Ⅲ)催化剂的构效关系进行了分析。结果表明,Ni/La(Ⅲ)催化剂表现出高的氢解反应活性,在较低的焙烧温度下(500℃)催化剂主要以NiO/La₂O₂CO₃结构形式存在。随着焙烧温度的升高,NiO/La₂O₂CO₃逐渐向La₂NiO₄-La₂O₃进行转变。碱性是影响不同催化剂活性的决定因素,高的焙烧温度促进了催化剂中强碱性位的生成,显著提高了氢解反应活性,但对液体产物的选择性无明显影响,在220℃、4MPa H₂、1.5h的条件下,山梨醇完全转化,低碳二元醇的产率可达到53%。低的焙烧温度则增加了催化剂的水热稳定性。催化剂的失活主要归结于活性金属粒子在水相反应中从载体表面脱落而发生团聚,降低氢解反应活性。