Ga2O3催化剂上CO2气氛中丙烷脱氢反应的研究

考察了Ga2O3对于丙烷脱氢和CO2气氛脱氢反应的催化性能. 结果表明, Ga2O3具有较高的催化活性, 其性能优于传统的Cr2O3脱氢催化剂. 催化反应可能经过了一个丙烷异裂的过程, 其中CO2是通过逆水煤气反应和Boudouard反应来促进催化剂性能的, 在高于823 K时该促进作用更为明显. 催化剂的催化活性和其表面酸密度密切相关, 在Ga2O3结构中, 四配位Ga3+是其酸位的来源, 并通过质子与氧化物的共同作用促进反应进行. 催化剂的失活是由于表面的积碳和活性氧的消耗共同造成的. 同时还对Ga2O3作为丙烷脱氢反应的催化剂的催化反应机理进行了初步探讨.     

Ga2O3催化剂上CO2气氛中丙烷脱氢反应的研究

考察了Ga2O3对于丙烷脱氢和CO2气氛脱氢反应的催化性能.结果表明,Ga2O3具有较高的催化活性,其性能优于传统的Cr2O3脱氢催化剂.催化反应可能经过了一个丙烷异裂的过程,其中CO2是通过逆水煤气反应和Boudouard反应来促进催化剂性能的,在高于823K时该促进作用更为明显.催化剂的催化活性和其表面酸密度密切相关,在Ga2O3结构中,四配位Ga3+是其酸位的来源,并通过质子与氧化物的共同作用促进反应进行.催化剂的失活是由于表面的积碳和活性氧的消耗共同造成的.同时还对Ga2O3作为丙烷脱氢反应的催化剂的催化反应机理进行了初步探讨.     

CO2消除镓氢物种提升Ga2O3/SiO2丙烷脱氢反应性能

丙烯是一种基础石油化工原料,在全球石油化工生产中占有重要地位.以丙烯为原料可生产许多石油化学品,如丙烯腈、环氧丙烷和聚丙烯等.经济快速发展带动了丙烯下游衍生物产业的发展,进而增加了对丙烯的需求量,因此尽管近年来丙烯产能逐年上升,丙烯产量与需求量之间仍存在较大缺口.传统的丙烯生产路径主要是石脑油蒸汽裂解和重质油催化裂化.然而,随着石油资源的短缺和页岩气的发展,丙烷脱氢作为一种直接生产丙烯的技术,成为丙烯生产领域的研究热点.近年来,镓基催化剂由于其较少的积碳和较高的催化活性受到了越来越多的关注.镓基催化剂在丙烷脱氢反应中的活性位点也得到了更多研究.在镓基催化剂中,镓氧化物具有丙烷脱氢活性,而丙烷脱氢反应过程中产生的镓氢(Gaδ+-Hx)物种不稳定,且会造成丙烯选择性降低,导致丙烯产率降低.因此,反应过程中原位消除镓氢物种对于提高丙烷脱氢反应性能具有非常重要的意义.本文将CO2作为温和氧化剂引入Ga2O3/SiO2催化的丙烷脱氢反应中,促进不利的中间产物Gaδ+-Hx的转化,再生丙烷脱氢的活性位点Ga3+-O,从而提高催化性能.原位红外光谱实验结果表明,CO2可有效消除Gaδ+-Hx.在不同反应温度下,引入CO2可显著提高Ga2O3/SiO2催化丙烷脱氢的转化率,特别是选择性.反应4.5 h时,3Ga2O3/SiO2催化丙烷脱氢的选择性从93％降低到89％;引入CO2后,丙烯选择性可提高到并维持在93％.Ga2O3负载量由3 wt％提高到10 wt％时,引入CO2仍可促进反应性能.当CO2:C3H8由0.5增加到3时,引入CO2带来的反应性能提升基本相同.同时,引入CO2大大减少反应过程中产生的积碳.本文对镓基催化剂丙烷脱氢活性中心的认识和提高丙烷脱氢反应性能提供了新方向.     

CO2气氛下负载型Cr2O3催化剂上乙苯脱氢制苯乙烯反应

 采用浸渍法制备了负载型Cr2O3/Al2O3和Cr2O3/SiO2催化剂,并考察了催化剂在CO2气氛下催化乙苯脱氢制苯乙烯反应的活性. 结果表明,Cr2O3/Al2O3的催化活性高于Cr2O3/SiO2. 这可能是由于Cr2O3在Al2O3载体表面的分散度大大高于在SiO2表面的分散度. 催化剂的催化活性与Cr2O3的负载量有关,在w(Cr2O3)=25%时,Cr2O3/Al2O3的催化活性最高. CO2气氛对乙苯脱氢反应有明显的促进作用; 在CO2气氛下,Cr6+物种可能是催化乙苯脱氢反应活性位的前驱体.     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价, 并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3, PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能. 发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性. 实验结果表明, 纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原, 导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低. 用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用, 提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性. 并且, 积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度, 故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性. PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能可能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关, 而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

Co3O4-CeO2氧化物对丙烷完全氧化的催化性能（英文）

挥发性有机化合物(VOCs)是全球大气污染物的主要来源,近年来已造成严重的环境问题.催化氧化是一种有效的、经济可行的VOCs去除技术,其研究的关键在于开发高效、稳定的催化剂.在本文中,我们采用柠檬酸法合成了一系列具有不同Co/(Ce+Co)摩尔比的Co3O4-CeO2二元氧化物催化剂,研究了其对丙烷(低碳VOCs)的催化氧化性能.在催化活性测试中,反应气的组成为0.2 vol.%C3H8和5 vol.%O2,Ar为平衡气,气体总流速为200 mL min^-1.实验结果表明,Ce的掺入能够明显提高Co3O4的丙烷催化氧化性能,Co3O4-CeO2催化剂的丙烷催化氧化活性顺序为CoCeOx-70>CoCeOx-90>Co3O4>CoCeOx-50>CoCeOx-20>CeO2.当Co/(Ce+Co)摩尔比为70%时,CoCeOx-70催化剂的丙烷催化氧化性能最好.在丙烷转化率达到90%时,CoCeOx-70催化剂的反应温度为310℃(GHSV=120000mL h^-1 g^-1),相比于单一的Co3O4催化剂的反应温度降低了25℃.XRD和TEM表征结果显示,在Co3O4-CeO2二元氧化物催化剂中存在Co3O4和CeO2两种晶型,同时随着Ce的掺入,催化剂的粒径明显降低.Raman光谱图显示,Ce的掺入使催化剂的晶格发生畸变,促进催化剂表面氧空位的产生,为催化剂中氧的迁移提供晶格位点.H2-TPR和C3H8-TPSR结果表明,Co3O4与CeO2间存在相互作用,能够提高催化剂的低温还原性能,以促进催化剂的丙烷催化氧化.O2-TPD和O 1s XPS结果表明,Ce的掺入能够增加催化剂表面活性氧物种的产生,提高催化剂中氧的移动性,从而提高了催化剂对丙烷的催化氧化活性.在对Co3O4和CoCeOx-70催化剂进行in-situ DRIFTS表征和简单的动力学研究,我们发现Ce的掺入不改变催化剂的丙烷催化氧化反应路径,其存在能够促进丙烷在催化剂表面的吸附和活化,以提高催化剂的丙烷催化氧化活性.同时,丙酮和酯作为中间物参与到丙烷的催化氧化反应过程中.此外,我们考察了反应气氛中水蒸气和CO2的存在对催化剂催化性能的影响.结果表明,CO2和水蒸气的存在都抑制了催化剂的丙烷催化氧化活性,催化性能随着CO2和水蒸气浓度的增加而降低.在相同条件下,水蒸气对催化剂催化性能的抑制作用明显大于CO2的抑制作用,但这种抑制作用会随着反应气中水蒸气和CO2的消失而消失.在稳定性测试中,CoCeOx-70催化剂表现出优异的抗水蒸气和CO2性能.在反应气中存在5 vol.%水蒸气和5 vol.%CO2的条件下,CoCeOx-70催化剂在50 h的稳定性测试中均未出现明显的失活现象.同时,经过10次加热和降温循环测试后,催化剂的催化活性也没有发生明显变化,这为CoCeOx-70催化剂的未来工业化的应用提供了可能.     

CO2氧化丙烷脱氢制丙烯用Pd-Cu/V2O5-SiO2催化剂的研究

 采用等体积浸渍法制备了V2O5-SiO2负载的Pd-Cu双金属催化剂,以程序升温还原/程序升温氧化、红外光谱、程序升温脱附和微反技术表征了Pd-Cu/V2O5-SiO2对CO2和丙烷的化学吸附性能及对CO2部分氧化丙烷脱氢反应的催化性能. 结果表明,在催化剂表面金属活性位(Pd,Cu)和邻近的Vn+协同下形成的CO2卧式吸附态可在172和284 ℃断裂形成CO和晶格氧,以甲基氢和亚甲基氢双位吸附在V=O上的丙烷分子吸附态可在238 ℃脱氢生成丙烯. 在600 ℃,CO2/C3H8体积比为1和空速为1?286 h-1的条件下,丙烷转化率为35.22%,丙烯选择性为85.44%. 催化剂V=O中的晶格氧参与了丙烷氧化脱氢过程.     

镓掺杂SO4^2—／ZrO2的制备及其对正丁烷异构化反应的催化性能

通过沉淀、回流和浸渍法制备了镓掺杂的纳米级固体超强酸SO4^2-／Ga2O3／ZrO2，并用X射线衍射、透射电镜、热重、吡啶吸附红外光谱、低温N2-BET及化学分析等技术对SO4^2-／Ga2O3／ZrO2的结构、表面性质及其对正丁烷异构化反应的催化活性进行了研究．结果表明，掺杂Ga2O3可以抑制制备过程中ZrO2晶粒长大，有利于抑制高温下催化剂由四方相转变为单斜相．与未掺杂的催化剂相比，Ga2O3的掺杂提高了催化剂表面SO4^2-的分解温度，有利于催化剂表面形成更多的酸中心．SO4^2-／Ga2O3／ZrO2对正丁烷异构化反应显示出优异的催化性能．其中，含3％Ga2O3的样品的活性最高，220℃下其初活性为59．1％；反应1h后，其活性基本保持稳定，稳态转化率大于51％，接近该反应条件下正丁烷的平衡转化率．     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价,并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3,PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能.发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性.实验结果表明,纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原,导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低.用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用,提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性.并且,积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度,故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性.PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能町能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关,而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

ZrO2基复合金属氧化物催化剂上CO2温和氧化乙苯制苯乙烯

苯乙烯(SM)是聚合物化学中最重要的单体之一,由其生产的聚合物产品(如PS,SBR和ABS等)具有独特的性能,因而SM的需求逐年增加.乙苯(EB)催化脱氢工艺提供了90％的SM需求,该过程在K促进的氧化铁催化剂上于600-650℃进行.这是一个吸热且体积增大的反应,因此需要绝热反应器和大量的过热过饱和蒸汽以提供热量和降低反应分压,从而有利于反应平衡向SM方向移动,也可避免或消除积碳.同时,也造成大量潜热被浪费;热点也降低了整个反应活性和催化剂寿命.在蒸汽中加入空气或富氧空气,使得副产H2与O2反应,产生的热量可供随后乙苯脱氢反应,同时H2的移除也有利于提高EB单程转化率,并保持高的SM选择性.但是,该过程需要2个催化剂,反应器的设计和催化剂的装填比较复杂,且存在爆炸的危险.因此,人们尝试了多种氧化剂和新型的催化剂.最近也有人提出软氧化剂的概念.这为开发新催化体系提供了可能.相对于O2,CO2的氧化性很弱,但可用作温和氧化剂去除脱氢单元中副产的H2,降低了反应温度,且不影响反应活性和选择性;同时,具有较大的经济性和环保性,在工业上也是切实可行的.除了负载型的碱金属促进的氧化铁催化剂外,各种金属或金属氧化物也用于催化CO2氧化EB脱氢反应中,如Fe,Cr,V和La的氧化物为活性金属,碳材料、MgO、SiO2、Al2O3、Ga2O3、ZrO2、TiO2、水滑石类化合物及分子筛为载体.Park课题组研究了Fe,V和Cr基催化剂,即设计氧化还原的催化剂表面以解离CO2,产生的O用于逆水汽反应.其中以Al2O3负载的V和V-Sb氧化物催化剂性能最为突出;但存在积碳失活和V物种的深度还原等问题.为了进一步提高催化剂性能,该课题组开发了多种ZrO2基复合氧化物催化剂,包括MnO2-ZrO2,TiO2-ZrO2,CeO2-ZrO2和SnO2-ZrO2.这些催化剂具有酸碱特性,在反应中表现出较高的催化性能.因此,本文简要总结了用于CO2氧化EB脱氢反应的ZrO2基催化剂最新研究进展.研究发现,在CO2氧化EB脱氢制SM反应中,CO2在提高催化剂活性和稳定性方面起着非常重要的作用,可被定义为软氧化剂:氧化催化剂表面以保持其表面氧含量,移除催化剂表面产生的积碳和副产物H2,为反应体系提供较高的热容以克服反应平衡限制,从而达到较高的转化率.ZrO2基复合金属氧化物是具有改善的织构特性的纳米粒子,且具有酸碱两性和氧化还原性能.改性可提高催化体系的热稳定性和活性.其中CeO2-V2O5/TiO2-ZrO2催化剂具有恰当的氧化还原性和酸碱两性,二者协同作用,因而催化性能最佳.氧化还原稳定剂Sb的添加进一步提高了其催化性能.碱金属和碱土金属可优化其酸碱性,增加比表面积,从而提高反应活性和选择性以及CO2转化率.继续加强抑制积碳和促进CO2活化方面的研究,可有望进一步提高单程转化率(75％以上)、选择性(98％)和CO2转化率(30％).总之,CO2氧化EB脱氢制SM是一个高度经济性和环境友好的新过程,在未来有望满足SM日益增长的需求.另外,该过程的开发可减少CO2排放,其副产的CO还可用于多种化工过程.然而,该过程仍面临诸多挑战:如何抑制积碳,单程转化率和催化剂寿命有待进一步提高.这些挑战也给我们未来的研究提供了方向.深入理解反应机理、积碳机理和CO2的活化过程也有利于我们开发出更适合工业应用的催化剂.     

The effect of Al~(3+) coordination structure on the propane dehydrogenation activity of Pt/Ga/Al_2O_3 catalysts

The effect of the Al_2O_3 structure on the performance of Pt/Ga/Al_2O_3 catalysts is investigated for the direct dehydrogenation of propane. The study unveils that the structure of Al~(3+)determines the bulk structure of catalysts, particularly a high content of coordinatively unsaturated Al~(3+)sites(penta-coordinated Al~(3+),denoted as Al~(3+)penta) could lead to a remarkably improved dehydrogenation activity of the catalyst. The bulk characterization reveals that the sufficient amount of Al~(3+)pentain Al_2O_3 benefit the dispersion of Pt and Ga_2O_3 on the Al_2O_3 support. At the same time, TPR results reveal that the presence of Pt facilitates the reduction of Ga_2O_3, likely due to the hydrogen spillover between the well dispersed Pt and Ga_2O_3,which consequently enhances the synergistic function between Pt and Ga_2O_3 in the dehydrogenation of propane. Recyclability tests demonstrate that the dehydrogenation activity stabilizes after three cycles over the Pt/Ga/Al_2O_3 catalyst.     

La2O3对Pd/Al2O3催化蒽醌氢化制H2O2性能的影响

 采用湿浸法制备了用于蒽醌氢化制H2O2的La2O3促进的Pd/Al2O3催化剂,并考察了不同La2O3含量对催化性能的影响. 采用XRD,N2物理吸附,CO2-TPD,H2-O2滴定和电子探针等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,加入适量的La2O3能够抑制高温焙烧时Al2O3晶粒的长大,增大催化剂的比表面积,提高金属Pd的分散度,增强载体表面碱性,提高催化剂表面的Pd浓度,减小Pd层厚度,从而提高催化剂的氢化活性. 加入La2O3可使催化剂的Pd负载量由0.281%降至0.188%,而催化剂活性提高了44%.     

乙苯脱氢氧化铁系催化剂的活性相及钾的助催作用

与机械混合法相比,用KOH水溶液浸渍法制成的K_2O-Fe_2O_3催化剂性能较佳。负载型多元催化剂的性能与C-64I相近。SEM、XPS和EDAX证实,经使用后,上述负载型多元催化剂表面形态明显改变,表面铁/钾原子比上升。连续升温XRD证实,在乙苯脱氢通常所采用的温度区间,载于表面的KOH会迅速和氧化铁相互作用生成K_2Fe_2O_4。本文认为K_3Fe_2O_4可能是活性相并据此对实验结果作出较为合理的解释。     

天然气和二氧化碳转化制合成气的研究：Ⅲ.催化剂抗积炭性能

天然气和二氧化碳转化制合成气的研究Ⅲ．催化剂抗积炭性能史克英，徐恒泳，商永臣，范业梅，徐国林（哈尔滨师范大学化学系，哈尔滨１５００８０）关键词天然气二氧化碳转化，合成气，催化剂，抗积炭性能．在第十届国际催化会议上，催化专家提出了甲烷二氧化碳转化制合成...     

溶胶-凝胶法制备用于CO2气氛下乙苯脱氢反应的高活性Cr2O3-SiO2催化剂

 采用溶胶-凝胶法制备了Cr2O3-SiO2催化剂，考察了催化剂对CO2气氛下乙苯脱氢制苯乙烯反应的催化性能. 结果表明，溶胶-凝胶法制备的Cr2O3-SiO2催化剂上乙苯脱氢活性是常规的Cr2O3/SiO2负载型催化剂的2倍，Cr2O3-SiO2催化剂中Cr6+的含量较高是其具有高活性的主要原因.     

低镍催化剂上CO和CO_2加氢反应的对比研究

采用ＣＯ和ＣＯ＿２对比加氢活性测试，ＸＲＤ及ＴＰＲ方法研究了两个不同Ｎａ助剂含量的低镍Ｎｉ／Ａｌ＿２Ｏ＿３体系的性能。实验发现，在低镍催化剂上ＣＯ＿２在较低温度下就可加氢生成甲烷，而ＣＯ则需要更高的温度，ＣＯ＿２无需先经逆变换生成ＣＯ，然后再加氢，它可直接加氢生成ＣＨ＿４。在同一催化剂上，ＣＯ＿２加氢生成ＣＨ＿４的表现活化能要低于ＣＯ加氢生成ＣＨ＿４反应的表现活化能。晶相ＮｉＯ还原后形成的活性相对ＣＯ＿２加氢反应的活性明显高于它对ＣＯ的加氢活性，非晶相镍氧化物还原后形成的活性相对ＣＯ的加氢反应特别有利。Ｎａ助剂的含量不同会造成Ｎｉ氧化物物种的分配不同，从而导致ＣＯ、ＣＯ＿２的加氢活性及其随温度的变化也不相同，催化剂对ＣＯ、ＣＯ＿２加氢反应作用的本质是不相同的。     

Bi/Bi_2O_3 nanoparticles supported on N-doped reduced graphene oxide for highly efficient CO_2 electroreduction to formate

Electrocatalytic CO_2 reduction(CO_2 ER) into formate is a desirable route to achieve efficient transformation of CO_2 to value-added chemicals,however,it still suffers from limited catalytic activity and poor selectivity.Herein,we develop a hybrid electrocatalyst composed of bismuth and bismuth oxide nanoparticles(NPs) supported on nitrogen-doped reduced graphene oxide(Bi/Bi_2 O_3/NrGO) nanosheets prepared by a combined hydrothermal with calcination treatment.Thanks to the combination of undercoordinated sites and strong synergistic effect between Bi and Bi_2 O_3,Bi/Bi_2 O_3/NrGO-700 hybrid displays a promoted CO2 ER catalytic performance and selectivity for formate production,as featured by a small onset potential of-0.5 V,a high current density of-18 mA/cm~2,the maximum Faradaic efficiency of85% at-0.9 V,and a low Tafel slope of 166 mV/dec.Experimental results reveal that the higher CO_2 ER performance of Bi/Bi_2 O_3/NrGO-700 than that of Bi NPs supported on NrGO(Bi/NrGO) can be due to the partial reduction of Bi_2 O_3 NPs into Bi,which significantly increases undercoordinated active sites on Bi NPs surface,thus boosting its CO_2 ER performance.Furthermore,a two-electrode device with Ir/C anode and Bi/Bi_2 O_3/NrGO-700 cathode could be integrated with two alkaline batteries or a planar solar cell to achieve highly active water splitting and CO_2 ER.     

Effect of Titanium on Methanol Synthesis from CO_2 Hydrogenation over Cu/γ-Al_2O_3

Conversion of CO_2 to useful chemicals is widely investigated by many workers from the view point of finding technologies for suppressing the green house effect caused by CO_2 emission. The utilization of industrial Cu/ZnO/Al_2O_3 catalyst, which exhibited a high activity for methanol synthesis from syngas, was not successful1 in CO_2 hydrogenation. Therefore, it is important to synthesize and develop new catalysts with a higher activity and better selectivity to methanol. Recently, great …