一种制备用于正庚烷异构化的Pt-WO3/ZrO2催化剂的新方法

 采用不同的ZrO(OH)2前驱体制备了WO3-ZrO2和Pt/WO3-ZrO2催化剂. 结果表明,与常规的ZrO(OH)2水凝胶为前驱体制备的WO3-ZrO2-CP催化剂相比,以常压流动氮气中干燥处理的ZrO(OH)2乙醇凝胶为前驱体制备的WO3-ZrO2-AN催化剂对正庚烷临氢异构化反应具有更高的催化活性. 当在 WO3-ZrO2-AN中添加少量Pt时,其催化活性和稳定性均得到显著提高. 表明以ZrO(OH)2醇凝胶为前驱体可以制备出高效稳定的Pt/WO3-ZrO2-AN催化剂.     

CO2重整甲烷反应高效稳定Ni/ZrO2催化剂的纳米结构特点

分别通过在常压流动N2气中加热处理ZrO(OH)2醇凝胶和在空气中焙烧ZrO(OH)2水凝胶制备了含不同晶相组成和不同尺寸ZrO2纳米粒子的Ni/ZrO2催化剂.Ni/ZrO2催化剂上CO2重整CH4反应的活性和稳定性以及多种催化剂表征(XRD,TEM,TPR及TPD等)数据表明,高效稳定的Ni/ZrO2催化剂必须具有“金属/氧化物”纳米复合物的特征.ZrO2纳米粒子的晶相组成对CO2重整甲烷反应中纳米复合物型Ni/ZrO2催化剂的稳定性没有明显影响.     

Au/ZrO2催化剂中ZrO2的尺寸效应:1,3-丁二烯加氢反应

在不同温度(673～1073K)下,于流动N2气中焙烧ZrO(OH)2醇(乙醇)凝胶,制备了不同尺寸的ZrO2-AN纳米晶(6～30nm).采用沉积-沉淀方法制备了相应的质量分数为0.7%的Au/ZrO2-AN催化剂.用XRD,XRF,TEM/HRTEM,EDS,N2吸附和1,3-丁二烯加氢反应对ZrO2-AN和Au/ZrO2-AN催化剂进行了表征.结果表明,在所有的Au/ZrO2-AN样品中,Au粒子的平均尺寸为4～5nm,ZrO2-AN的颗粒大小没有因为负载Au粒子而发生改变.1,3-丁二烯在Au/ZrO2-AN催化剂催化下能以100%的选择性进行加氢反应生成单烯烃.随着Au/ZrO2-AN催化剂中ZrO2-AN纳米晶尺寸的增加或“载体”焙烧温度的升高,1,3-丁二烯的转化率明显降低;1-丁烯的选择性先增加后减小,2-丁烯中反/顺异构体的摩尔比在0.5～1.0的范围内逐渐增大,TEM/HRTEM表征结果清楚地表明,Au/ZrO2-AN催化剂中Au粒子与ZrO2-AN颗粒接触界面/周边随ZrO2-AN颗粒尺寸的减小而明显增加,这很可能是含有更小尺寸ZrO2-AN纳米粒子的Au/ZrO2-AN催化剂具有更高的催化活性的重要原因.     

纳米ZrO2/Al2O3复合载体及Ni/ZrO2/Al2O3催化剂的性能研究

 采用溶胶-凝胶法在经过扩孔处理的Al2O3基载体上制备了纳米ZrO2/Al2O3复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/ZrO2/Al2O3催化剂. 用XRD,TPR,TPD和N2吸附等技术分别考察了载体和催化剂的结构及表面性能,研究了复合载体对Ni/ZrO2/Al2O3催化CO2重整CH4反应性能的影响. 结果表明,纳米ZrO2/Al2O3复合载体具有较大的比表面积、适宜的孔径分布及稳定的t-ZrO2结构,Ni/ZrO2/Al2O3催化剂具有较好的CO2重整CH4反应活性和稳定性.     

Au/ZrO2催化CO氧化反应中ZrO2纳米粒子的尺寸效应

从同一ZrO(OH)2出发制备了三种不同尺寸的ZrO2纳米颗粒(ZrO2-CP：40-200nm,ZrO2-AN;18～25nm,ZrO2-AD：10～15nm),采用沉积-沉淀方法制备了相应的Au/ZrO2催化剂,用XRD,XRF,TEM和低温N2吸附对ZrO2和Au/ZrO2进行了表征．XRD和TEM分析表明Au/ZrO2样品中Au粒子的平均尺寸为4～5nm,而Zr02的晶相和颗粒大小没有因为“负载”Au粒子而发生变化．CO催化氧化反应的结果表明,Au／ZrO2催化活性随着ZrO2纳米粒子尺寸的减小活性明显增加．TEM／HRTEM结果表明,Au／ZrO2催化剂中Au粒子与ZrO2颗粒接触界面随ZrO2颗粒尺寸的减小而明显增加,这很可能是含有更小尺寸ZrO2纳米粒子的Au／ZrO2催化剂具有更高催化活性的重要原因。     

醇-水溶液加热法制备ZrO2气凝胶的研究

以硝酸氧锆(ZrO(NO3)2.2H2O)为起始原料,采用醇-水溶液加热法结合超临界流体干燥制备了ZrO2气凝胶.通过XRD、TEM、BET等手段考察了制备条件及焙烧温度对所得ZrO2气凝胶织构、结构的影响.结果表明:醇-水比例、锆盐浓度、陈化时间等制备条件对ZrO2气凝胶织构、结构有较大的影响;醇-水体积比为4:1、锆盐浓度为0.2 mol/L、陈化5h制得的ZrO2气凝胶的比表面积达668.2 m2/g;在焙烧温度为400~700℃的温度范围,呈单一稳定四方晶相结构.     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究 Ⅰ 催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体；用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时，制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能，考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上，500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

纳米ZrO2的合成对负载Ni催化剂的CH4/CO2重整反应的影响

采用共沉淀法、醇热合成法和干法分别合成了纳米ZrO2（ZrO2 CP、ZrO2 ET和ZrO2 S），用XRD、 BET、SEM等对其结构和表面性质进行表征，以CH4/CO2重整为探针反应研究了不同方法合成的纳米ZrO2负载Ni催化剂的催化性能，并与载体的物化性质进行了关联。实验结果表明，以干法合成的纳米介孔ZrO2 S具有较大的比表面积（133m2/g）和较好的孔径分布(4.9nm)，Ni/ZrO2 S催化剂在CH4/CO2重整反应中表现出较好的催化性能。     

介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物催化甲烷和二氧化碳重整

采用溶胶-凝胶法制备了一种具有高热稳定性的介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物.此纳米复合物在甲烷/二氧化碳重整中表现出较高的活性和稳定性,且经连续运行50h后,其催化活性没有明显降低,稳定性显著高于Ni/Al2O3或Ni/SiO2负载型催化剂.这是由于反应过程中纳米Ni颗粒尺寸被有效稳定以及碱性组分CaO的存在,催化剂中相互嵌合的Ni,ZrO2和CaO的颗粒尺寸均为10nm左右,堆积形成了海绵状的介孔结构.CaO的存在使催化剂具有较强的碱性,促进了反应物CO2的化学吸附和解离.     

B2O3/ZrO2催化剂稳定性和再生性能的研究

以气相环己酮肟重排反应合成己内酰胺是多相催化研究领域的重要课题之一[1,2]. 本研究小组曾首次报道了B2O3/ZrO2催化剂对该反应表现出较高的活性和己内酰胺选择性,但是该催化剂的稳定性和再生性能较差[3,4]. 而通过对催化剂的组成和结构与己内酰胺产率关系的研究表明,当B2O3在ZrO2载体(60 m2/g)表面平均形成约两个单层厚度的B2O3表面相时催化剂性能最好[2],这预示着增加ZrO2载体的比表面积可望改善B2O3/ZrO2催化剂的性能. 采用常规方法制备的ZrO(OH)2经600 ℃焙烧后所得ZrO2的比表面积一般不超过60 m2/g. 本文以蒸煮回流ZrO(OH)2水凝胶的方法制备了高比表面积的ZrO2,并考察了以其为载体的B2O3/ZrO2催化剂对气相环己酮肟重排反应的催化性能.     

电催化合成过氧化氢用于环境消毒

流行性疾病贯穿整个人类历史,伴随全球人口流动,它们可能演变成大型流行病.时至今日,我们仍在见证已知和新生的病原体对人类历史格局的改变.在与流行性疾病的抗争中,诸如紫外线辐射、巴氏杀菌和化学氧化法等技术被用于病原体的消杀和抗体的研制.然而,这些技术在环境消毒方面存在诸多不利,譬如过长的消杀时间、昂贵的特殊设备以及伴生的环境污染.过氧化氢是一种环境友好的多功能氧化剂,其分解的最终产物是氧气和水,广泛用于伤口消毒、纸浆和纺织品漂白、废水废气处理、化学合成、半导体清洗以及洗涤剂.目前,过氧化氢的生产严重依赖于传统的蒽醌法,该技术由Riedl和Pfleiderer于1939年提出,并沿用至今.然而,蒽醌法能耗高,该技术仅在较大规模上经济可行.不稳定的过氧化氢溶液存在危险性,这对大宗过氧化氢的运输和存储提出了额外的挑战.电化学合成过氧化氢被认为可有效替代传统蒽醌法,其反应条件温和,所需反应物是环境中广泛存在的水和氧气;与可再生能源相结合,有望实现分布式原位生产过氧化氢.过氧化氢既可以通过两电子的水氧化反应生成,又可以经由两电子的氧还原反应产生.Berl等在上世纪30年代首次报道了经由两电子的氧还原反应合成过氧化氢,并随后在1991年将其商业化(亦即Huron-Dow法).自此,Huron-Dow法被广泛用于纸浆和纸张的漂白过程.最近,Huron-Dow法进一步演变为电子-芬顿工艺,并被广泛用于饮用水净化和污水处理.目前,涉及高活性和高选择性的电化学合成过氧化氢的优秀综述见诸各大期刊;但是鲜有综述探讨该技术在环境消毒方面的应用.为了探寻提升公共卫生安全的有效替代方法,本文探讨了在电催化制备过氧化氢在环境消毒方面的可行性.本文涵盖三个主题,从基础理论到实践两个层次探讨了该技术在实际应用中的可行性.首先,回顾了H2O2消杀病原体的机理;其次,讨论了影响电催化制备过氧化氢的关键因素,并对现有的用于两电子水氧化和氧还原的催化剂进行了系统性的评述;最后,讨论了电极和电解池的合理设计,以实现电催化制备过氧化氢在实际中的应用.本文试图为最终实现电催化制备过氧化氢在环境消毒,尤其是公共卫生领域,提供可寻的研究方向.     

NiCo2O4纳米线对 H2O2电还原的催化性能

以无模板生长法制备了泡沫镍载NiCo2O4纳米线正极材料, XRD和SEM表征结果表明, 所得材料为NiCo2O4纳米线, 以循环伏安法和计时电流法研究了泡沫镍载NiCo2O4纳米线对H2O2电还原的催化性能. 结果显示, 在0.4 mol/L H2O2 和 3.0 mol/L NaOH 溶液中, 当电压为-0.4 V(vs. Ag/AgCl)时, 循环伏安的电流密度达到125 mA/cm2; 当电压为-0.2, -0.3和 -0.4 V 时, 在30 min 的测试时间内, 计时电流密度几乎均为一常数, 表明以泡沫镍载NiCo2O4纳米线为催化剂电还原H2O2具有很高的活性和很好的稳定性.     

Co-CeO2/SiO2催化剂上的费-托反应性能

 考察了反应条件对Co－CeO2／SiO2催化剂上费－托合成反应性能的影响，并对催化剂进行了1000h稳定性和再生性能实验．结果表明，添加铈助剂后，催化剂具有良好的稳定性和再生性能，整个过程中CO转化率为89．7％，C5＋烃类（主要组成为C10～C20直链烃）选择性为81．0％，链增长几率为0．90．催化剂的活性表面被反应产物蜡覆盖时，阻碍了反应物与活性中心的结合，是导致催化剂活性降低的主要原因．     

RuO_2/TiO_2纳米薄膜的新构建及对CO_2的电催化还原

在旋涂有球状纳米TiO2薄膜的导电玻璃(ITO)基底上采用循环伏安法(CV)电沉积RuO2作为电催化还原CO2的阴极.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征了RuO2/TiO2纳米薄膜的形貌,并应用近稳态电位扫描法和计时电流法(i～t)研究了薄膜的电催化CO2性能.结果表明所构建的RuO2/TiO2薄膜中纳米粒子大小均匀、排列致密,且较传统热分解法所得催化剂有更好的电催化性能.     

在光催化还原CO2中具有高催化效率的八面体Cu2O修饰的TiO2纳米管

光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展,但是整体的光催化转换效率还非常低。因此,需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配,人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说, TiO2仍存在很多不足,如只能吸收太阳光谱中的紫外光,光生载流子会快速结合,以及光生空穴的强氧化能力等,这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物,并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示,所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构;复合物中的纳米颗粒为Cu2O;当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时,得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加, Cu2O颗粒尺寸增加,具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明, TiO2纳米管为锐钛矿,八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下,由于自身的禁带宽度,纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力;经过Cu2O纳米颗粒的修饰,复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力,其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下,经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中,主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率,我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明, Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域,提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外,我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱,研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明,适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力,增加了光生载流子的数量,从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上,本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下,该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论,我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点,同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载,从而提高了电子和空穴的分离;(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收,促进催化剂最大程度地利用太阳光;(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配,在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力,从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。     

Photocatalytic Co-Reduction of N2 and CO2 with CeO2 Catalyst for Urea Synthesis

The effective conversion of carbon dioxide (CO₂) and nitrogen (N₂) into urea by photocatalytic reaction under mild conditions is considered to be a more environmentally friendly and promising alternative strategies. However, the weak adsorption and activation ability of inert gas on photocatalysts has become the main challenge that hinder the advancement of this technique. Herein, we have successfully established mesoporous CeO_2-x nanorods with adjustable oxygen vacancy concentration by heat treatment in Ar/H₂ (90 % : 10 %) atmosphere, enhancing the targeted adsorption and activation of N₂ and CO₂ by introducing oxygen vacancies. Particularly, CeO₂-500 (CeO₂ nanorods heated treatment at 500 °C) revealed high photocatalytic activity toward the C−N coupling reaction for urea synthesis with a remarkable urea yield rate of 15.5 μg/h. Besides, both aberration corrected transmission electron microscopy (AC-TEM) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy were used to research the atomic surface structure of CeO₂-500 at high resolution and to monitor the key intermediate precursors generated. The reaction mechanism of photocatalytic C−N coupling was studied in detail by combining Density Functional Theory (DFT) with specific experiments. We hope this work provides important inspiration and guiding significance towards highly efficient photocatalytic synthesis of urea.     

Surfactants for CO2

For some 15 years the attainment of efficient, nonfluorinated CO2-active surfactants has been a Holy Grail for researchers spanning pure and applied chemical sciences. This article tells the story of small-molecule CO2-active surfactants, from the first tentative observations with fluorinated compounds in 1991 up to recently discovered fluorine-free oxygenated amphiphiles.     

ZrO2—SiO2负载Cu—Ni催化剂的CO2加氢反应性能

采用表面反应改性法,制备了ZrO2-SiO2（ZrSiO)表面复合物载体,用等体积浸渍法制备了ZrSiO担载的Cu-Ni双金属催化剂,借助BET、TPR、IR和微反等技术,研究了ZrSiO及其负载的Ni、Cu双金属催化剂的表面构造,化学吸附及催化CO2加氢的反应性能,结果表明,ZrSiO表面主要是价联型结构,ZrO2引入SiO2表面,可以有效地促进CuO和NiO的还原,在ZrSiO负载的Cu-Ni催化剂表面的Cu或Ni位,CO2发生化学 吸附形成线、剪式、卧式吸附态,在该催化剂上CO2的加氢反应产物主要是CH3OH3、CH4、CO和H2O生成CH3OH的选择性与催化剂组成及反应条件密切相关,在适当的条件,CH3OH的选择性大于90％。     

Bu2 iAlCl-Cp2TiCl2 — A new reagent for hydroalumination of disubstituted acetylenes

A new regio- and stereoselective method for the synthesis ofE-alkenylchloralanes based on Cp₂TiCl₂-catalyzed hydroalumination of disubstituted acetylenes by diisobutylaluminum chloride was developed. Hydrolysis and deuterolysis of organoaluminum compounds lead to the correspondingZ-olefins, and cross-coupling with ally) halides in the presence of Pd(Ph₃P)₄ results in the formation ofcis-4,5-disubstituted 1,4-dienes.Translated fromIzvestiya Akademii Nauk, Seriya Khimicheskaya, No. 11, pp 2751–2764, November, 1996.