Al_2_O3·Na_2O·xH_2O/NaOH/Al(OH)_3催化剂催化木质素水蒸气气化制氢研究(英文)

考察了催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3催化木质素水蒸气气化制氢及其影响因素。结果表明,木质素气化的产氢速率随Na2O/C比值的升高而升高;木质素在较低的温度下气化时,较高的水蒸气流速有利于抑制CO和CO2的生成。产氢速率随水蒸气流速的增大而增大。催化剂中的铝酸钠水合物受热分解产生的水可导致催化剂中的NaOH组分产生更多的Na+和OH-离子。更多的Na+和OH-离子可使木质素中C—H键的键能更显著的降低。木质素在473 K~973 K气化的氢转化程度可达134.94%,这表明催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3对木质素低温水蒸气气化制氢具有较好的催化活性。     

CoO/CaTiO3的制备及其光催化分解水的性能

 以碱金属化合物为矿化剂,以Ca(NO3)2和钛酸丁酯的水解产物TiO(OH)2为原料进行固态反应,制得CaTiO3粉末,再由浸渍法负载上CoO,制备出新型光催化分解水的催化剂CoO/CaTiO3. SEM, XRD和UV-Vis漫反射光谱表征结果显示,加入NaOH矿化剂可使固态反应完全,提高CaTiO3的结晶完整性. 适宜的NaOH用量为1.5%. 在400 W高压汞灯照射下,该催化剂在0.008 mol/L的Na2CO3溶液中分解水的产氢速率可达到468 μmol/(g·h).     

草酸钠改性共沉淀制备高效Cu/ZrO2催化剂及其 在甲醇部分氧化制氢反应中的应用

采用四种不同沉淀剂并流共沉淀制备系列Cu/ZrO2催化剂, 结果表明经过Na2C2O4和NaOH改性沉淀的催化剂在甲醇部分氧化制氢反应中表现出比NaOH, Na2CO3和Na2C2O4-Na2CO3沉淀的催化剂更优越的催化性能, 在533 K可获得92%的氢气产率而CO含量低于1.5%, 并且在110 h寿命测试中保持良好的稳定性. 采用X射线粉末衍射, N2低温吸附, H2-TPR, N2O滴定和X射线光电子能谱对其进行系统表征, 阐述了该改性共沉淀法所得催化剂高性能的本质原因.     

层状K-Fe-Ti金属氧化物上光催化分解水制氢

 采用高温固相反应法合成了层状K-Fe-Ti金属氧化物催化剂,用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征,并通过光催化分解水制氢反应对催化剂的活性进行了评价. 结果表明,合成原料中K+的含量和固相反应温度都会影响催化剂的晶相结构; 催化剂中八面体配位的Fe3+使其具有显著的可见光吸收特性,但增加合成原料中Fe3+的量仅增加孤立的Fe2O3物种; 在草酸的偶合作用下,正交晶相的催化剂光催化分解水的产氢速率高于四方晶相的催化剂,但后者的产氢速率稳定性高于前者.     

基于Ru-bda双核钌催化剂的可见光驱动水氧化

开发高效水氧化催化剂对于太阳能分解水制氢和 CO2还原都具有重要意义. 我们之前的研究表明, 基于 Ru-bda(bda= 2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸) 单体的双核钌催化剂在以 (NH4)2Ce(NO3)6为氧化剂的化学法水氧化反应中表现出良好的催化性能, 比相同条件下单核钌催化剂的活性高出一个数量级. 然而, 该类双核钌催化剂的光催化水氧化性能尚未被系统研究.因此我们考察了以丙烷桥双核钌配合物为催化剂、[Ru(bpy)3]Cl2为光敏剂、Na2S2O8为电子牺牲体组成的三组分体系的光催化性能, 并和相应的单核钌催化剂进行了对比, 同时考察了溶液中乙腈的含量对单、双核钌分子催化剂光催化产氧性能和产氧机理的影响.实验结果表明, 无论是单核还是双核钌催化剂, 其催化活性与乙腈在磷酸缓冲溶液中的比例密切相关. 乙腈的含量不仅影响了水氧化的驱动力, 而且影响 O-O 的形成机理, 改变反应的动力学和反应速率. 单、双核钌催化剂的活性都随着乙腈比例的增加而增加, 然而双核钌催化剂在低乙腈含量的缓冲溶液中展现优于单核钌催化剂的光催化性能; 而在高乙腈含量的缓冲溶液中, 双核钌催化剂和单核钌催化剂的光催化性能趋于相当. 在最优化条件 (60% 乙腈) 下, 双核钌的光催化产氧 TON 值达到 638, 在 450 nm 的光量子效率达到 77%. 我们还发现, 当乙腈浓度较低时, 单核钌催化剂 Ru-bda 催化的水氧化反应为二级动力学; 当乙腈浓度较高时, 该催化剂在反应中表现为一级动力学. 从而推测 O-O 键的形成机制由双分子自由基耦合转变成单分子亲核进攻, 也解释了为什么高乙腈含量下单核和双核钌催化剂的活性差别不大. 本研究所展示的 Ru-bda 的溶剂效应可能同样适用于电化学和光电化学水氧化, 对深入理解和设计高效太阳能分解水器件具有重要意义.     

K改性的Pt/Al2O3催化剂上CO氧化反应：反应动力学和红外光谱研究

CO氧化不仅具有重要的实用价值,而且在基础研究中被用于考察反应机理及催化剂结构敏感性等一些重要问题,因此,该反应在催化领域中具有重要意义. Pt基催化剂被广泛应用于CO氧化反应.其催化活性取决于催化剂的制备方法.其中,碱金属如Na、K等助剂的添加可有效促进催化活性,红外光谱证据表明,其促进作用在于碱金属的添加可降低CO与表面Pt原子的相互作用.尽管如此,催化剂上反应动力学证据却十分缺乏.反应动力学的研究可以提供一些本证反应信息如反应基元步骤、反应速率表达式以及反应机理等.通过对比不同催化剂之间的反应动力学行为,可以进一步解释碱金属对催化剂结构以及反应行为的影响.因此在本工作中,我们制备了一系列以K为助剂的Pt/Al2O3催化剂,并进行了CO氧化的反应动力学研究,考察了助剂对CO反应级数和反应活化能的影响.结合原位红外光谱表征,进一步揭示了助剂在反应中的作用.通过对比不同Pt和K含量的催化剂上CO氧化反应活性,我们发现, K的添加能促进反应活性,且随着催化剂中K含量的增加,促进程度越明显.例如,0.42K-2Pt/Al2O3上T50温度比对应的2Pt/Al2O3降低了30oC.不同催化剂上CO氧化的反应动力学实验表明,反应速率随着CO的分压的增加而降低;但随着O2分压的增加而增大.幂函数反应速率表达式推导得到的反应级数发现,对于含K的催化剂其CO的反应级数(约为–0.2)明显比不含K的催化剂(约为–0.5)中高,说明K的添加减弱了CO与表面Pt原子之间的吸附能力.但对O2的反应级数影响较小.例如：在0.42K-2.0Pt/Al2O3上反应速率表达式为r =6.55′10–7pco–0.22po20.63;而在2.0Pt/Al2O3上为r =2.56′10–7pco–0.53po20.70.表观反应活化能的计算表明,含K的催化剂上表观反应活化能较低,进一步说明K的添加有利于反应进行.根据反应速率表达式,我们进行了基元步骤的推导,并计算了反应动力学参数.结果发现,与不含K的催化剂相比,含K的催化剂中本征反应速率常数明显增加,而CO吸附平衡常数降低了一半,表明K的存在使CO在Pt表面上的覆盖度降低.我们还通过原位红外光谱对比了催化剂上CO吸附行为的差异.数据表明,与不含K的催化剂相比, K的添加一方面降低了CO在催化剂表面的吸附量(峰面积变小);另一方面显著降低了CO在Pt表面上的脱附温度,说明两者之间的相互作用力减弱.综上所述,通过反应动力学和红外光谱实验,我们认为K助剂与表面Pt原子相互作用后生成了较为稳定的Pt–O–K物种.尽管该物种的具体结构目前还不明确,但我们的实验证据表明,该物种的存在可以有效减弱CO与表面Pt原子之间的相互作用,降低CO的表面覆盖度并有利于O2在Pt表面的竞争吸附,从而降低了表面吸附的CO与O2之间反应的能垒,促进了反应性能.     

沉淀剂对AU/ZnO催化剂CO氧化性能及催化剂结构的影响

在25 C和进料中含水条件下,考察了由Na2CO3,(NH4)2CO3,NaOH和NH4OH等4种沉淀剂制备的Au/ZnO催化剂上CO氧化活性和稳定性.结果表明,沉淀剂影响Au/ZnO催化剂的前体组成、金粒子和ZnO粒子大小、比表面积及CO氧化性能.由NH4OH制备的Au/ZnO催化剂活性和稳定性较差,CO转化率只有15%;由其它3种沉淀剂制备的Au/ZnO催化剂的CO氧化活性和稳定性明显改善,可至少连续反应1 100 h,且保持CO完全氧化,其中Na2CO3是最佳沉淀剂.在反应过程中反应气氛可引起金粒子的聚集及在催化剂表面生成新的碱式碳酸锌物相.催化剂的稳定性与金粒子长大速度和碳酸根累积量有关.     

不同沉淀剂对Co3O4催化剂催化分解N2O活性的影响

采用了不同沉淀剂（K2 CO3、Na2 CO3、NaOH、NaHCO3）制备了一系列 Co3 O4氧化物催化剂。通过 XRD、XPS、BET、H2-TPR、O2-TPD 表征手段,探究了催化剂物相结构和氧化还原性能对 N2 O 催化分解性能的影响。研究表明,以 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4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 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4催化剂表现出最佳的 N2 O 催化分解活性,在450℃达到90％以上的转化率。     

表面反应在半导体光催化水分解过程中的重要性

利用光解水制氢将太阳能直接转化并储存为氢和氧的化学能是解决能源危机和环境污染的有效途径之一。光解水制氢过程中光生载流子在材料表面处发生的氧化还原反应尤为复杂,由于表面反应拥有较高的过电位以及缓慢的气体脱附速率而成为整个光解水过程中的速控步骤,因此得到了研究者的重点关注和研究。本文就催化剂表面反应过程调控的科学问题进行简要总结和展望。结合光催化水分解基本原理,(i)阐述了促进表面水分解反应速率的主要方法;(ii)介绍了表面助催化剂的作用和分类;(iii)讨论了材料表面态的钝化和保护层的包覆对表面水分解反应的影响。最后对光催化水分解表面反应研究的未来发展方向提出了若干设想。     

基于Ru-bda双核钌催化剂的可见光驱动水氧化（英文）

开发高效水氧化催化剂对于太阳能分解水制氢和CO_2还原都具有重要意义.我们之前的研究表明,基于Ru-bda(bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸)单体的双核钌催化剂在以(NH4)2Ce(NO3)6为氧化剂的化学法水氧化反应中表现出良好的催化性能,比相同条件下单核钌催化剂的活性高出一个数量级.然而,该类双核钌催化剂的光催化水氧化性能尚未被系统研究.因此我们考察了以丙烷桥双核钌配合物为催化剂、[Ru(bpy)3]Cl2为光敏剂、Na2S2O8为电子牺牲体组成的三组分体系的光催化性能,并和相应的单核钌催化剂进行了对比,同时考察了溶液中乙腈的含量对单、双核钌分子催化剂光催化产氧性能和产氧机理的影响.实验结果表明,无论是单核还是双核钌催化剂,其催化活性与乙腈在磷酸缓冲溶液中的比例密切相关.乙腈的含量不仅影响了水氧化的驱动力,而且影响O-O的形成机理,改变反应的动力学和反应速率.单、双核钌催化剂的活性都随着乙腈比例的增加而增加,然而双核钌催化剂在低乙腈含量的缓冲溶液中展现优于单核钌催化剂的光催化性能;而在高乙腈含量的缓冲溶液中,双核钌催化剂和单核钌催化剂的光催化性能趋于相当.在最优化条件(60%乙腈)下,双核钌的光催化产氧TON值达到638,在450 nm的光量子效率达到77%.我们还发现,当乙腈浓度较低时,单核钌催化剂Ru-bda催化的水氧化反应为二级动力学;当乙腈浓度较高时,该催化剂在反应中表现为一级动力学.从而推测O-O键的形成机制由双分子自由基耦合转变成单分子亲核进攻,也解释了为什么高乙腈含量下单核和双核钌催化剂的活性差别不大.本研究所展示的Ru-bda的溶剂效应可能同样适用于电化学和光电化学水氧化,对深入理解和设计高效太阳能分解水器件具有重要意义.     

阴离子对水的羟基伸缩振动拉曼光谱的影响

通过比较纯水、NaX(X=F, Cl, Br, I)、Na2S、NaOH、NaNO3、Na2CO3、Na2SO4溶液的羟基伸缩振动拉曼光谱, 发现所研究的阴离子对水的结构都有破坏作用. 通过比较阴离子对水的羟基伸缩振动拉曼光谱的影响, 可将所研究的阴离子分为两类, 一类阴离子有F−、OH−、S2−、CO32−, 另一类阴离子有Cl−、Br−、I−、NO3−和SO42−. 它们的主要区别在于对羟基伸缩振动拉曼光谱3600 cm−1、2900−3100 cm−1处影响不同, 产生这些区别的原因在于阴离子与水分子之间氢键的强弱. 阴离子对水的羟基伸缩振动拉曼光谱的影响因素有离子半径、离子电荷和离子结构, 它们的影响程度为离子结构>离子电荷>离子半径.     

超临界水中碳酸钠团簇成核与生长分子动力学模拟

应用分子动力学方法研究了碳酸钠颗粒在超临界水中的成核与生长过程. 计算了温度为700-1100 K、压力在23-30 MPa下碳酸钠的团聚过程, 计算时间为1 ns. 对体系结合能与径向分布函数的分析表明, 碳酸钠成核过程主要受静电作用的影响. 在超临界态下, 水分子与Na⁺和CO₃^2- 之间的静电作用降低, Na⁺与CO₃^2- 能够很容易碰撞形成Na₂CO₃小团簇. 在Na₂CO₃整个成核过程中, 单个离子的碰撞在前50 ps 内完成, 同时离子碰撞速率达到10³⁰ cm^-3·s^-1. 另外, 在成核阶段温度的影响比压力更加明显, 温度越高, 离子碰撞速率越快, 形成的初始团簇越多. 而压力对Na₂CO₃团簇的进一步生长影响较大.     

磷钼杂多化合物湿法氧化脱硫动态特性研究

采用动态氧化还原电位监测法与尾气H2S浓度监测法,较为系统地研究了磷钼杂多化合物体系的脱硫动态特性,结果表明：磷钼酸钠（NaHPA)对H2S具有较好的脱除效果,空气对磷钼酸钠有很好的再生效果,磷钼酸钠杂多化合物体系的脱硫性能与其组成密切相关－NaCl能加速体系再生,Na2CO3能提高体系对H2S的吸收速率,NaVO3对脱硫体系的贡献表现在对再生过程的催化剂作用和对H2S的辅助吸收,体系的脱硫性能随温度提高而有所降低,随进气H2S浓度提高而相应降低,随吸收剂浓度提高而显著增加,最后,在单因素作用规律基础上,通过正交试验得到复配体系与比为：NaHPA:NaVO3:Na2CO3:Nacl=1:1:0.377:5.472.     

Influence of the reactant concentrations on the synthesis of ZnO nanoparticles

We report on the synthesis of ZnO nanoparticles from Zn(CH3CO2)2 and NaOH in 2-propanol. Nucleation and growth are fast, and hence at longer times the particle size is controlled by coarsening. The coarsening kinetics are independent of the Zn(CH3CO2)2 concentration between 0.5 and 1.25 mM at a fixed [Zn(CH3CO2)2]:[NaOH] ratio of 0.625. The width of the size distribution was found to increase only slightly with aging time. In addition, at a fixed Zn(CH3CO2)2 concentration of 1 mM, the kinetics are independent of the [Zn(CH3CO2)2]:[NaOH] ratio between 0.476 and 0.625. The presence of water in the reaction mixture was found to only slightly affect the coarsening kinetics for water contents larger than about 20 mM. For lower water concentrations, the nucleation and growth of ZnO were very slow. It can be concluded that the synthesis method described provides a reliable source of ZnO nanoparticles due to its insensitivity to the reactant concentrations and the presence of water.     

Monitoring Hydrogen Plasma Reduction of Oxides by Na D Lines

Out of many applications of hydrogen plasma, reduction of metal oxides is an important one. The reduction can be carried out using carbon or hydrogen. While carrying out the reduction of hematite (Fe₂O₃) in hydrogen plasma, an attempt was made to characterize the hydrogen plasma by optical emission spectroscopy. The spectroscopic results provide some new and useful information. In addition to the hydrogen emission lines, two prominent lines at 589 and 589.6 nm were observed. These two lines are confirmed to be sodium D1 and D2 (Na D lines) by comparing with a low pressure sodium vapour lamp (LPSVL). The source of the trace amount of sodium is also confirmed to be from the metal oxide sample as an impurity. These lines are found to be very sensitive to various process parameters such as gas flow rate, microwave power, and reduction chamber pressure. The temporal variation of these two Na D lines also shows a characteristic trend during metal oxide reduction in hydrogen plasma. The weight loss and the X-ray diffraction analyses of reduced Fe₂O₃ sample for different time duration provides the evidence of correlation with Na D lines’ intensity trend. This trend can be used to monitor the state and completion of hydrogen plasma based reduction reaction. In processes where Na is not associated with metal oxide, trace amount of Na in its molecular form such as NaOH can be introduced for monitoring the plasma process parameters as well as the plasma based reduction process.     

pH调节剂对BiOCl结构和光催化降解RhB的影响

以水解法合成了BiOCl纳米片,并考察了制备溶液的pH调节剂对BiOCl晶形、形貌、孔径分布和比表面积、化学组成、光学性质及催化性能的影响.采用X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对所合成的BiOCl样品进行表征.表征和催化结果表明:pH调节剂为NaOH和Na_2CO_3的BiOCl样品含有杂质,pH调节剂为NH_4OH的BiOCl为纯四方晶型材料;3种pH调节剂合成出的BiOCl都为纳米片,纳米片粒子大小顺序为Na_2CO_3NH_4OHNaOH,孔径大小顺序为Na_2CO_3NaOHNH_4OH;以NaOH、Na_2CO_3、NH_4OH为pH调节剂合成出的BiOCl的带隙能分别为3.27、3.21、3.15 e V,表面元素均为B~(3+)、O~(2-)和Cl~-;可见光降解罗丹明B的顺序为NH_4OHNa_2CO_3NaOH.并且,我们阐述了pH调节剂对光催化降解RhB的影响机理.     

Adsorption and reaction of CO2 and SO2 at a water surface

The orientation and hydrogen bonding of water molecules in the vapor/water interfacial region in the presence of SO2 and CO2 gas are examined using vibrational sum-frequency spectroscopy (VSFS) to gain insight into the adsorption and reactions of these gases in atmospheric aerosols. The results show that an SO2 surface complex forms when the water surface is exposed to an atmosphere of SO2 gas. Reaction of SO2 with interfacial water leads to other spectral changes that are examined by studying the VSF spectra and surface tension isotherms of several salts added to the aqueous phase, specifically NaHSO3, NaHCO3, Na2SO3, Na2CO3, Na2SO4, and NaHSO4. The results are compared with similar studies of CO2 adsorption and reaction at the surface. A weakly bound surface complex is not observed with CO2.     

水溶性钯配合物催化柠檬醛的选择加氢反应研究 Ⅰ.反应条件的影响

研究了在水／有机物两相体系中水溶性钯－膦配合物催化柠檬醛的加氢反应．考察了反应温度、氢气压力、底物和催化剂浓度、反应时间、水相ｐＨ值等对该反应的影响，并与几种柠檬醛衍生物的加氢结果进行了比较．发现仅用蒸馏水作水相，则主要产物是二氢香茅醛（＞９３％）；而水相中加入Ｎａ２ＣＯ３后，则主要产物为香茅醛（９７％），且加氢速度比同样条件下使用Ｐｄ／Ｃ催化剂快得多．