不同方法制备的纳米Au/NiO上CO常温常湿催化氧化性能的研究

CO的常温催化氧化过程在消除环境污染、空气净化、CO传感器、封闭式CO₂激光器、防毒面具以及密闭系统内CO的消除等方面都具有较高的实用价值.     

在TiO2上CO的光催化氧化

最近在“氧化的”TiO₂(即表面无氧空位和Ti³⁺)上进行的CO光催化氧化研究发现:室温下,以黑光灯(峰值λ=365nm)光照时,“氧化的”TiO₂无CO催化氧化的活性,但以杀菌灯(峰值λ=253.7nm)光照时,则对CO产生显著的催化活性.参照CO在过渡金属表面的催化氧化机理,对本现象进行了解释:黑光灯照时,O₂在TiO₂表面只生成O_2(a)^-,而O_2(a)^-不能使CO氧化,只有以杀菌灯照时,TiO₂表面产生O_(a)^-,CO氧化反应才能发生.     

沉积沉淀法中制备条件对负载型纳米金催化剂性能的影响

CO的高效快速去除以及实现低(常)温催化氧化是现今研究的重点，而以尿素为沉淀剂，采用沉积沉淀法制备得到的低(常)温催化氧化CO负载型纳米金催化剂具有纳米金颗粒粒径更小、均匀分布于载体上的特点．本文对比了不同的搅拌方式、不同氧化铁载体的浸渍次数以及3种纳米金负载量制备条件下获得的Au/FeO_x/Al₂O₃催化剂的物化性质及催化氧化CO活性．结果表明用恒温水浴摇床振荡得到的负载型纳米金催化剂具有更好、更稳定的催化效果；其中，二次浸渍、摇床振荡、负载量为2%的制备条件下，纳米金催化剂具有最强的低温CO催化氧化活性．最后，本文分析了Al₂O₃,FeO_x/Al₂O₃和Au/FeO_x/Al₂O₃在不同温度下的CO催化氧化机理，认为CO催化氧化过程除了有CO₂产生，还存在副产物碳酸盐类物种．     

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.     

CuMn2O4@GA复合材料的合成与CO转化

催化氧化法在CO消除领域广泛应用,合成了单分散多孔微球催化剂CuMn₂O₄及其石墨烯气凝胶(GA)超轻复合材料CuMn₂O₄@GA。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法表征了材料结构。结果表明,水热法是理想的石墨烯复合材料合成方法。CuMn₂O₄@GA材料结构强度良好、质地均一,催化剂颗粒在气凝胶结构中充分分散。催化性能测试表明,CuMn₂O₄形貌与CO在其表面的吸附和催化转化行为密切相关。得益于复合材料的低密度网络结构,在60000 mL/(g(cat)·h)的高通量进气和128℃下实现了CO的完全转化。进气湿度对复合材料CO催化活性无明显影响,多次重复活化和使用测试表明复合材料具有良好的结构保持性和优良的应用经济性。     

团簇Au/CeO2的制备及其催化CO氧化反应构效关系的研究

负载型Au催化剂因其在诸多反应过程中的高催化活性而备受研究者关注.然而针对负载型催化剂中Au物种结构的有效调控,以及催化过程中真实构-效关系的探索一直充满了挑战.用CeO₂为Au物种担载基底,通过简单煅烧处理引起的CeO₂结构变化,进而实现Au/CeO₂之间界面作用力的调控.此研究发现Au纳米颗粒中Au⁰物种具备更为高效的催化室温CO氧化活性,结合多种原位表征分析,其室温条件下催化转化效率更依赖于CO吸附能力.而相比于单原子Au₁和纳米Au颗粒,所制备的团簇Au/CeO₂催化剂在较高温度(>50℃)展现出优异的催化CO氧化反应性能.随着温度升高,催化剂表界面O参与的MvK反应路径更易发生,因此具有更多表界面活性O物种和Au^δ+位点的团簇Au/CeO₂催化剂展现出最为优异的催化CO氧化性能.这些发现为高效负载型Au催化剂的制备提供了新思路并深化了对Au/CeO₂催化作用机制的理解.     

氨浓度对氨蒸发法制备Pd-Cu/凹凸棒土催化剂常温CO氧化性能的影响

以凹凸棒土(APT)作载体,采用氨蒸发法制备了Pd-Cu/APT催化剂,以CO氧化为探针反应,在连续流动微反应装置上,考察了初始氨浓度对催化剂CO常温催化氧化性能的影响。通过N₂-physisorption、XRD、FT-IR、TEM和H₂-TPR等手段对催化剂的结构和性质进行了表征。结果表明,在较低或过高氨浓度条件下,制备的Pd-Cu/APT中Cu物种均主要以CuO为主,仅有少量Cu₂(OH)₃Cl;适宜的氨浓度有利于稳定Cu₂(OH)₃Cl物相的形成,其薄片状的形貌特征、良好的分散状态以及与Pd物种间较强的相互作用,显著提高了CO催化氧化性能。在空速6 000 h^-1、CO体积分数1.5%、水蒸气体积分数3.3%的反应条件下,Pd-Cu/APT催化剂表现出优异的CO室温催化氧化活性和稳定性。     

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.     

可见光诱导提升Pt/g-C3N4纳米片甲酸氧化性能的研究

以半导体材料类石墨氮化碳纳米片(g-C₃N₄纳米片)为载体,通过微波-多元醇法构筑了Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂. 通过TEM、XRD、XPS、紫外-可见吸收光谱等方法对Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂的粒径尺寸、组成、结构、光学等性质进行分析. 通过对比可见光照和暗室条件下的甲酸电氧化活性,Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂在可见光照射下展现出良好的催化性能. 该性能的提高一方面可能是由于g-C₃N₄纳米片在可见光照射下加速了电子从Pt转移给g-C₃N₄纳米片,Pt处于“电子匮乏”状态,可削弱CO与Pt之间的化学键能,减弱CO在Pt表面的吸附能力,促进了CO的氧化,提高了催化剂抗中毒能力;另一方面,g-C₃N₄纳米片在光照条件下分离出的空穴可有效氧化甲酸分子,提高甲酸氧化活性. 因此,可见光条件下可有效提高Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂甲酸催化氧化活性,这为直接甲酸燃料电池的发展提供了新思路.     

Al2O3/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究

氧化物负载的金催化剂具有温和条件下优异的CO催化氧化活性。实验与理论计算表明,金与氧化物两相界面在催化反应过程中具有重要地位。反相催化剂提供了全新的角度以探究界面的重要地位。本文以Au（111）表面负载Al₂O₃团簇为反相催化剂模型,基于密度泛函理论,对催化剂模型的构型、界面性质以及O₂、CO的吸附与氧化进行了理论计算与研究。理论计算表明：电荷的迁移增强了Al₂O₃小团簇在Au（111）表面的附着,在催化剂金表面与氧化铝的两相界面位置,Au原子与Al原子的协同作用使得氧分子易于在界面位置吸附,并因此高度活化。对催化CO氧化反应路径,分别计算了缔合机理和解离机理不同路径,从活化能分析表明缔合机理比解离机理更可能发生。本文的工作揭示了反相催化剂催化CO氧化的活性本质,表明两相界面在金催化CO氧化中具有重要作用。     

CuCrO2—CuCr2O4两相共生体系的合成及其对CO—NO反应催化性能的研究

以柠檬酸络合法制备了CuCrO2-CuCr2O4两相共生体系,并对它的催化性能和TPR行为作了考察,结果表明,两相共生对样品的催化性能及TPR行为有显著的影响,两相共生的样品,在Cu/Cr摩尔比为0．7时,具有较高的催化活性,在TPR过程中,具有尖晶石结构的CuCr2O4首先被原成CuCrO2结构,在更高的温度下后者被还原。     

纳米二氧化钛催化苯乙烯环氧化反应的研究(Ⅰ)

通过烯烃的环氧化反应可制得一系列活泼的有机中间体--环氧化物,再通过选择性开环或功能团转化可方便地合成多种有价值的化合物.含钛催化剂对烯烃环氧化催化效果较好,如Ti-ZSM-5、Ti-ZSM-11、α-和β-[SiW₉Ti₃O₄₀]^10-.     

三氧化二铝含量对Ni／Zr0.4Ce0.6O2—Al2O3催化剂的CH4—CO2重整反应性能影响

采用水热合成法,制备了不同Al2O3含量的Ni/Zr0.4Ce0.6O2-Al2O3催化剂,采用X－射线衍射（XRD）和扩展X光吸收精细结构（EXAFS）,对催化剂样品进行结构表征;考察了Al2O3的加入对催化剂结构和CH4－CO2重整反应活性的影响。结构表征和活性测试表明,催化剂中存在的主要晶相是Zr0.4Ce0.6O2.Al2O3的加入,使催化剂颗粒度变小,镍的分散度提高,并使反应活性有明显改进;而过量Al2O3的加入,却容易导致积炭。     

Co3O4/CeO2的氧化还原性能及反应条件对其CO氧化活性的影响

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。运用XRD、BET和TPR表征手段,考察了不同钴铈比及焙烧温度对钴铈复合氧化物物理及化学性能的影响,并分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。结果表明,与纯的Co₃O₄相比,在不同比例的Co₃O₄/CeO₂均经723 K焙烧的各种催化剂中,钴铈原子比为9∶1的复合氧化物粒径较小,比表面积较大,说明适当比例铈的添加能使Co₃O₄具有较小的粒径。此氧化物经538 K温度焙烧制得的钴铈比为9∶1的复合氧化物中Co₃O₄平均粒径为7.2 nm, BET比表面积为167.6 m²/g。经TPR考察发现其具有最优的氧化还原性能。     

Ni(OCH3)2/SiO2催化剂的制备及其合成碳酸二甲酯的反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法，制备了负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2催化剂。利用IR、TPD、TPSR和微反技术，考察了催化剂的表面结构以及CO2、CH3OH在催化剂表面上的化学吸附和反应性能。结果表明，负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2中，Ni^2 与载体SiO2表面的O^2-以双齿形式配位；在催化剂表面存在CO2的桥式吸附态和甲氧碳酸酯基物种两种吸附态，CH3OH则只有一种分子吸附态。在373-473K条件下，CO2和CH3OH在催化剂上的反应物主要是DMC、H2O以及少量的CO、CH4和CH2O，催化剂的活性由表面甲氧碳酸酯基物种与分子吸附态甲醇的反应决定的。讨论了催化剂上CO2和CH3OH的活化过程及吸附态的形成机理。     

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。     

磁载纳米TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用肼((NH2)2*H2O)还原硝酸铁(Fe(NO3)3)法制备纳米级磁基体(Fe3O4), 以聚乙二醇对其表面进行改性, 通过溶胶-凝胶法制得TiO2/Fe3O4磁载纳米TiO2光催化剂, 并用于光催化降解橙黄-II, 对其活性进行评价. 结果表明 TiO2/Fe3O4光催化剂的降解率在第一次使用时与纯TiO2相近, 三次循环使用后, 仍能保持较高的催化活性. 催化剂的最佳用量为4 g/L, 在酸性和碱性环境中均能保持很好的催化活性.     

SMAI法制备的Cu催化剂的CO加氢催化

用溶剂化金属原子浸渍（SMAI）法制备了SiO2、Cr2O3负载Cu催化剂.XPS测定表明三种载体上的Cu几乎全部以零价态存在．X射线增宽法测定表明随着Cu含量增加Cu颗粒增大．Cu催化剂在CO加氢中的催化活性与载体、Cu颗粒大小和Cu价态有关．Cr2O3对Cu催化活性有促进效应．Cr2O3负载Cu催化剂活性随Cu颗粒减小而增大，而SiO2作载体时，颗粒大小对活性无影响，零价Cu0为催化活性中心     

溶胶凝胶法制备CexCo2-xAlO4复合氧化物及其催化分解N2O

用柠檬酸-溶胶凝胶法制备了CexCo2-xAlO4系列复合氧化物和K2CO3改性催化剂,考察了复合氧化物组成、母液pH值、钾负载量对N2O催化剂活性的影响,用N2物理吸附、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、H2程序升温还原（H2-TPR）、O2程序升温脱附（O2-TPD）、X射线光电子能谱（XPS）等方法表征了催化剂结构。结果表明：用Ce取代Co2AlO4中部分Co制得的CexCo2-xAlO4复合氧化物催化活性有所提高,其中母液pH=2、组成为Ce0.05Co1.95AlO4的催化剂活性较高,该催化剂具有较高的比表面积、较小的晶粒及Ce-Co间的协同效应;进一步研究表明,由于K粒子的电子效应,使得0.05K/Ce0.05Co1.95AlO4的催化活性又优于其他催化剂,有氧气氛中450C连续反应50h,N2O分解率达98.5%。     

用辛烷基硫醇单层保护Au纳米粒子制备CO氧化催化剂Au/γ-Al2O3

采用两相法合成出含活性组分Au的辛烷基硫醇单层保护Au纳米粒子(C8AuNPs)的正己烷溶胶, 用“逐次浸润”法将C8AuNPs负载在γ-Al2O3上, 经真空干燥及活化处理制得Au/γ-Al2O3催化剂. 所制得的Au催化剂前体C8AuNPs/γ-Al2O3表面Au粒子平均粒径可控制在2-3 nm范围内, 且分布比较单一; 催化剂活性评价600 h后, 其表面Au的粒径仍主要分布在2-4 nm范围内; 真空干燥温度影响Au催化剂的粒子尺寸和催化活性, 随着真空干燥温度的提高, Au纳米粒子的粒径增大. 将所制备的催化剂用于低温CO氧化反应, 催化活性评价结果表明, 经25 ℃真空干燥制得的2.5%(质量分数, w)Au/γ-Al2O3具有较高的活性和长期稳定性, 其催化CO完全转化的最低温度为-19 ℃, 在15 ℃下CO完全转化时Au/γ-Al2O3的单程寿命至少900 h; 4.0%(w) Au/γ-Al2O3在15 ℃和进料中含水条件下对CO完全氧化的单程寿命不低于2000 h, 可见催化剂具有强的抗潮湿中毒特性. 综合上述实验结果, 讨论了影响Au/γ-Al2O3催化剂活性的可能因素.