尿素研磨燃烧法合成Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化分解的研究

采用尿素研磨燃烧法快速制备Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体催化剂,考察不同焙烧温度下Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体常压下催化分解乙硫醇的活性。利用XRD,TEM,BET,H2-TPR,XPS和Raman等方法对催化剂的物化性质、表面结构进行研究。结果表明:Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体对乙硫醇催化降解有较好活性。在一定范围内升高焙烧温度有利于更多Zr4+进入Ce O2晶格,从而增加氧空位浓度,但过高的温度会使催化剂颗粒团聚,并降低催化剂表面吸附氧的相对含量,导致催化剂比表面积降低。600℃焙烧的Ce0.8Zr0.2O2固溶体表现出对乙硫醇催化分解最佳活性,得益于催化剂表面Ce3+浓度、氧空位浓度与比表面积的协同作用。一方面,这些表面Ce3+浓度与催化剂氧空位浓度,有利于氧迁移,对催化分解反应有促进作用,另一方面催化剂比表面积越大,越有利于反应物吸附、暴露更多活性位点,进而增加催化活性。     

铈锆固溶体制备、表征及其催化分解甲硫醇(CH_3SH)研究

采用微波辅助柠檬酸络合法制备一系列不同铈锆比的铈锆固溶体,考察不同含量锆的掺杂对制备固溶体结构特性以及催化分解甲硫醇性能的影响。通过XRD,BET,Raman,XPS,H_2-TPR,CH_3SH-TPD等手段对其结构物化性能进行表征。表征结果显示:该制备方法成功合成铈锆固溶体且均保留立方萤石结构;锆的引入会导致合成固溶体的晶粒变小、晶格收缩,且晶格参数a随着锆引入量的增加而降低;同时,锆的添加仅仅导致物种缺陷的形成而不会产生更多的氧空位。此外,不同铈锆比固溶体催化分解甲硫醇活性实验结果表明:Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2氧复合物表现出最好的催化活性,之后随着锆的添加其催化性能呈现下降趋势。根据BET,XPS及H_2-TPR表征结果:在表面晶格氧相对含量相近的情况下,Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2因具有最大比表面积、最好的还原性能而表现出最佳的甲硫醇催化活性。最后,考察了Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2催化分解甲硫醇的产物分布情况,结合CH_3SH-TPD表征结果表明:铈锆固溶体催化分解甲硫醇的反应中,二甲基硫醚为中间产物且仅在低温区产生。     

CexZr1-xO2/Co/C-N催化CO2加氢性能研究

将不同比例的铈锆前驱体负载到ZIF-67,氮气气氛焙烧制备CexZr1-xO2/Co/C-N催化剂,对催化剂进行了XRD,H2-TPR、XPS表征,并在固定床反应器评价其CO2加氢制甲醇性能。XRD结果表明,在铈中加入适量锆形成铈锆固溶体,铈锆固溶体与钴物种较强的相互作用力可以阻止表明金属Co的氧化。但过量加入的锆又会削弱这一作用力,部分金属Co被氧化为Co3O4。H2-TPR结果表明适量的锆的加入改善催化剂的还原性能,催化剂还原温度降低。XPS证实了25%Ce0.67Zr0.33O2/Co/C-N催化剂中含有更多的氧空穴及氮含量,氧空穴和碱性氮都有利于CO2的解离吸附。优化后的25%Ce0.67Zr0.33O2/Co/C-N 催化剂在225 oC,2 MPa,GHSV = 6 L/gcat/h反应条件下取得最高甲醇时空收率,为3.0 mmol/gcat/h。     

杂原子(Zr,Y)掺杂的铈基催化剂中氧物种与其催化CH_3SH分解的活性/稳定性之间的关系（英文）

铈基催化剂因其优异的储放氧能力被广泛地应用于多种催化反应.铈基材料作为催化剂在CH_3SH(甲硫醇)分解反应中的应用也因其产物简单、易处理而受到越来越多的关注.本课题组在前期研究中发现,纳米二氧化铈在CH_3SH催化分解反应中表现出较高的催化活性,然而催化剂却在很短时间内快速失活.为进一步提高铈基氧化物的稳定性,我们通过引入稀土元素对氧化铈催化剂进行改性,结果发现其稳定性明显提高;同时催化剂稳定性与氧空位数量有关,氧空位数量越多,催化剂越稳定.然而,目前关于氧空位对催化CH_3SH分解反应的具体作用,CH_3SH在铈基材料上的失活机理以及氧物种与催化行为之间的相互关系尚不清楚.因此,有必要进一步研究氧空位对提高催化稳定性的贡献并揭示催化行为与氧物种之间的相互关系.本文通过微波辅助柠檬酸络合法制备一系列杂原子(Zr,Y)掺杂的铈基催化剂CeO_2,Ce_(1-x)Z_rxO_2,Ce_(1-x)Y_xO_2-δ(x=0.25,0.50,0.75,1.00),通过考察锆、钇杂原子价态和离子半径对CH_3SH催化分解活性和稳定性的影响来探索铈基催化剂中氧空位的作用及氧物种与催化行为之间的关系.其中,氧物种与催化行为之间的关系可包括两类:(1)表面晶格氧与催化活性之间的关系;(2)体相晶格氧迁移与催化稳定性之间的关系.催化性能和表征结果表明,铈基氧化物中表面晶格氧对CH_3SH催化转化起着至关重要的作用.Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2在CH_3SH的催化分解中表现出更高的催化活性,这是由于Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2有更多的表面晶格氧、活性氧物种及良好的氧化还原性能.Ce_(0.75)Y_(0.25)O_2-δ也表现出更好的催化稳定性,这是由于催化剂中有更多的氧空位,它们会促进体相晶格氧迁移到催化剂表面以补充表面晶格氧.此外,Ce与杂原子之间化学价差极大地影响着表面晶格氧含量以及催化剂中体相氧的迁移率,进而影响铈基催化剂的活性和稳定性.     

铽改性铈锆固溶体

铽改性铈锆固溶体;Ce0.6Zr0.4-xTbxO2-y固溶体;三效催化剂;储氧材料;共沉淀法;溶胶-凝胶法     

CH_4/CO_2重整制合成气Ni/Ce_xZr_(1-x)O_2催化剂性能研究

以水热法合成的介孔铈锆固溶体为载体,采用浸渍法制备了Ni/CexZr1-xO2催化剂,使用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)和热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等测试手段对催化剂进行了表征。通过对比以ZrO2,CeO2,Ce0.6Zr0.4O2和Ce0.33Zr0.67O2为载体的Ni基催化剂性能,发现铈锆固溶体独特的氧化还原性质可以提高活性组分的分散度,增强催化剂的抗积炭性能,从而提高催化剂对甲烷二氧化碳重整制合成气的选择性。     

Ce、Zr双组分改性对Cu/ZSM-5催化剂催化分解NO性能的影响

采用Ce、Zr双组分对Cu/ZSM-5催化剂进行改性,利用O₂-TPD和TG等手段对催化剂进行表征,考察了离子交换顺序、铈锆摩尔比以及反应条件对催化剂催化分解NO性能的影响。结果表明,铜物种是Zr-Cu-Ce/ZSM-5催化剂中催化分解NO的活性中心,是必须的催化活性组分,Ce、Zr双组分改性能显著提高催化剂在富氧条件下催化分解NO的活性,降低达到最高活性所需要的反应温度。铈锆摩尔比为1:1时,同时进行离子交换制备的Zr-Cu-Ce/ZSM-5催化剂催化分解NO的活性最好。     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体(Ce0.5Zr0.5O2)修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征.分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce0.5Zr0.5O2固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce0.5Zr0.5O2固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化.另外,SiC和Ce0.5Zr0.5O2固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性.其中,Co/Ce0.5Zr0.5O2/SiC活性最高,可在320℃活化催化甲烷,并在410℃实现完全脱氧.     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体(Ce0.5Zr0.5O2)修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征.分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce0.5Zr05O2固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce0.5Zr0.5O2固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化.另外,SiC和Ce0.5Zr0.5O2固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性.其中,Co/Ce0.5zr0.5O2/SiC活性最高,可在320 ℃活化催化甲烷,并在410 ℃实现完全脱氧.     

Ni-La/CexZr1-xO2对甲烷部分氧化/CH4-CO2重整耦合制合成气的催化剂制备及反应性能

通过共沉淀法制备铈锆固溶体作为载体,采用等体积、分步浸渍的方法制备了一系列10% Ni-3% La/CexZr1-xO2（X=0、0.16、0.5、0.75、1）催化剂,并将其应用到甲烷部分氧化和甲烷二氧化碳重整耦合制合成气的反应中。对不同Ce/Zr比的催化剂性能展开研究,采用XRD、H2-TPR、SEM手段对载体及催化剂进行了表征。结果表明,铈锆固溶体的形成不仅提高了催化剂表面活性组分的分散度,使催化剂表面NiO晶粒尺寸从26.5 nm减到13.7 nm;而且能够加强活性组分与载体之间的相互作用,提高催化剂的热稳定性能;随着Ce/Zr比的增加,催化剂的转化率、选择性及稳定性随之增强,其关系为：Ni-La/Ce0.75Zr0.25O2 > Ni-La/Ce0.5Zr0.5O2 > Ni-La/Ce0.16Zr0.84O2。     

Ce/Zr物质的量比对Ru/CexZr1-xO2催化剂的性质及其湿式氧化苯酚性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了系列不同Ce/Zr物质的量比的Ru/Ce_xZr_1-xO₂催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附、拉曼（Raman）光谱、储氧能力（oxygen storage capacity,OSC）、热重（TG）以及吡啶红外（Py-FTIR）等手段对其进行了表征,考察了该催化剂在湿式氧化苯酚反应中的性能。结果表明,ZrO₂可与CeO₂形成固溶体;随着ZrO₂掺杂量的增加,Ce_xZr_1-xO₂固溶体的OSC值增大。相比于CeO₂,掺杂ZrO₂后催化剂表面的L酸量明显增多。催化剂湿式氧化（catalytic wet air oxidation,CWAO）性能与OSC和表面酸性均有密切的关系：催化剂表面的L酸有利于苯酚氧化生成CO₂,而OSC过高会导致催化剂表面积炭,使催化剂失活。当ZrO₂掺杂量为25%时,在160℃、2 MPa纯氧条件下,催化氧化苯酚5 h后,苯酚转化率和总有机碳（total organic carbon,TOC）去除率分别为100%和99%,说明该催化剂具有优异的苯酚氧化性能。     

Ce-Zr-O2上CuO分散性对CO氧化活性的影响

采用柠檬酸法制备了Ce-Zr-O₂固溶体, 并负载了过渡金属和贵金属Pt, 其中, 以Cu作为活性组分, 在CO氧化反应中表现出最高的活性, CO完全转化的温度约为120 ℃, 明显高于负载1%Pt(质量分数)催化剂的活性. 掺杂少量Zr到CeO₂(Ce_0.8Zr_0.2O₂)中对Cu基催化剂有非常好的促进作用. 分别采用等体积浸渍法(IW)、 沉淀沉积法(DP)、 水热法(HT)以及柠檬酸法(CA)制备了Cu负载质量分数为20%的Cu/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂. 结果表明, 由沉淀沉积法制备的Cu/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂的活性最高, 在100 ℃时, CO可完全转化. TEM结果表明, CuO物种很好地分散在Ce_0.8Zr_0.2O₂上. 吸附实验数据表明, Cu基催化剂上CO与O₂之间较弱的竞争吸附是其活性高于Pt催化剂的主要原因. Cu基催化剂上的氧空位对促进O₂的吸附具有重要作用, 也是影响CO低温氧化的重要因素之一.     

Mg/Al物质的量比对Ce-La/MgAl2O4-x催化剂催化CO还原NO性能的影响

采用初始浸渍法制备了不同Mg/Al物质的量比的Ce-La/MgAl₂O₄-x催化剂,并通过低温N₂-吸附脱附、XRD、H₂-TPR和CO-TPR等手段对其进行了表征。结果表明,在Mg/Al物质的量比为0.5时,催化剂催化CO还原NO的性能最好。这主要是因为适量Mg的添加促进了CeO₂的分散和Ce-O-La固溶体的形成,从而使得表面Ce³⁺和氧空穴增加。两者的协同作用使得Ce-La/MgAl₂O₄-0.5表现出最佳的催化性能。另外,适量Mg的引入可以抑制Ce（SO₄）₂和Ce₂（SO₄）₃的形成,从而提高了Ce-La/MgAl₂O₄-0.5催化剂抗硫中毒能力。     

制备条件对Ru/Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2催化剂上CO_2甲烷化反应性能的影响

采用均相法制得Ce0.8Zr0.2O2载体,并以其为载体等体积浸渍制得一系列负载型Ru催化剂。在0.1 MPa、GHSV为10000 h-1、H2/CO2为3.5(物质的量比)的条件下,对催化剂进行评价。借助TG-DSC、BET、H2-TPR等技术对所制备的载体和催化剂进行表征,结果表明,500℃焙烧的载体具有适中的比表面积和孔径并形成了Ce-Zr固溶体,与载体形成弱相互作用的Ru能够显著提高催化剂的活性,适宜的还原方式能促进活性组分的均匀分布。采用500℃焙烧的载体浸渍Ru Cl3溶液,干燥后在400℃焙烧,并使用水合肼和H2两次还原后的催化剂活性最高,在290℃时,H2转化率可达到93.57%。     

富氢气氛下CeO_2-NiO纳米棒催化剂的CO选择性氧化性能研究

采用水热法制备了一系列不同Ce/Ni物质的量比的纳米棒CeO_2(x)-NiO催化剂。运用低温N_2吸附-脱附、XRD、TEM、拉曼光谱、H_2-TPR及XPS等技术对催化剂的形貌、结构进行了表征。考察了Ce/Ni物质的量比对CeO_2(x)-NiO催化剂形貌及富氢气氛下CO选择性氧化(CO PROX)反应性能的影响。TEM测试结果表明,调变Ce/Ni物质的量比可制得不同粒径的CeO_2(x)-NiO纳米棒催化剂。H_2-TPR测试结果表明,将NiO掺入CeO_2可提升Ce O_2(x)-NiO催化剂的氧化还原能力。拉曼光谱及XPS测试结果表明,镍含量较低时,CeO_2(x)-NiO催化剂表面活性氧物种及氧空位含量均较多,利于提升其催化性能。CO PROX催化性能测试结果显示,镍含量较低的CeO_2(0.89)-NiO纳米棒催化剂的活性和选择性最好,在170-220℃的反应条件下,CO转化率为100%,CO_2选择性为52%。     

Mn含量对CeO2-ZrO2-MnOx催化剂甲苯氧化净化性能的影响

采用氧化还原沉淀法制备了一系列CeO_2-ZrO_2-MnO_x催化剂(CZM_X,X为Mn在催化剂总金属中的摩尔含量),探讨了Mn含量对CZM_X催化甲苯燃烧性能的影响。结果表明,CZM_(0.6)催化剂具有最好的活性,在230℃下即可实现甲苯的完全转化。XRD表征结果发现,随着锰掺杂量的增加,CZM_X催化剂结晶度先降低后增加。H_2-TPR表征结果表明,随着Mn含量的增加,Ce-Zr-Mn之间的相互作用力先增强后减弱。CZM_(0.6)结晶度最差,金属之间相互作用力最强,表面氧物种更易溢出;同时,Raman和O_2-TPD表征结果也证明CZM_(0.6)催化剂上具有较高的表面氧空位浓度,有利于催化剂表面活性氧物种的迁移,促进了甲苯的氧化。此外,通过in-situ DRIFTS对中间产物进行观测,发现苯甲酸盐是CZM_(0.6)催化剂上甲苯氧化反应的重要中间体;在O_2参与下,苯甲酸盐可迅速转化为CO_2和H_2O。     

柠檬酸对MoO3/CeO2-Al2O3催化剂耐硫甲烷化性能的影响

将柠檬酸（CA）作为络合剂添加至CeO₂-Al₂O₃复合载体中,并考察了CA对MoO₃/CeO₂-Al₂O₃催化剂耐硫甲烷化性能的影响。活性评价结果显示,催化剂活性随柠檬酸添加量的增大而增大,当n（CA）/n（Ce）为3时,CO转化率可达60%。催化剂BET、XRD、H₂-TPR及XPS等表征结果表明,在CeO₂-Al₂O₃复合载体中加入CA,可以增大载体及催化剂的比表面积,使Mo物种分散性提高。同时,CA对Ce物种起络合作用,致使催化剂表面Ce元素含量明显增加,进而减弱了活性组分Mo物种与载体间相互作用力,并最终导致了催化剂活性的提升。     

钾改性Mn/Ce0.65Zr0.35O2催化剂催化氧化甲苯

Volatile organic compounds (VOCs) are both harmful to human health and the environment; however, catalytic combustion offers a promising method for VOC purification because of its high efficiency without secondary pollution. Although manganese-based catalysts have been well studied for VOC catalytic oxidation, their catalytic activity at low temperature must be improved. Alkali metals as promoters have the potential to modulate the electronic and structural properties of the catalysts, improving their catalytic activity. Herein, a Ce_0.65Zr_0.35O₂ support was prepared by co-precipitation and MnO_x/Ce_0.65Zr_0.35O₂ catalysts were obtained through the incipient-wetness impregnation method. The catalytic properties of K-modified MnO_x/Ce_0.65Zr_0.35O₂ for toluene oxidation with different molar ratios of K/Mn were investigated. In addition, the catalysts were characterized by XRD, UV/visible Raman, Hydrogen temperature program reduction (H₂-TPR), Oxygen temperature programmed desorption (O₂-TPD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and in situ diffuse reflectance FTIR spectroscopy (DRIFTS) experiments. The results showed that alkali metal doping with K significantly improved the catalytic activity. In particular, when the molar ratio of K/Mn was 0.2, the monolith catalyst Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 exhibited the best performance with the lowest complete conversion temperature T₉₀ of 242 ℃ at a GHSV of 12000 h⁻¹. The XRD results suggested that MnO_x was uniformly distributed on the surface of the catalyst and that Mn⁴⁺ partially reduced to Mn³⁺ on the addition of K. The Raman spectrum demonstrated that with increasing K content, both the β- and α-MnO₂ phases coexisted on the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst, increasing the number of surface defect sites. The H₂-TPR experiment results confirmed that Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 exhibited the lowest reduction temperature and good reducibility. From the O₂-TPD experiments, it was clear that Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 contained the most surface adsorbed oxygen species and excellent lattice oxygen mobility, which benefitted the toluene oxidation activity. In addition, the XPS results suggested that the content of surface adsorbed oxygen species of the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst was the highest among all the tested samples. In addition, toluene-TPSR in N₂ as measured by in situ DRIFTs analysis demonstrated that available lattice oxygen was present in the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst. Therefore, the Mn/Ce_0.65Zr_0.35O₂-K-0.2 catalyst exhibited the best redox properties and oxygen mobility of the prepared samples and showed excellent activity toward toluene oxidation. Therefore, it was concluded that the addition of an appropriate amount of K improved the redox performance of the catalyst and increased the number of surface defect sites and mobility of the lattice oxygen of the catalyst as well as the concentration of the surface active oxygen species, thereby significantly improving catalytic ability.     

柠檬酸溶胶-凝胶法制备的Ce1-xZrxO2: 结构及其氧移动性

采用 XRF、XRD、Raman、XPS、H₂-TPR 以及与氩离子刻蚀相结合的XPS等表征技术对柠檬酸溶胶-凝胶法制备的Ce_1-xZr_xO₂ (0≤x≤1)样品的结构及其氧移动性进行了研究. 结果表明, Ce_1-xZr_xO₂ 样品的晶型结构对其中氧的移动性有明显影响. 当x≤0.15 时, Ce_1-xZr_xO₂ 以立方CeO₂相 Ce-Zr-O 固溶体存在, 随着Zr含量的逐渐增加, CeO₂晶胞体积减小、氧空位浓度增加, 氧移动性逐渐增强; 当x＞0.15时, 形成四方ZrO₂相和立方CeO₂相Ce-Zr-O固溶体的混合物, 随着Zr含量的逐渐增加, 四方ZrO₂相的含量增加、氧空位浓度减小, 氧移动性逐渐减弱. 因此, Ce_0.852Zr_0.152O₂样品具有最高的氧移动性.