Cu含量对Pd-Cu/铝土矿CO氧化催化剂结构和性能的影响

利用资源丰富的天然铝土矿经NaOH溶液水热处理后焙烧,获得比表面积达174 m²·g^-1铝土矿载体,制备了双金属Pd-Cu为活性组分的催化剂,金属Pd负载量为0.5%（质量百分数）,以CO氧化反应为探针反应,详细考察了Cu含量的变化对催化剂物化性能的影响。研究发现,Cu的引入有利于提高金属Pd的分散度,同时随着Cu含量的变化,金属Pd与Cu之间以及金属与铝土矿载体之间的相互作用随之改变。催化剂的CO氧化反应性能评价结果表明,Pd和Cu负载量分别为0.5%和4%的样品（PdCu₄/MB）催化反应性能最佳。结合表征结果认为,PdCu₄/MB的高活性归因于良好的Pd和Cu分散度,金属Pd、Cu以及金属与载体之间较强的相互作用。此外,CO-TPD表征结果说明较强的CO吸附能力和从载体中获取氧的能力也有利于提高PdCu₄/MB样品的CO氧化反应性能。     

Cu含量对Pd-Cu/铝土矿CO氧化催化剂结构和性能的影响（英文）

利用资源丰富的天然铝土矿经Na OH溶液水热处理后焙烧,获得比表面积达174 m2·g-1铝土矿载体,制备了双金属PdCu为活性组分的催化剂,金属Pd负载量为0.5%(质量百分数),以CO氧化反应为探针反应,详细考察了Cu含量的变化对催化剂物化性能的影响。研究发现,Cu的引入有利于提高金属Pd的分散度,同时随着Cu含量的变化,金属Pd与Cu之间以及金属与铝土矿载体之间的相互作用随之改变。催化剂的CO氧化反应性能评价结果表明,Pd和Cu负载量分别为0.5%和4%的样品(PdCu_4/MB)催化反应性能最佳。结合表征结果认为,PdCu_4/MB的高活性归因于良好的Pd和Cu分散度,金属Pd、Cu以及金属与载体之间较强的相互作用。此外,CO-TPD表征结果说明较强的CO吸附能力和从载体中获取氧的能力也有利于提高PdCu_4/MB样品的CO氧化反应性能。     

PdCl2-CuCl2/Al2O3催化剂低温催化CO氧化的失活机理

采用X射线衍射、N₂吸-脱附、X射线光电子能谱分析、氢气-程序升温还原和原位红外漫反射等方法对新鲜和失活的PdCl₂-CuCl₂/Al₂O₃低温催化CO氧化催化剂进行表征,研究了高相对湿度(100%)下催化剂的失活机理.结果表明,催化剂表面沉积的水使得活性铜物种容易从催化剂表面向载体孔道内部迁移,由于Pd、Cu相互作用弱化从而减弱了Pd与Cu物种间的相互作用,使得催化剂的氧化还原性能受到影响,抑制了Pd⁰再氧化为Pd²⁺的过程,从而因CO氧化反应中催化剂氧化还原循环受阻而导致失活.     

载体对Pd-Cu/活性炭催化剂在消除卷烟主流烟气中CO活性的影响

采用等体积浸渍法制备了Pd-Cu/活性炭催化剂, 用脉冲反应考察了催化剂对模拟卷烟主流烟气(4.4 CO-4.2 H₂O-19.2 O₂-72.2 He)(体积分数, %)中CO的常温催化氧化性能, 系统研究了不同的活性炭载体对催化剂的CO常温氧化活性的影响. 研究表明, 在室温条件下, 催化剂对CO氧化反应的活性顺序为: 椰壳活性炭为载体的催化剂(CAC)<木质活性炭为载体的催化剂(WAC)<超级活性炭为载体的催化剂(SAC), 并且活性炭载体对催化剂的反应诱导期也存在显著的影响. 对催化剂的表征结果表明, 不同活性炭载体表面上含氧官能团含量不同, 影响催化剂表面Pd和Cu的存在状态, 使得SAC催化剂上的Pd只以Pd²⁺形式存在, 而CAC和WAC催化剂上的Pd以Pd²⁺和Pd⁰形式存在, 导致SAC催化剂比CAC和WAC两种催化剂具有更好的CO催化氧化活性. 使用催化剂接装的三段式复合滤嘴试验卷烟, 与对照卷烟相比, 卷烟主流烟气中CO的释放量都有所降低, 其中添加SAC催化剂的效果最为明显. 如果将Pd的负载量增加为3.4% (w), SAC催化剂对卷烟主流烟气中CO的去除率高达25.4%.     

CuPd/MgO室温高效催化甲醛溶液产氢

采用浸渍还原法制备了MgO负载纳米CuPd合金的复合催化剂(CuPd/MgO)。该催化剂在室温催化甲醛溶液重整产氢过程中表现出优异的催化性能,转换频率(TOF)高达812.6 h^-1,分别是相同条件下Cu/MgO (TOF=356.7 h^-1)和Pd/MgO (TOF=34.8 h^-1)的2.3倍和23倍。基于实验测试和表征结果,发现CuPd/MgO催化剂中纳米CuPd合金与表面富集缺陷的MgO载体之间存在金属-载体强相互作用。这种相互作用能够促进氧气在催化剂表面吸附活化并生成活性氧物种(超氧阴离子自由基,·O₂^-),·O₂^-先后促进甲醛中的C—H键断裂和水分子的解离,随后与反应体系中生成的质子及氢自由基(·H)依次结合,最终实现氢气的析出与氧气的再生。     

CuPd/MgO室温高效催化甲醛溶液产氢

采用浸渍还原法制备了MgO负载纳米CuPd合金的复合催化剂(CuPd/MgO)。该催化剂在室温催化甲醛溶液重整产氢过程中表现出优异的催化性能,转换频率(TOF)高达812.6h^-1,分别是相同条件下Cu/MgO(TOF=356.7h^-1)和Pd/MgO(TOF=34.8h^-1)的2.3倍和23倍。基于实验测试和表征结果,发现CuPd/MgO催化剂中纳米CuPd合金与表面富集缺陷的MgO载体之间存在金属-载体强相互作用。这种相互作用能够促进氧气在催化剂表面吸附活化并生成活性氧物种(超氧阴离子自由基,·O₂^-),·O₂^-先后促进甲醛中的C—H键断裂和水分子的解离,随后与反应体系中生成的质子及氢自由基(·H)依次结合,最终实现氢气的析出与氧气的再生。     

Fe2O3含量对Cu-Fe/铝土矿水煤气变换催化剂结构和性能的影响

利用具有高比表面积和介孔结构的改性铝土矿为载体,采用并流共沉淀法制备不同Fe₂O₃含量的Cu-Fe/铝土矿催化剂。以水煤气变换反应为探针反应,考察了催化剂性能。利用X射线荧光元素分析(XRF)、X射线粉末衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、CO程序升温脱附(CO-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂进行了表征。结果表明:负载的Fe₂O₃能显著提高CuO/改性铝土矿催化剂的水煤气变换活性特别是热稳定性能,且随负载的Fe₂O₃含量增加而提高,当负载量为20%时达到最佳。其原因是负载的Fe₂O₃和CuO之间发生了相互作用,形成了类似于CuFe₂O₄复合氧化物,且随负载的Fe₂O₃含量的增加而增强,这种相互作用同时促进了CuO和Fe₂O₃的还原,抑制了CuO的烧结,进而提高了催化剂的性能。     

低负载量的双金属Au@Pt核壳催化剂催化氧化甲苯

采用液相氢气两步还原法制备了双金属Au@Pt核壳纳米粒子,通过直接吸附法将纳米粒子均匀地分散于载体上,制备出低负载量的双金属Au@Pt/Al₂O₃催化剂,并且评价了催化剂对甲苯的催化氧化性能。通过TEM、XRD、XPS、N₂吸附-脱附和H₂-TPR等对催化剂进行了表征。结果表明,与单金属Au和Pt催化剂相比,双金属Au@Pt核壳催化剂表现出更高的催化活性,具有很好的稳定性和选择性,在甲苯体积分数为1×10^-3,气体空速为18 L·g^-1·h^-1的条件下,Au₁@Pt₂/Al₂O₃核壳催化剂具有优异的催化氧化性能,其中甲苯实现98%的转化率的温度（T₉₈）为195℃。由XPS结果可知,在Au和Pt之间存在电子转移促进了Pt上活性氧物种的形成,催化剂的活性组分主要以Au⁰和Pt⁰的形式存在,并广泛分布在载体的表面上。Au@Pt纳米粒子与载体Al₂O₃之间的强相互作用也是提高甲苯催化氧化活性的重要因素。     

铜物种对Cu/Fe2O3水煤气变换反应催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了系列铜负载量不同的Cu/Fe₂O₃水煤气变换(WGS)催化剂,并考察了铜负载量对催化剂结构和水煤气变换反应性能的影响. 结果表明,Cu/Fe₂O₃催化剂呈现出良好的水煤气反应性能,当CuO质量分数为20%时,催化剂的WGS性能最优,250 ℃时CO转化率高达97.2%,同时热稳定性也最好. 运用X射线粉末衍射(XRD)、N₂物理吸脱附和H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对Cu/Fe₂O₃催化剂的物相、织构特征及还原性能进行了表征,结果表明,CuFe₂O₄物种的存在极大地改善了催化剂的还原性能和WGS反应活性. 这是由于CuFe₂O₄特殊的尖晶石结构有利于Cu微晶的稳定;同时,CuFe₂O₄在低温下即被还原为单质铜,有利于促进催化剂体系中电子的转移. 此外,通过(NH₄)₂CO₃溶液处理,研究了独立相CuO对Cu/Fe₂O₃催化剂WGS反应性能的影响,结果发现,独立相CuO的存在,有利于H原子在各组分传递,从而促进催化剂的CuFe₂O₄的还原,改善Cu/Fe₂O₃催化剂的WGS反应性能.     

少量CeO2的添加对Pd/La-Al2O3密偶催化剂三效性能的影响

以La改性的Al₂O₃为载体,采用共吸附浸渍法制备了一系列不同CeO₂含量的单Pd密偶催化剂,并对其进行了表征. PdO_x和CeO₂之间的强相互作用改善了Pd⁰再氧化为PdO的能力,同时增强了反应条件下硝酸盐,亚硝酸盐和异氰酸盐在载体上的吸附. 因此适量CeO₂的添加明显改善了新鲜催化剂对HC和NO_x的催化性能,且当CeO₂添加量为2%时催化效果最佳. Pd-Ce界面上PdO_x和CeO₂间强相互作用也使得PdO_x物种在高温时仍能以小颗粒的形式分散在载体上,从而显著地提高催化剂的热稳定性. 经1100 ℃高温老化后,CeO₂ （2%-4%）的存在明显拓宽了HC和NO_x的操作窗口,这对于提高单Pd密偶催化剂在汽车尾气处理上的催化性能有重要意义.     

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。     

焙烧温度对Pd-Cu/凹凸棒土CO常温催化氧化性能的影响

以凹凸棒土(APT)作载体,采用等体积浸渍法制备了Pd-Cu/APT催化剂,以CO氧化为探针反应,在连续流动微反装置上,考察了焙烧温度对催化剂CO常温催化氧化性能的影响。通过N2-物理吸附、XRD、TG、FT-IR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,随焙烧温度升高,Pd-Cu/APT中载体逐步脱水,进而引起催化剂结构和织构变化,其中,Cu物种由Cu(OH)Cl逐渐向CuO转变,同时,高分散的Pd物种与Cu物种间相互作用先增强后减弱。经300℃焙烧的催化剂比表面积大,Cu物种以Cu(OH)Cl形式存在,且具有良好的分散状态,与Pd物种之间产生较强的相互作用,显著提高了其还原性能。在空速6 000 h-1、CO体积分数0.5%、水蒸气体积分数3.3%的反应条件下,常温可将CO完全转化800 min以上。焙烧温度高于或低于300℃均引起CO常温催化氧化性能的下降。     

Pd-Cu/ZrO2催化CO2加氢制甲醇的性能

采用溶胶-凝胶法制备了n(Cu):n(Zr)=1:1、1:2、1:4和1:8的Cu/ZrO₂催化剂。 实验结果表明,当n(Cu):n(Zr)=1:4时,催化剂表现出较高的CO₂转化率(8.0%)和甲醇选择性(59.5%),为了增加CO₂的转化率,提高甲醇选择性,在n(Cu):n(Zr)=1:4的催化剂中添加质量分数1%的Pd,采用浸渍法制备了Pd-Cu/ZrO₂催化剂。 在250 ℃、2 MPa、12000 mL/(g·h)和V(H₂):V(CO₂)=3:1的反应条件下,CO₂转化率和CH₃OH收率相比Cu/ZrO₂催化剂(n(Cu):n(Zr)=1:4)分别提高了40.0%和80.9%。 通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、N₂吸附-脱附(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)和程序升温还原化学吸附仪(H₂-TPR)等仪器表征证明Pd的添加提高了催化剂的分散性和比表面积。 催化剂中Pd和Cu之间强相互作用,使Cu2p轨道结合能向低处偏移,还原温度的降低,说明Pd-Cu/ZrO₂催化剂还原能力增强,使得CO₂加氢活性提高。     

Investigation of Metal State in Metal-containing Zeolite Catalysts by DTA and ESR Methods

Thermal stability and its influence on the catalytic activity in CO oxidation of Cu, Pd and Pd-Cu zeolite systems were investigated. The increasing of catalytic activity in the first cycle of reaction is connected with the thermal decomposition of complexions and consequently with the changing of metal state in catalyst in the case of Cu/ZSM-5catalyst. This activity does not relate to initial zeolite with complex ions, but to the metal ions with the decreasing ligands number in the coordination sphere of metal ion. According to the EPR spectrum the copper ions form clusters in zeolite channels due to the spin changed interaction. It was established ESR method that 1.8% Cu/ZSM-5 catalyst in a reduced form has copper (I and II) ions by. The Pd/ZSM-5 catalysts with different metal content have high catalytic activity below the temperature decomposition in contrary to Cu-containing zeolites. On the one hand, it may be connected with the partial reduction of Pd ions during CO oxidation and, on the other hand, with the ability of Pd ions to form the respective label complexes with reagents as additional ligands. The same character of relation between thermal stability and catalytic activity for Pd-Cu/ZSM-5 catalyst was observed. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Highly selective catalysts for liquid-phase hydrogenation of substituted alkynes based on Pd—Cu bimetallic nanoparticles

Catalytic properties of Pd—Cu bimetallic catalysts supported on SiO₂ and Al₂O₃ were studied in a model reaction of selective hydrogenation of diphenylacetylene. Application of PdCu₂(AcO)₆ heterobimetallic acetate complex as a precursor made it possible to obtain homogeneous Pd—Cu bimetallic nanoparticles. This result was supported by the data of IR spectroscopy of adsorbed CO. The Pd-Cu catalysts showed considerably higher selectivity than monometallic samples. Moreover, the introduction of copper decreases the hydrogenation rate of diphenylethylene (DPE) to diphenylethane. As a result, the maximum yield of the target product, DPE, increased from 78 to 93% in the presence of Pd—Cu catalysts.     

Dual Microenvironment Modulation of Pd Nanoparticles in Covalent Organic Frameworks for Semihydrogenation of Alkynes

The chemical microenvironment modulation of metal nanoparticles (NPs) holds promise for tackling the long-lasting challenge of the trade-off effect between activity and selectivity in catalysis. Herein, ultrafine PdCu₂ NPs incorporated into covalent organic frameworks (COFs) with diverse groups on their pore walls have been fabricated for the semihydrogenation of alkynes. The Cu species, as the primary microenvironment of Pd active sites, greatly improves the selectivity. The functional groups as the secondary microenvironment around PdCu₂ NPs effectively regulate the activity, in which PdCu₂ NPs encapsulated in the COF bearing −CH₃ groups exhibit the highest activity with >99 % conversion and 97 % selectivity. Both experimental and calculation results suggest that the functional group affects the electron-donating ability of the COFs, which successively impacts the charge transfer between COFs and Pd sites, giving rise to a modulated Pd electronic state and excellent catalytic performance.     

CO在Pd平板与Pd38团簇表面上的催化氧化机理研究

采用密度泛函理论(DFT)计算模拟Pd平板和Pd_(38)团簇上的CO催化氧化过程,分析了CO在Pd催化剂表面上的氧化反应机理。结果表明,在Pd_(38)团簇模型上CO催化氧化的决速步骤是O_2的解离,反应能垒为0.65 eV,而在Pd平板模型上的决速步骤是CO的氧化,其反应能垒为0.87 eV。对比决速步骤的活化能发现,CO在Pd_(38)团簇上的氧化反应更易进行,说明CO氧化更易在小颗粒催化剂表面上进行,即Pd催化剂的活性与活性组分颗粒大小相关,活性组分颗粒越小,暴露的活性位点越多,其催化活性也越高。     

不同表面修饰石墨烯载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用对氨基苯磺酸对氧化石墨烯（GO）进行表面功能化,进而负载贵金属Pd,解决了Pd团聚和不易在载体表面负载的问题,从而提高了Pd基催化剂对于甲酸的催化能力。 实验研究了相同实验条件下,Pd在氧化石墨烯、还原石墨烯（RGO）和磺化处理的石墨烯（SGO）表面的分散和负载量以及得到的复合催化剂的催化性能。 实验结果表明,SGO更容易负载贵金属,得到的催化剂对O2气的电催化还原能力优于Pd/GO和Pd/RGO,此外Pd/SGO催化剂对CO的耐受力也明显提升,这可能是苯环上的π-π键和-SO3H的范德华力协同作用更有利于Pd的固定与分散。 对Pd/SGO催化氧还原的机理也进行了分析,该氧还原为2电子反应过程。     

Microwave synthesis of supported Au and Pd nanoparticle catalysts for CO oxidation

We report the microwave synthesis and characterization of Au and Pd nanoparticle catalysts supported on CeO2, CuO, and ZnO nanoparticles for CO oxidation. The results indicate that supported Au/CeO2 catalysts exhibit excellent activity for low-temperature CO oxidation. The Pd/CeO2 catalyst shows a uniform dispersion of Pd nanoparticles with a narrow size distribution within the ceria support. A remarkable enhancement of the catalytic activity is observed and directly correlated with the change in the morphology of the supported catalyst and the efficient dispersion of the active metal on the support achieved by using capping agents during the microwave synthesis. The significance of the current method lies mainly in its simplicity, flexibility, and the control of the different factors that determine the activity of the nanoparticle catalysts.