介孔α-Fe2O3表面配合反应平衡常数测定

采用十二胺为模板剂、氨水做沉淀剂成功制备了介孔α-Fe₂O₃, 通过粉末X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N₂吸附/脱附技术对样品晶相、形貌和比表面积进行了表征. 根据介孔α-Fe₂O₃悬浮液的酸碱滴定数据, 使用FITEQL软件, 采用双电层恒电容模型计算得出了介孔α-Fe₂O₃的表面酸碱反应平衡常数. 在此基础上研究了Cu^2＋, Pb^2＋, Zn^2＋在介孔氧化铁表面的吸附行为, 使用WinSGW软件模拟得出了相应的表面配合反应平衡常数并讨论了其吸附机理.     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]     

氨和有机胺对羰基硫与α-Fe2O3非均相反应的影响

利用原位漫反射傅里叶红外光谱(DRIFTS), 考察了室温下羰基硫(COS)在经氨气和有机胺预吸附的α-Fe₂O₃上的非均相反应, 并同时比较了氨气和不同有机胺(甲胺、三甲胺、三乙胺、苯胺、吡啶和吡咯)对反应活性的影响及其反应动力学. 结果表明, 经碱性物质预吸附后, COS可在α-Fe₂O₃表面发生氧化反应, 主要产物为气态CO₂、表面HCO₃^-、表面CO₃^2-和表面SO₄^2-, 且α-Fe₂O₃表面预吸附的碱性物质大大提高了COS在α-Fe₂O₃上的反应能力, 在碱性物质的影响中, 甲胺对反应的促进能力最大, 相比纯α-Fe₂O₃反应的反应活性提高了约4.5倍, 然而苯胺和吡咯对COS的反应影响不是很明显.观察到的不同碱性物质对COS的转化能力依次为: 甲胺>三甲胺>氨气>三乙胺>吡啶>吡咯>苯胺≈纯样品, 受碱性物质的影响, COS的反应级数由一级转变为二级. 此外, 研究也发现碱性物质的覆盖度和表面吸附水对COS转化能力存在一定的影响. 这些实验结果表明在碱性物质存在下,表面M―O^-是COS在α-Fe₂O₃发生氧化反应的关键活性位点, 对反应活性的贡献较大, 并在此基础上探讨碱性条件下COS的反应转化机制.     

表面缺陷α-Fe2O3(001)纳米片双活性位点类芬顿催化剂用于降解污染物

纯Fe₂O₃表面活性位点较少具有较低的催化活性限制了其在多相芬顿催化体系中的应用。通常采用元素掺杂、贵金属负载以及与其它化合物质复合等改性措施来提升催化活性,然而这些措施存在催化剂制备复杂,制备成本高以及催化剂的精细结构难以精准控制等问题。因此,本文提出在α-Fe₂O₃表面引入氧空位缺陷构筑双活性位点（Fe²⁺和氧空位）用于促进H₂O₂分解提高降解污染物降解效率。实验结果发现α-Fe₂O_3-x-330/H₂O₂体系具有较宽的pH使用范围（pH=2~10）。当pH=4时,罗丹明B的降解速率常数为0.834 h^-1,而且催化剂具有磁性,易回收重复使用。催化机理研究表明氧空位缺陷α-Fe₂O_3-x催化剂的氧空位和Fe²⁺两种活性位点均可促进H₂O₂分解,而且氧空位的引入有利于污染物在催化剂表面的吸附进一步提高催化性能。     

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.     

α-Fe2O3空心球的水热法制备及其对苯酚的吸附性能

以铁氰化钾、磷酸二氢铵等为反应物,采用水热法合成了α-Fe₂O₃空心球,并用XRD,TEM,FESEM(场发射扫描电镜)、UV-Vis和低温氮吸附脱附对其进行了表征。结果表明,α-Fe₂O₃空心球直径在200～560 nm之间,其BET比表面积为80 m²·g^-1,平均孔径为8.5 nm。考察了反应时间、反应物用量和反应温度等对α-Fe₂O₃空心球形貌和大小的影响,提出了其可能的形成机理。研究了室温下α-Fe₂O₃空心球吸附苯酚的性能,吸附达平衡时,其吸附苯酚的量达97 mg·g^-1。     

Au-Cu/Co3O4双金属催化剂上乙烯完全催化氧化性能

以共沉淀法制得的Co₃O₄为载体, 采用两步法负载Au和Cu制得了一系列Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂, 考察了Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂完全催化氧化乙烯的性能, 并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)和O₂程序升温脱附(O₂-TPD)对催化剂进行了表征. 活性测试结果表明: 负载型Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂的催化性能优于单一金属催化剂Au/Co₃O₄, 并且在Au负载量为4% (w, 质量分数)时, 与AuCu/Co₃O₄和Au₃Cu/Co₃O₄催化剂相比, AuCu₃/Co₃O₄催化剂的催化活性较好, 0 ℃时可催化转化15.3%的乙烯为CO₂和H₂O, 120 ℃时100%催化转化乙烯. XRD和HRTEM表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂中有Au-Cu合金相的生成, 而Au₃Cu/Co₃O₄催化剂中Cu主要以氧化物的形式存在. Au和Cu之间产生相互作用, 使活性相金属的粒径降低. H₂-TPR和O₂-TPD分析结果表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂具有较强的低温可还原能力和可提供的大量表面活性吸附氧物种, 促进了乙烯的完全催化氧化.     

环己酮肟气相Beckmann重排反应B2O3/TiO2-ZrO2催化剂的失活与再生

对环己酮肟气相Beckmann重排反应制己内酰胺B₂O₃/TiO₂-ZrO₂催化剂的失活原因和再生方法进行了研究。通过对失活催化剂进行N₂吸附、XRD、NH₃-TPD等表征后发现，引起催化剂失活的主要原因是催化剂表面因积炭所引起的酸性改变。失活催化剂在600℃于空气气氛中焙烧8h可完全恢复到新鲜催化剂的水平。     

α-Fe2O3、γ-Al2O3、SiO2混合体系的表面配位反应

运用自动电位滴定技术分别研究了纳米α-Fe₂O₃、γ-Al₂O₃、SiO₂单一体系及三组分混合体系中氧化物表面的酸碱性质和对重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的吸附行为. 依据表面配位理论恒电容模式(CCM), 计算了相应的表面酸碱配位常数. 结果表明: α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃/SiO₂三组分混合体系的表面化学反应并非是单一体系的简单叠加, 而是存在着不同矿物表面间复杂的交互作用. 三组分表面酸碱反应平衡式和相应的酸碱反应平衡常数分别为: ≡XOH₂⁺?≡XOH+H⁺ (lgK_a1=-4.23), ≡XOH?≡XO^-+H⁺(lgK_a2=-8.41). 根据重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺在α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃/SiO₂混合体系表面的吸附行为, 计算得到Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺在混合体系表面配位反应及其平衡常数如下: ≡XOH＋M²⁺?≡XOM⁺+H⁺; lgK=-2.20, -1.90, -3.20 (M=Cu, Pb, Zn).     

Ni2+在γ-Al2O3上的分散状态及负载型Ni/γ-Al2O3催化剂的α-蒎烯加氢活性

用X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫散射光谱(UV-Vis DRS)、程序升温还原(TPR)、CO化学吸附和微反测试等方法研究了Ni²⁺在γ-Al₂O₃上的分散状态和负载型Ni/γ-Al₂O₃催化剂的α-蒎烯加氢催化活性。结果表明，当Ni²⁺负载量远低于其在γ-Al₂O₃载体表面分散容量时，Ni²⁺优先嵌入载体表面四面体空位，随着Ni²⁺负载量的增加，嵌入载体表面八面体空位Ni²⁺的比例增大。由于八面体Ni²⁺易被还原为金属态Ni⁰，NiO/γ-Al₂O₃样品的还原度随Ni²⁺负载量的增加而大幅度地增加，经氢还原所得Ni/γ-Al₂O₃催化剂的CO吸附量和α-蒎烯加氢催化活性大幅度增加。对La₂O₃助剂的作用进行了研究，结果表明分散在γ-Al₂O₃上的La³⁺物种可阻止Ni²⁺嵌入γ-Al₂O₃表面四面体空位，增大了八面体Ni²⁺物种所占比例，提高了催化剂的还原度，故Ni-La₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化活性高于Ni/γ-Al₂O₃催化剂。     

Pt/MOx(M=Ni,Fe,Co,Ce)催化剂上CO氧化反应中抗H2O与CO2的性能研究

我们研究了4种负载型Pt催化剂（1Pt/NiO、1Pt/FeO_x、1Pt/Co₃O₄和Pt/CeO₂）上不同反应条件下CO氧化活性及抗H₂O和CO₂性能.发现反应气氛中CO₂的加入与CO形成了竞争吸附,并在催化剂表面形成了碳酸盐物种堵塞了活性位,从而导致催化剂失活.反应气氛中H₂O的加入对1Pt/CeO₂催化剂的活性有所抑制,但对1Pt/FeO_x、1Pt/NiO和1Pt/Co₃O₄催化剂的活性却有促进作用.在1Pt/FeO_x和1Pt/CeO₂催化剂上的分步反应实验和动力学研究表明,尽管H₂O的加入在两种催化剂上均与CO形成了竞争吸附,但在1Pt/FeO_x催化剂上H₂O在载体表面解离形成的羟基更易与CO反应,开辟了新的反应途径,从而提高了反应性能.此外,H₂O的加入能有效分解该催化剂上的碳酸盐物种,从而保持了其稳定性.     

Cu/NiO-V2O5/SiO2催化剂光催化CO2和甲醇合成碳酸二甲酯的研究

采用表面改性法和等体积浸渍法制备了NiO-V₂O₅/SiO₂和Cu/NiO-V₂O₅/SiO₂光催化剂. 用TPR, XRD, UV-Vis DRS, IR和TPD-MS技术对催化剂的结构、吸光性能和化学吸附性能进行了表征, 研究了催化剂上CO₂和甲醇光促表面催化反应的反应性能. 结果表明, 半导体NiO和V₂O₅复合后部分形成了Ni^2＋—O—V^5＋键联, 而且NiO和V₂O₅在催化剂表面有相互修饰作用, NiO的加入有助于提高V₂O₅在载体SiO₂表面的分散程度, 抑制V₂O₅的聚集, 而且金属Cu和NiO的引入扩展了催化剂的光响应范围. 在催化剂表面存在多种活性吸附位, 催化剂对CO₂和甲醇的有效吸附使得其在较低温度下就能促进碳酸二甲酯的紫外光化学合成. 用Cu/NiO-V₂O₅/SiO₂催化剂, 在常压、空速300 h^－1、140 ℃和125 W紫外灯辐照的情况下, CH₃OH的转化率为14.2%, 碳酸二甲酯的选择性可达89.9 %.     

Cu/NiO-V2O5/SiO2催化剂光催化CO2和甲醇合成碳酸二甲酯的研究

采用表面改性法和等体积浸渍法制备了NiO-V₂O₅/SiO₂和Cu/NiO-V₂O₅/SiO₂光催化剂. 用TPR, XRD, UV-Vis DRS, IR和TPD-MS技术对催化剂的结构、吸光性能和化学吸附性能进行了表征, 研究了催化剂上CO₂和甲醇光促表面催化反应的反应性能. 结果表明, 半导体NiO和V₂O₅复合后部分形成了Ni^2＋—O—V^5＋键联, 而且NiO和V₂O₅在催化剂表面有相互修饰作用, NiO的加入有助于提高V₂O₅在载体SiO₂表面的分散程度, 抑制V₂O₅的聚集, 而且金属Cu和NiO的引入扩展了催化剂的光响应范围. 在催化剂表面存在多种活性吸附位, 催化剂对CO₂和甲醇的有效吸附使得其在较低温度下就能促进碳酸二甲酯的紫外光化学合成. 用Cu/NiO-V₂O₅/SiO₂催化剂, 在常压、空速300 h^－1、140 ℃和125 W紫外灯辐照的情况下, CH₃OH的转化率为14.2%, 碳酸二甲酯的选择性可达89.9 %.     

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。     

高活性耐硫MoO3改性NiO-Al2O3催化剂用于焦炉煤气甲烷化

采用双水解共沉淀法结合浸渍法合成了系列的MoO₃改性的xMoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂(x%为MoO₃的质量分数),利用固定床装置对催化剂的甲烷化反应活性和耐硫性能进行评价,并对失活前后催化剂进行详细表征。结果表明,随着MoO₃含量的升高MoO₃改性后的催化剂甲烷化活性有所下降,但MoO₃的掺杂显著提升了催化剂的耐硫性能。催化剂低温甲烷化活性降低的原因在于MoO₃负载量的增加降低了催化剂的活性比表面积,但MoO₃的引入也为硫化物提供了一个竞争吸附位点,进而延缓了活性位点的硫中毒过程。当 MoO₃负载量(质量分数)为 12.5% 时,12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂在 143 mg·m^-3 H₂S/H₂气氛下运行时间长达7 h,远高于其他催化剂。12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂吸收硫的量(质量分数)达到0.71%,是NiO-Al₂O₃催化剂硫吸附量的1.48倍。XPS表征进一步发现12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂表面生成的MoS₂最多,这说明在此负载量下Mo优先吸附了更多的硫而保护了活性位点。此外,MoO₃负载量为12.5%时,MoO₃在催化剂表面接近单层分散阀值,当竞争吸附发生时,为硫化物提供更多的吸附位点。     

CrOx/SiO2催化剂上丙烷在CO2气氛中脱氢反应的研究

采用XRD、UV-vis DRS、ESR和微分吸附量热等技术,考察了铬担载量分别为2.5、5和10wt%的CrO_x/SiO₂催化剂的结构、表面性质和氧化还原性能。结果表明,催化剂表面上存在多种Cr的氧化态和聚集形式。随着Cr担载量从2.5wt%到10wt%的逐渐增大,催化剂表面占主导地位的Cr物种由CrO₃单体转为多聚CrO₃和Cr₂O₃晶相。在CO₂气氛中催化剂对丙烷转化率和丙烯选择性的大小顺序为2.5wt%CrO_x/SiO₂>5wt%CrO_x/SiO₂>10wt%CrO_x/SiO₂,反应过程中的原位ESR和UV-visDRS测定结果表明,催化剂表面的反应活性中心为Cr⁵⁺,Cr⁵⁺可由催化剂预处理过程中Cr³⁺的氧化及丙烷反应过程中CrO₃单体的还原产生,在反应中CO₂可使Cr³⁺重新氧化为Cr⁵⁺.     

Ni/SiO2-Al2O3催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,以该系列复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni负载量15%（重量百分比）的催化剂,用于催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯.采用N₂物理吸附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂程序升温脱附（H₂-TPD）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）和吡啶吸附红外（Py-IR）等手段对催化剂进行了表征.结果表明,不同载体催化剂的活性组分分散度及表面酸性质存在明显差异,显著影响了催化剂吸附、活化H₂与C=O键的能力,进而影响了催化剂的乙酰丙酸加氢活性.其中,Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂上的L酸中心能够促进C=O键的吸附、活化,与金属Ni上的H₂吸附活性位协同作用,大大提高了乙酰丙酸加氢活性.因此,具有最多L酸中心和丰富H₂吸附活性位的Ni/SiO₂-8Al₂O₃催化剂表现出最高的乙酰丙酸加氢活性,在180℃、4 MPa氢气压力下,乙酰丙酸转化率达到90.5%,目标产物γ-戊内酯选择性为100%.     

在离子液体[BMIm][BF4]中电沉积光亮金镀层

在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIm][BF₄]）中以HAuCl₄·3H₂O为主盐、通过添加5,5-二甲基乙内酰脲（DMH）和胞嘧啶可得到色泽光亮、厚度达1.5 μm的金镀层,沉积过程中阴极电流效率可达到100%。SEM和XRD测试结果表明,DMH和胞嘧啶具有细化晶粒、平整镀层的作用。电化学测试结果表明,DMH可分别与Au³⁺、Au⁺形成配合物Au（DMH）₄^-、Au（DMH）₂^-,抑制了还原过程的表面转化步骤,从而增加了阴极极化,起到光亮镀层、细化晶粒的作用;胞嘧啶可在金核表面吸附,从而可以进一步光亮镀层、细化晶粒,与DMH有协同作用。循环伏安测试研究了镀液的电化学行为,研究表明在此体系中Au³⁺的还原为两步还原过程,分别为Au³⁺→ Au⁺和Au⁺→ Au。此外DMH和胞嘧啶的添加不会带来副反应。     

O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.     

Cr2O3和CrO3/Cr2O3催化剂的2-氯-1，1，1-三氟乙烷气相氟化反应的活性物种和失活

采用沉淀法和浸渍法制备了2种铬基（Cr₂O₃和CrO₃/Cr₂O₃）催化剂,用于气相氟化2-氯-1,1,1-三氟乙烷合成1,1,1,2-四氟乙烷。研究发现含有低价铬（Cr³⁺）物种的Cr₂O₃催化剂上2-氯-1,1,1-三氟乙烷的稳态转化率为18.5%,而含有高价铬（Cr⁶⁺）物种和低价铬（Cr³⁺）物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂初始转化率达到30.6%,然而存在明显的失活。含有Cr⁶⁺物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷氟化反应初始TOF值为1.71×10^-4 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅵ)^-1·s^-1,高于含有Cr³⁺物种的Cr₂O₃催化剂（4.16×10^-5 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅲ)^-1·s^-1）。Cr₂O₃催化剂在氟化反应前后催化剂的物相结构保持不变;而含有高价铬物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂经HF反应后生成了CrO_xF_y活性物种。然而,CrO_xF_y物种在反应中挥发或转化成稳定但无活性的CrF₃,从而导致催化剂失活。