MoNi/γ-Al2O3催化剂的制备及其催化乙酸临氢酯化反应性能

采用等体积浸渍的方法制备了MoNi/γAl2O3系列催化剂,利用XRD和TPR手段表征了其结构随Mo助剂的添加量和催化剂还原温度的变化,并考察了在3 MPa的氢气压力下,乙酸催化酯化的反应性能.结果表明,添加助剂Mo有利于Ni均匀地分散,减弱了Ni与Al之间的相互作用,抑制了NiAl2O4尖晶石结构的形成,降低了催化剂的还原温度.催化剂经600℃还原后,NiO被还原为Ni0.当加入经过600℃还原的催化剂MoNi/γ-Al2O3后,乙酸临氢反应转化率显著提高,可达33.2%.在3 MPa的氢气压力下,乙酸反应的途径可能为一部分乙酸被还原得到乙醇,乙醇与未还原的乙酸发生酯化,以乙酸乙酯和水为反应产物.     

生物质在超临界水中热解行为的初步研究

在间歇式高压反应釜中，考察了生物质（稻杆）在超临界水中的热解行为，研究了热解产物分布随反应温度、压力以及停留时间的变化规律。结果表明,气体收率随温度升高而增加，油收率则先增加后减少，380 ℃～410 ℃产油量较大，可达28.57%；气体收率和油收率随压力升高而增加，残渣收率则明显减小，但当压力高于31.5 MPa后，油收率基本不再随压力的升高而变化；气体收率随停留时间的延长而增加，油收率则先增加后减少。     

无定形硅铝催化生物质热裂解气齐聚合成汽油的特性

选取无定形硅铝(ASA)作为生物质热裂解气齐聚反应催化剂,分析了齐聚反应前后ASA的织构性质、酸性和积碳行为的变化规律,并在固定床反应器中评价了ASA在不同反应条件(100~320℃,2.0~4.0MPa)下的齐聚反应性能.结果表明,在不同齐聚反应条件下ASA均有不同程度的酸性损失和积碳,L酸位量损失随着温度升高呈现先降低后增加的趋势,在280℃达到最低;压力的升高则有利于降低L酸位量的损失.催化剂积碳量变化与L酸位量变化趋势一致.在反应过程中,低碳烯烃转化率和汽油段产物收率随着温度和压力的升高逐渐增大,在4.0 MPa,280℃反应条件下达到最优,其乙烯、丙烯和丁烯的反应转化率分别为19.2%,37.3%和58.7%,汽油段产物收率(摩尔分数)为22.9%,C_5~+的烯烃类选择性可达73.5%.     

连续式超临界水反应器中褐煤制氢过程影响因素的研究

建立了煤处理量为1kg/h的连续式超临界水反应装置并实现稳定运行,考察了反应温度（500℃～650℃）、反应压力(20MPa～30MPa)、水煤浆浓度(20%~50％)以及KOH添加量对小龙潭褐煤在超临界水中连续化制氢的影响。实验结果表明,反应进行20min后连续装置达到稳定运行状态。反应温度和KOH添加量是影响超临界水中褐煤制氢的关键因素。随着反应温度从500℃提高到650℃,氢气的体积分数与产率分别由11%和25mL/g增加到29%和110mL/g。添加0.5%KOH可明显提高碳气化率以及氢气的产率,但随着KOH加入量进一步增加,氢气产率增加的幅度减小。随着压力增加,甲烷产率有升高的趋势,氢气产率变化不大,提高水煤浆的浓度,碳气化率降低。     

Mg-5Sm-xGd合金及其抗拉强度反常温度效应

采用光学显微镜、扫描电镜、 X射线衍射和电子拉伸试验等研究了时效态Mg-5Sm-xGd (x=1, 2, 3, 4)合金的显微组织和力学性能。结果表明：时效态合金主要由α-Mg基体以及位于晶内弥散分布的稀土相Mg₅Gd和Mg₄₁Sm₅组成,随Gd含量的增加,稀土相的种类没有发生明显变化;Gd含量可改变晶粒大小,随Gd含量的增多晶粒大小先减小后增大,在Gd含量为3%时合金晶粒最小;合金抗拉强度总体变化趋势为随温度升高先升高后降低,出现了抗拉强度反常温度效应;在同一温度下,3%Gd含量的合金抗拉强度最高,并随温度升高而升高,在300℃达到峰值229.9 MPa;合金的屈服强度随温度升高而升高,随Gd含量的增加先升高后降低然后再升高,在Gd含量为3%,拉伸温度为300℃时屈服强度最大;合金拉伸断裂方式主要为脆性断裂,随温度升高逐渐向韧性断裂转变;合金的抗拉强度反常温度效应可能与晶格常数,晶粒大小及第二相的变化有关。     

水蒸气气化条件下碳酸钾对煤灰烧结和矿物质演化的影响

在水蒸气气化气氛(水蒸气-氢气-一氧化碳-二氧化碳混合气氛)下考察了反应压力对负载碳酸钾煤灰烧结温度的影响,建立了包含煤的灰分、煤灰化学组成、催化剂负载量及反应压力因素的煤灰烧结温度预测关系式,预测结果与实测烧结温度的误差在±15℃(2%)范围内。利用X射线衍射仪和Fact Sage热力学计算软件对不同气氛和压力下煤灰中的矿物组成及含量的变化规律进行了分析。结果表明,碳酸钾与煤灰中的硬石膏、方解石反应生成硫酸钾和碳酸钾钙;水蒸气气化气氛下硫酸钾和赤铁矿被还原,碳酸钾钙的分解温度随反应压力的增大而升高;负载催化剂煤灰中氢氧化钾的量随温度和压力的提高而增加,不同压力下煤灰的最低烧结温度与氢氧化钾的含量有关,当氢氧化钾的含量达到一定值时,不同压力下对应的温度与实验测得的煤灰烧结温度接近。     

双金属氰化物催化二氧化碳与环氧丙烷聚合

研究了双金属氰化配合物(DMC)催化剂催化二氧化碳(CO2)与环氧丙烷(PO)的共聚及PO的均聚反应,考察了DMC催化剂的诱导现象。结果表明,共聚时DMC催化的诱导期比均聚短,尤其是在低CO2压力(1.0MPa)下更明显,诱导期由均聚时的45min缩短为共聚时的15min。共聚时诱导期随CO2压力升高而增加,当反应压力由1.0MPa升高至7.0MPa时,诱导期由15min增至40min。PO与CO2共聚时的引发现象不同于PO均聚:共聚引发时温度和压力突然异常升高并迅速降低至引发前的状态,而均聚引发时温度突然升高后逐渐下降。由此可知CO2能促进DMC催化剂的活化。     

水蒸气气化条件下碳酸钾对煤灰烧结和矿物质演化的影响

在水蒸气气化气氛（水蒸气-氢气-一氧化碳-二氧化碳混合气氛）下考察了反应压力对负载碳酸钾煤灰烧结温度的影响，建立了包含煤的灰分、煤灰化学组成、催化剂负载量及反应压力因素的煤灰烧结温度预测关系式，预测结果与实测烧结温度的误差在±15℃（2%）范围内。利用X射线衍射仪和FactSage热力学计算软件对不同气氛和压力下煤灰中的矿物组成及含量的变化规律进行了分析。结果表明，碳酸钾与煤灰中的硬石膏、方解石反应生成硫酸钾和碳酸钾钙；水蒸气气化气氛下硫酸钾和赤铁矿被还原，碳酸钾钙的分解温度随反应压力的增大而升高；负载催化剂煤灰中氢氧化钾的量随温度和压力的提高而增加，不同压力下煤灰的最低烧结温度与氢氧化钾的含量有关，当氢氧化钾的含量达到一定值时，不同压力下对应的温度与实验测得的煤灰烧结温度接近。     

酶促合成油酸香茅醇酯的超临界连续反应-分离过程

将固定床动态酶促反应过程和超临界二氧化碳萃取分离过程相耦合,设计并建立了一套超临界相反应分离一体化的实验装置。在该装置上初步考察了反应压力和温度对脂肪酶催化油酸甲酯和外消旋香茅醇酯交换反应的影响。结果表明,我们所建立的反应装置能有效地实现反应分离一体化过程;当体系压力接近二氧化碳的临界压力时反应速率最高;9MPa压力下反应温度为328K时反应转化率最高,而在14MPa压力下反应转化率在308K～328K之间随着温度的升高而增大。     

碳桥限制构型催化剂催化乙烯1-己烯共聚和共聚物结构表征

为了碳桥限制构型催化剂(CpCN-CGC)的工业应用,为模试提供工艺参数,我们考察了用这种催化剂,以正庚烷为溶剂,甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂的乙烯与1-己烯共聚,考察因素包括聚合温度、乙烯压力、铝锆比、氢气压力和1-己烯浓度.研究发现聚合温度从100升高到140℃,共聚活性先升高再降低,聚合物分子量持续降低;氢气分压从0.1增加到0.8 MPa,共聚活性仍呈先升高再降低,聚合物分子量持续降低的趋势;乙烯压力从0.4升高到1.8 MPa,共聚活性先升高再降低,但聚合物分子量逐步增大;Al/Zr从500升高到1 000,共聚活性逐步增大,但聚合物分子量趋向减小.优化工艺条件为:催化剂用量为10μmol,Al/Zr=700,聚合温度为110~120℃,乙烯压力为1.2~1.4 MPa,1-己烯加入量为20 mL,聚合时间为30 min.此时共聚活性最高达到106g/(mol-Zr·h),共聚物中1-己烯插入率达到了8.34%;用13C-NMR、GPC、DSC表征了聚合产物,计算了二单元组和三段组序列分布,并发现有交替共聚片段HEHE存在.最后还讨论了在聚合物中发现的多种支链的形成机理.     

Catalytic Formation of Acrylate from Carbon Dioxide and Ethene

With regard to sustainability, carbon dioxide (CO₂) is an attractive C1 building block. However, due to thermodynamic restrictions, reactions incorporating CO₂ are relatively limited so far. One of the so‐called “dream reactions” in this field is the catalytic oxidative coupling of CO₂ and ethene and subsequent β‐H elimination to form acrylic acid. This reaction has been studied intensely for decades. However up to this date no suitable catalytic process has been established. Here we show that the catalytic conversion of ethene and CO₂ to acrylate is possible in the presence of a homogeneous nickel catalyst in combination with a “hard” Lewis acid. For the first time, catalytic conversion of CO₂ and ethene to acrylate with turnover numbers (TON) of up to 21 was demonstrated.     

Aqueous hydrogenation of carbon dioxide catalysed by water-soluble ruthenium aqua complexes under acidic conditions

Hydrogenation of carbon dioxide (P(H2/CO2)= 5.5/2.5 MPa) into formic acid (HCOOH) under acidic conditions (pH 2.5-5.0) in water has been achieved by using water-soluble ruthenium aqua catalysts [(eta6-C6Me6)RuII(L)(OH2)]SO4 (L = 2,2'-bipyridine or 4,4'-dimethoxy-2,2' bipyridine).     

Upgrading CO2 by Incorporation into Urethanes through Silver‐Catalyzed One‐Pot Stepwise Amidation Reaction

One‐pot two‐step stepwise reaction of terminal propargylic alcohols, carbon dioxide, and primary/secondary amines for the effective synthesis of various urethanes through robust silver‐catalysed C‐O/C‐N bond formation is reported. Catalytic activities were investigated by controlling catalyst loading, reaction pressure and time, and very high turnover number (turnover frequency) was obtained: 3350 (35 h⁻¹) with 0.01 mol% silver catalyst under 0.1 MPa, and up to 13360 (139 h⁻¹) with 0.005 mol% silver catalyst under 2.0 MPa at room temperature. The strategy was ingeniously regulated, and synchronously afforded a wide range of β‐oxopropylcarbamate and 1,3‐oxazolidin‐2‐one motifs in excellent yields and selectivity together with unprecedented high turnover number (TON) and turnover frequency (TOF) value.     

Cu(phen)Cl_2催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯

以CuCl2和邻菲啰啉(phen)为原料,在甲醇和乙醇混合溶剂中制备了Cu(phen)Cl2,采用傅里叶红外光谱、热重分析和H2程序升温还原对其进行了表征,并研究了其在甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中的催化性能.结果表明,Cu(phen)Cl2不仅具有较高的热稳定性,而且因phen与Cu(Ⅱ)间的σ-π配位作用而具有较高的催化活性.在催化剂浓度0.011mol/L,反应温度150℃,反应压力4.0MPa和p(CO)/p(O2)=19的条件下,生成DMC的转化数(TON)可达51.5.研究还发现,反应存在诱导期,且TON随温度呈"M"形变化,据此提出了新的羰氧化反应机理.     

钯催化 1,3-丁二烯羧酯化合成 3-戊烯酸甲酯

 以 1,3-丁二烯、CO 和甲醇为原料, 进行羧酯化反应合成 3-戊烯酸甲酯是 Altam 路线生产己内酰胺绿色工艺的关键步骤. 将 Pd 与三齿 N-杂环配体或双膦配体组成的催化体系用于 1,3-丁二烯的羧酯化反应中, 其中乙酸钯/2,6-二 (3,5-二甲基吡唑基) 吡啶催化剂表现出中等的催化活性, 在 150 ºC, p(CO) = 6.0 MPa 的优化条件下反应 6 h, 1,3-丁二烯转化率为 78.8%, 3-戊烯酸甲酯选择性达 92.2% (TON = 226); 而乙酸钯/2,2?-二 (二苯基膦基) 苯醚催化体系的活性更高, 在优化反应条件下, 1,3-丁二烯转化率达 90.4%, 3-戊烯酸甲酯选择性为 91.6% (TON = 181). 在 200 ºC 及类似的羧酯化反应条件下, 1,3-丁二烯发生二聚反应, 其转化率为 99% 以上, 二聚产物 4-乙烯基-1-环己烯选择性高于 96%.     

压缩CO2中Co-N-C催化3-硝基苯乙烯选择性加氢反应动力学及相行为

对于苯环上含有各种可还原基团(如–C=C,–CN,–C≡C)的硝基芳烃,通过选择性加氢来制备芳香胺类化合物依然充满挑战.负载型纳米催化剂通常存在过度加氢的缺陷,虽然通过覆盖部分金属位点等方法可改善其选择性,但多是以牺牲催化活性为代价.得益于较高的原子利用率以及孤立的活性位结构,单原子催化剂在硝基芳烃选择性加氢反应中崭露头角.例如Pt1/FeOx单原子催化剂在3-硝基苯乙烯加氢反应中对目标产物的选择性高于99％,且转化频率(TOF)是Pt纳米催化剂的20倍以上.然而,已报道的单原子催化体系中,活性组分多为Pt族贵金属,且以有机溶剂为反应介质,不符合绿色化学理念.本文以环境友好型溶剂——压缩CO2为反应介质,以氮掺杂碳负载非贵金属Co单原子(Co-N-C)为催化剂,实现了3-硝基苯乙烯的选择性加氢,且反应体系中无任何有机溶剂和助剂.在温和(60 oC,3 MPa H2(RT),总压8.1 MPa)的反应条件下,3-硝基苯乙烯可完全转化,目标产物3-乙烯基苯胺的选择性达到>99％,且产物可通过简单卸压直接分离.Co-N-C单原子催化剂表现出较高的稳定性,循环使用4次以后活性并无明显降低.HAADF-STEM表征发现反应后的催化剂中,Co仍然呈单原子分散.研究发现,通过改变CO2压力(即CO2相行为)可调变H2在其中的溶解度以及在加氢反应中的反应级数,进而调变反应速率.通常认为,催化活性会随CO2压力增大呈线性增加,而本文中转化率却随CO2压力增加呈现"倒V型"曲线关系,即当体系总压为8.1 MPa(PCO2=5.0 MPa)时,转化率达到最大值(100％),而升高或降低CO2压力均会显著降低催化活性.为解释"倒V型"曲线的成因,通过含可视窗的高压釜研究了3-硝基苯乙烯/CO2/H2三元体系的相行为.发现当总压为13.4 MPa时,体系为均匀的一相(即3-硝基苯乙烯完全溶解在CO2中);而当总压为8.1 MPa时,却形成了气-液两相.用激光笔照射高压釜上部的气相时,出现了明显的丁达尔现象,说明其中溶解有少量的3-硝基苯乙烯,呈胶体分散;底部为CO2膨胀的3-硝基苯乙烯液相,且该膨胀行为通过硝基苯-CO2二元相行为研究得到证实(即在一定CO2压力下,6 mL硝基苯可被CO2膨胀至充满整个高压釜(容积为29.3 mL)).动力学研究发现,在不含CO2以及总压为11.2 MPa时,H2的反应级数为～0.5;而当总压为8.1 MPa(CO2压力为5.0 MPa)时,H2的级数降为0,说明该压力下H2的溶解度显著增加.通过Peng-Robinson方程计算了不同CO2压力下H2的溶解度,发现H2溶解度与CO2压力也呈"倒V型"曲线关系,且最高点对应的CO2压力与上述转化率-PCO2曲线一致.因此,当总压为8.1 MPa,CO2分压为5.0 MPa时形成了CO2膨胀的3-硝基苯乙烯液体,溶解入该膨胀液体的CO2促进了H2的溶解,进而使H2的反应级数降为0,从而促进了加氢反应的进行.综上,本文以压缩CO2为溶剂,以非贵金属基Co-N-C为催化剂,发展了一种3-硝基苯乙烯绿色选择性加氢途径.同时发现,改变CO2压力可调变反应体系的相行为及反应动力学行为,进而调变催化性能.该研究结果可为调变压缩CO2介质中进行的其它催化转化反应性能提供借鉴.     

Clathrate hydrate formation after CO2-H2O vapour deposition

We study vapour condensation of carbon dioxide and water at 77 K in a high-vacuum apparatus, transfer the sample to a piston-cylinder apparatus kept at 77 K and subsequently heat it at 20 MPa to 200 K. Samples are monitored by in situ volumetric experiments and after quench-recovery to 77 K and 1 bar by powder X-ray diffraction. At 77 K a heterogeneous mixture of amorphous solid water (ASW) and crystalline carbon dioxide is produced, both by co-deposition and sequential deposition of CO(2) and H(2)O. This heterogeneous mixture transforms to a mixture of cubic structure I carbon dioxide clathrate and crystalline carbon dioxide in the temperature range 160-200 K at 20 MPa. However, no crystalline ice is detected. This is, to the best of our knowledge, the first report of CO(2) clathrate hydrate formation from co-deposits of ASW and CO(2). The presence of external CO(2) vapour pressure in the annealing stage is not necessary for clathrate formation. The solid-solid transformation is accompanied by a density increase. Desorption of crystalline CO(2) atop the ASW sample is inhibited by applying 20 MPa in a piston-cylinder apparatus, and ultimately the clathrate is stabilized inside layers of crystalline CO(2) rather than in cubic or hexagonal ice. The vapour pressure of carbon dioxide needed for clathrate hydrate formation is lower by a few orders of magnitude compared to other known routes of CO(2) clathrate formation. The route described here is, thus, of relevance for understanding formation of CO(2) clathrate hydrates in astrophysical environments.     

二氧化碳固定研究的最新进展

金属元素和CO2形成配合物已有详尽的综述，介绍近年来用过渡金属催化固定 CO2以及利用有机胺、醇类化合物固定CO2生成有机的最新研究进展。     

Carbon dioxide hydrogenation: Efficient catalysis by an NHC-amidate Pd(II) complex

The utilization of carbon dioxide as a carbon source has long been a challenge in modern organic chemistry due to its low reactivity, yet high abundance. Herein we demonstrate the highly efficient hydrogenation of carbon dioxide into formic acid in the presence of an NHC-amidate Pd(II) complex. Excellent turnover number was observed when the catalyst was used under heterolytic conditions. This catalytic system provides a new and efficient carbon dioxide hydrogenation method.     

Water-soluble IrIII N-heterocyclic carbene based catalysts for the reduction of CO2 to formate by transfer hydrogenation and the deuteration of aryl amines in water

Two new water-soluble [IrI(2)(AcO)(bis-NHC)] complexes (NHC=N-heterocyclic carbene) incorporating a sulfonate functionality have been synthesized. The two complexes have been tested in the reduction of CO(2) with H(2) and iPrOH, and their activity has been compared with similar species without the sulfonate moiety. In both reactions, the complex with the two abnormally bound NHCs shows the best catalytic efficiencies, due to the higher σ-electron-donor character of the ligand. Remarkably, the activities obtained for the reduction of CO(2) under the transfer hydrogenation conditions are the best reported to date in terms of TON value (max. TON=2700). The two new complexes have also shown very good activity in the selective deuteration of arylamines, a process that is known to proceed through a chelate assisted N-directed process.