环境友好催化氧化研究进展

综述了近来使用H₂O₂或O₂作为清洁的氧化剂催化氧化反应的研究进展,重点介绍了杂多酸盐催化剂、金属配合物催化剂及NHPI等催化剂的组成和催化效率,并探讨了各种催化剂的优缺点.     

Ga对0.3Ga-WOx/SBA-15催化顺式-环辛烯环氧化的促进作用(英文)

本工作研究了镓(Ga)对Ga-WO_x/SBA-15催化H₂O₂与顺式-环辛烯环氧化反应活性的促进作用。最佳催化剂0.3Ga-WO_x/SBA-15的TOF为112 h^-1，是WO_x/SBA-15(57 h^-1)的近两倍。相较于WO_x/SBA-15(64.0 kJ/mol),0.3Ga-WO_x/SBA-15的低表观反应活化能(49.6 kJ/mol)与其优异的环氧化性能一致。动力学分析表明，H₂O₂在0.3Ga-WO_x/SBA-15表面上的吸附更强，这有助于H₂O₂的活化。基于催化剂的表征和环氧化的性能表明，Ga添加剂的提升作用归因于Lewis酸位点的增加和亲电性的增强。此外，金属过氧化氢(M-OOH)被鉴定为主要中间体。     

碳酸氢钠活化过氧化氢对烯烃的环氧化

研究了碳酸氢钠活化H<,2>O<,2>(BAP)体系对苯乙烯和不饱和脂肪酸甲酯的环氧化.分别考察了碳酸氢钠、表面活性剂、加料方式、反应时间、H<,2>O<,2>用量和反应温度对BAP体系H<,2>O<,2>分解和烯烃环氧化的影响.在n(苯乙烯):n(H<,2>O<,2>):n(NaHCO<,3>)=1:10:0.25,...     

CO2在金属表面活化的UBI-QEP方法研究

应用UBI-QEP方法估算了金属表面上形成的活化吸附态CO₂^-在Cu(111),Pd(111),Fe(111)和Ni(111)表面上的吸附热,计算了各种相关反应的活化能垒.结果表明,CO₂^-在4种过渡金属表面的相对稳定性的顺序为Fe>Ni>Cu>Pd;在Fe和Ni表面上CO₂^-较易生成,且容易进一步发生解离反应,在Fe表面会解离成C和O吸附原子,而在Ni表面上解离的最终产物为CO和O;在Cu表面上,CO₂^-虽较难形成,但其加氢反应的活化能比解离反应低,因此加氢反应是其进一步活化的有效模式;在Pd表面上,CO₂^-吸附态在能量上很不稳定,所以CO₂在Pd表面上不容易活化.     

Mn_2O_3/SiO_2催化剂上湿天然气中乙烷氧化脱氢活化的研究(英文)

对Mn2O_3／SiO_2催化剂上湿大然气中的乙烷氧化脱氢反应进行了研究,发现Mn2O_3／SiO_2有较好的催化活性。对反应前后的催化剂进行了XRD和XPS分析,结果表明,催化剂的活性组分为Mn~3 我们认为在该催化剂上乙烷的主要活化途径是：催化剂表面的配位不饱和酸碱对（MLC~n -OLC~2-C）将吸附在它们上面的C_2H_6活化和异裂成乙基向由基,乙基自由基进一步形成C_2H_4,同时反应物O_2与催化剂作用,促使已基自由基进行脱附。     

双核过渡金属络合物引发氮分子活化研究

将自然界资源丰富但化学性质上极其惰性的氮气分子在温和条件下转化为氨及其他含氮化合物,具有非常重要的意义。过渡金属络合物引发氮分子的活化及官能化已成为现代工业固氮的一大研究热点。本文回顾了氮分子与双核过渡金属络合物结合的键型模式,总结了影响氮分子活化的诸多因素如配体调变效应、金属调变效应等,对双核过渡金属络合物引发的双氮裂解、双氮官能化及CO/CO2协助双氮活化官能化等反应的实验与理论研究现状和进展进行了简要综述,并对未来过渡金属络合物在氮分子固定的应用发展作了展望。     

Fe~(2+)活化过硫酸钠降解日落黄的研究

通过Fe~(2+)活化Na_2S_2O_8产生强氧化性的硫酸根自由基,利用硫酸根自由基氧化降解有机污染物。以日落黄为降解目标物,通过研究有无Fe~(2+)、Na_2S_2O_8对日落黄降解率的影响,来探讨Fe~(2+)活化Na_2S_2O_8降解日落黄的可行性,并采用叔丁醇和甲醇抑制剂的方法探究了降解日落黄的作用机理。重点考察了Fe~(2+)初始浓度、Na_2S_2O_8初始浓度、柠檬酸浓度以及pH值对Fe~(2+)活化Na_2S_2O_8降解日落黄的影响。实验结果表明:在Fe~(2+)-Na_2S_2O_8体系中,日落黄初始质量浓度为30 mg/L、Fe~(2+)摩尔浓度为1.0 mmol/L、Na_2S_2O_8摩尔浓度为2.0 mmol/L、柠檬酸摩尔浓度为1.0 mmol/L、pH值为3.0的条件下,反应时间为60 min时日落黄降解率可达95.37%。     

固氮酶活性中心FeMo-Cofactor对N2活化方式的探讨

结合实验和理论计算的结果, 讨论了固氮酶的活性中心铁钼辅基(FeMo-co-facto r) 对N₂ 的各种活化方式, 并在此基础上提出了一种新模型, 即N₂ 在FeMo2cofacto r 的内部以“4Fe 端基配位+2Fe 侧基配位”的方式被活化,N₂ 的三重键完全断裂, 断裂产生的两个含N 的碎片分别偏向两侧的“窗口”, 再在H 的进攻下被还原为NH₃, 并分别从两侧的“窗口”离去。     

表面酸性对Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响

通过浸渍法分别在Al(OH)_3和Al_2O_3中引入SiO_2,经焙烧后制备具有不同表面酸性质的SiO_2-Al_2O_3载体,以上述SiO_2-Al_2O_3及Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备Ni负载量为15%的Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂(分别为Ni/SA-1和Ni/SA-2)与Ni/Al_2O_3.采用N2物理吸附、Py-FTIR、NH3-TPD、XRD、H2-TPR和H2-TPD手段对催化剂进行表征,考察了表面酸性质对催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响.结果表明,SiO_2引入方式会影响Ni/Al_2O_3催化剂表面酸性质及活性组分Ni在载体表面的分散行为.在Al(OH)3中引入SiO_2时,Ni/SA-1催化剂不仅活性组分具有高分散度,而且表面具有丰富的L酸位点,L酸位点与Ni活性中心协同作用有效提高了催化剂的高压加氢性能.而在Al_2O_3中直接引入SiO_2时,SiO_2覆盖了Al_2O_3表面的L酸位点,催化剂活性组分分散度较低,表现出低的加氢活性.     

新型Raney-Ni制备过程中的XRD,SEM和EDAX研究

采用急冷法及预处理制备Raney-Ni原始合金,以XRD,SEM和EDAX手段研究了其活化过程.此方法制备的Raney-Ni原始合金与传统方法制备的相比,晶粒变小,Ni₂Al₃相增多,从而使其具有中心为大量Ni₂Al₃,外围为少量NiAl3包裹的独特结构,使活化始终以铝向表面迁移为控制步骤,活化后残留较多的Ni₂Al₃相,催化剂中活性Ni均匀分布在残留的Ni₂Al₃上.     

低于300℃时两种氧化铈材料对稀燃阶段NOx存储性能的影响

The present work investigated the effects of two types of CeO₂ materials on the lean NO_x trap (LNT) performance over NO_x storage reduction (NSR) catalysts below 300 ℃. These materials were obtained by mechanical mixing of 2% (w) Pt/Al₂O₃ (PA) with CeO₂-X (X=S, I). X-ray diffraction (XRD), BET surface area measurements, and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the physical structures of the catalysts, while X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and H₂ temperature-programmed reduction (H₂-TPR) were employed to identify and quantify the surface Ce³⁺ concentrations and the amounts of surface-active oxygen. In-situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (In-situ DRIFTS) was applied to analyze the surface adsorbed NO_x species. Compared with CeO₂-I, CeO₂-S presented superior physico-chemical properties, including higher surface area, richer porous texture, stronger aging-resistance, and higher surface Ce³⁺ concentration. As a result, the PA+CeO₂-S sample also exhibited outstanding NO_x trapping capacity. Furthermore, interaction between Pt and CeO₂ was observed in the PA+CeO₂-X mixtures, which facilitates NO oxidation and the NO_x trapping process owing to the accompanying increase in the activity of surface active oxygen on the CeO₂. This interaction was stronger in the case of the PA+CeO₂-S sample as compared with the PA+CeO₂-I. The Ce³⁺ content and presence of active oxygen species on the CeO₂ surface both play critical roles in the NO_x trapping process and hydrothermal treatment of the CeO₂ significantly decreased the NO_x trapping capacity of both PA+CeO₂ samples. It was also determined that the interaction between Pt and aged CeO₂ is weakened and that the NO_x trapping capacity of aged CeO₂ is enhanced after loading a small amount of Pt, which is attributed to the promotion of nitrate formation by increased surface oxygen activity.     

Ce1-xMnxO2表面性质对催化CO2和甲醇直接合成DMC反应活性的影响

通过共沉淀法制备了一系列Mn掺杂量不同的Ce_1-xMn_xO₂催化剂, 并将其用于催化CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC). 通过X射线衍射(XRD)、 氮气吸附-脱附、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和程序升温脱附(TPD)等手段研究了Ce_1-xMn_xO₂表面性质对催化CO₂和甲醇直接合成DMC反应活性的影响. 结果表明, Mn离子进入CeO₂晶格中形成固溶体, 随着Mn掺杂量增加, 催化剂表面弱酸碱位数量逐渐降低, 中强酸碱和强酸碱位数量增加, 催化剂表面氧空位含量呈先增加后减少的变化趋势, 当Mn掺杂量较少时, 催化剂表面Mn²⁺比例较高, 有利于Ce⁴⁺+Mn²⁺→Ce³⁺+Mn³⁺反应的进行, 促进催化剂表面氧空位生成; 进一步提高Mn掺杂量时, 催化剂表面Mn⁴⁺比例提高, 有利于Ce³⁺+Mn⁴⁺→Ce⁴⁺+Mn³⁺反应的进行, 导致催化剂表面氧空位含量减少. 研究发现Ce_1-xMn_xO₂催化剂活性与表面氧空位含量线性相关.     

SO_2和H_2O对CeO_2/TiO_2/堇青石催化剂选择催化还原NO_x性能的影响

采用浸渍法制备了以堇青石为基底、氧化铈为活性组分的整体式脱硝催化剂CeO2/TiO2/堇青石催化剂。通过与商业钒基催化剂(V2O5-WO3/TiO2/堇青石)的对比研究发现,CeO2/TiO2/堇青石催化剂表现出了优良的抗硫抗水性能,经过30 h抗硫抗水实验,CeO2/TiO2/堇青石催化剂的氮氧化物转化率仍能保持在70%以上,仅下降了5%。BET、XRD、FT-IR和TG表征结果表明,在含硫含水气氛中反应时,CeO2/TiO2/堇青石和V2O5-WO3/TiO2/堇青石催化剂表面均有硫酸铵盐的生成,且前者的生成量明显低于后者。NH3-DRIFT分析结果表明,在含硫含水气氛中两种催化剂表面Brnsted酸性都被增强,而Lewis酸性有所减弱。进一步的XPS分析结果表明,烟气中的SO2+H2O会使催化剂表面Ce4+向Ce3+发生转化,从而导致化学吸附氧含量增加,这是CeO2/TiO2/堇青石催化剂具有优良抗硫抗水性能的重要原因。     

Effect of Cesium Modification on CuO/CeO2 Catalysts for the Catalytic Decomposition of N2O

A series of Cs-modified CuO/CeO2 mixed oxide catalysts was prepared for enhancing the stable activity of N2O decomposition.It was found that Cs modification promoted the catalytic performance of CuO/CeO2 catalysts significantly,The l%Cs-CuO/CeO2 catalyst exhibited the best activity,and the conversion of N2O reached 100%at 380℃ in the presence of 2% O2.The catalytic behaviors were investigated by means of XRD,N2 adsorption isotherms,XPS,H2-TPR(TPR:temperature-prograrmmed reduction),CO-IR,O2-TPD(TPD:temperature-programmed desorption)and diffused reflectance infrared Fourier transform spectorscopy(DRiFTs).The results revealed that Cs modification promoted the activity and the oxygen resistance by enhancing the desorption of surface oxygen species and increasing the content of Ce^3+.CO-DRIFTs revealed that Ce^3+could efficiently facilitate the regeneration of active Cu^+sites by an oxygen migration step.The possible reaction mechanism was also discussed.     

EPR study of the radicals formed upon UV irradiation of ceria-based photocatalysts

EPR measurements reveal remarkable differences on the type of radicals produced after UV illumination of TiO₂, CeO₂ and 0.8% CeO₂/TiO₂ photocatalysts. Photoactivation of the TiO₂ sample in vacuum results in the formation of Ti⁴⁺–O⁻ species and a small amount of Ti³⁺ centers. In the presence of adsorbed oxygen, irradiation of this material also generates Ti⁴⁺–O₃⁻ radicals. In the case of the CeO₂/TiO₂ catalyst, the ceria component is present in a highly dispersed state, as indicated by XRD and UV–Vis diffuse reflectance spectra (DRS) results. Accordingly, the only type of Ce⁴⁺–O₂⁻ adducts generated on the CeO₂/TiO₂ sample are indicative of the presence of two-dimensional patches of ceria on the anatase surface. On the other hand, photoactivation of the CeO₂/TiO₂ sample in the presence of oxygen also leads to the formation of some Ti⁴⁺–O⁻ and Ti³⁺ centers. In the case of the CeO₂ sample, superoxide radicals are observed upon irradiation in vacuum and subsequent oxygen adsorption. Further irradiation of this material in the presence of oxygen increases the amount of Ce⁴⁺–O₂⁻ radicals and simultaneously generates new species, which are tentatively assigned to Ce⁴⁺–O₂H radicals. Photocatalytic activity was tested for toluene oxidation, and the results obtained show that the photodegradation rate is slightly lower for CeO₂/TiO₂ than for the TiO₂ sample. However, the selectivity towards benzaldehyde (6–13%) is comparable for both materials. In the case of CeO₂, the photo-oxidation rate is an order of magnitude lower than for TiO₂, although mineralization of toluene is almost complete. Photoactivity results are discussed in connection with the characteristics of the radicals observed.     

载体物化性质对锰铈催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响

选取TiO₂、SAPO-34、Al₂O₃三种常用载体,通过浸渍法以Mn-Ce-O为活性组分制备了负载型MnCeO_x脱硝催化剂。采用XRD、BET、H₂-TPR、XPS、Py-FTIR等手段对催化剂的固相结构、比表面积、还原性能、表面元素及酸量进行表征分析。结果表明,MnCeO_x/SAPO-34催化剂具有最大的比表面积（439.87 m²/g）,酸量适中,还原性能最差;MnCeO_x/Al₂O₃催化剂中Mn⁴⁺、Ce³⁺所占比例较高,但酸性最弱;MnCeO_x/TiO₂催化剂还原性能最优,表面Mn、Ce元素浓度最高,并具有大量Lewis酸性位。通过气固相催化反应装置对催化剂性能进行了NH₃-SCR脱硝评价,结果表明,MnCeO_x/TiO₂催化剂具有较好的脱硝性能,反应温度为280 ℃时,NO转化率达100%（空速为42000 h^-1）;与催化剂物化性质对比分析,催化剂的氧化还原能力和Lewis酸性位对其脱硝性能至关重要。     

CeO_2与WO_3协同作用对CeO_2-WO_3催化剂脱硝性能影响的研究

采用原位自组装法分别制备纯CeO_2、WO_3和CeO_2-WO_3(CW)催化剂,并研究其NH_3选择性催化还原NO_x的催化活性。结果表明,WO_3的加入使得CW催化剂以微孔为主且具有最大的孔容和较大的比表面积,提高了其催化性能。WO_3的加入增强了Ce和W之间的相互作用,显著地提升了Ce~(3+)和O_α的含量。CW催化剂具有最多的酸性位点。因此,CW催化剂催化活性最好,在250-400℃温度下NO_x转化率为100%。     

新型Lewis固体酸Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs制备及催化酯化反应合成生物柴油性能研究

采用高温浸渍法,通过Ce~(3+)、Ti~(4+)和浓硫酸磺化反应对多壁纳米碳管进行了改性处理,制备了Lewis酸型固体酸催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs,并采用透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射光谱和NH_3程序升温脱附等多种测试技术对催化剂的物理化学特性和结构特征进行了表征。以Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs为油酸与甲醇经酯化反应合成生物柴油的催化剂,对其催化性能进行了研究。结果表明,当醇油物质的量比为12∶1,催化剂与反应物质量比为1%,反应温度为65℃,反应5 h,油酸转化率为93.4%。催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs在重复使用八次后,油酸的转化率仍为80.8%,由此表明其具有较高的催化活性和稳定性。高催化活性和稳定性是因为,纳米碳管的C 1s结合能较一般炭材料低,使得电子在其管状结构中的流动和逃逸非常容易,从而有助于负载于纳米碳管之上的活性组分之间发生强烈的相互作用,最终促使Ce~(3+)和Ti~(4+)分别与SO_4~(2-)形成稳定的配位键,增大催化剂的晶化程度,并使SO_4~(2-)与纳米碳管结合的更加牢固,增强了催化剂的稳定性,减少了催化剂中活性组分的流失。最后,由于SO_4~(2-)与Ce~(3+)的强相互作用,在不增加纳米碳管表面缺陷的情况下,改变了Ti~(4+)-SO_4~(2-)中表面原子的化学状态,使得S~(6+)离子和Ti~(4+)离子的吸电子能力增加,使催化剂以Lewis酸性活性位为主,避免了SO_4~(2-)/MWCNTs因为以Brnsted酸位为主,而在富含水的反应介质中,由于水合反应而降低其催化活性的现象发生。     

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。     

基于钛锡载体的SCR低温脱硝催化剂的表面性质研究

采用共沉淀法制备TiO₂-SnO₂固溶体,浸渍法负载CeO₂得到一系列xCeO₂/TiO₂-SnO₂负载型催化剂,在模拟NH₃选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)反应条件下考察催化剂低温脱硝活性。通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H₂-TPR)、程序升温脱附(NH₃-TPD)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)等表征技术,研究了氧化铈负载后催化剂的微观结构、表面物种的存在状态、表面酸位等表面性质及NH₃吸附特性。结果表明,Ce:Ti物质的量比为0.1时,催化剂催化脱硝反应活性最高,同时具有较宽的温度窗口(250~300℃)和热稳定性;铈的过量负载会导致催化剂比表面积减小、活性窗口变窄,同时其氧化还原能力和NH₃吸附能力也减弱。NH₃-TPD结果显示,CeO₂的负载导致催化剂NH₃在弱酸及中等酸位的吸附显著增强,与催化剂NH₃-SCR最佳反应物温度降低有关。in situ DRIFTS表明,xCeO₂/TiO₂-SnO₂催化剂的Lewis酸位和Brønsted酸位强度均明显增强,同时,在1657~1666cm^-1处出现新的Brønsted酸位,参与SCR反应的主要物质是NH₄⁺分子。