甲烷氧化偶联催化剂Li/MgO的结构及表面性质的研究

本文用XRD、TEM、XPS和荧光光谱等方法研究了一组不同Li~+含量的Li/MgO催化剂的结构及表面性质,并与它们的氧化偶联甲烷的催化性能相关联。结果表明,低配位O~(2-)(O_(3c)~(2-))是使甲烷活化的活性中心。O_(1s)结合能为531.9eV的氧物种是对甲烷氧化偶联反应的C_2选择性起作用的活性氧物种。     

甲烷氧化偶联制乙烯Li—ZrO2,Li—La2O3催化剂的研究

研究了添加Li的La_2O_3和ZrO_2两种催化剂对甲烷氧化偶联催化性能的影响,并用XRD,LRS和XPS等方法对催化剂进行了表征。结果表明,Li~+的加入提高了催化剂的C_2选择性,但两类催化剂上Li~+的添加作用机制不同。La_2O_2加入Li~+达40mol％时,样品可获得34.4％的甲烷转化率和60.4％的C_2选择性。Li~+在La_2O_3表面分散,表面O/(Li+La)比随Li~+添加量增加而下降。催化剂对C_2选择性的提高可能是因为Li~+覆盖了La_2O_3表面部分完全氧化中心所致。ZrO_2中添加Li~+有Li_2ZrO_3生成,75mol％Li-ZrO_2仅检测到Li_2ZrO_3晶相,该样品可得34％甲烷转化率和63％C_2选择性。样品的XRD及XPS研究表明,随Li~+加入量增加,表面Li/Zr比接近2:1,没有Li的富集,样品表面存在两种氧物种,其O_1s结合能分别为530.3和531.9eV。对75mol％Li—ZrO_2样品,后者占95％,该表面氧物种可能与C_2选择性提高有关。     

掺杂SrTiO3体系上甲烷氧化偶联反应的研究—活性氧物种的作用

本文采用循环氧化还原法,脉冲反应及TPD等实验手段对钙钛矿型氧化物掺杂SrTiO_3体系上甲烷氧化偶联反应中的活性氧物种的作用进行了研究.结果表明,催化剂由于掺杂产生的未被充分还原的氧物种(O~(α-)(0<α<2)是活化甲烷并促使其发生偶联反应的主要的活性中心,而表面晶格氧(O_L~(2-))则主要使甲烷深度氧化;消耗掉的未被充分还原的氧或晶格氧可以在高温下氧气氛中氧化复原.对于掺杂的SrTiO_3样品,体相中的氧在惰性气氛或还原气氛中可以向表面扩散.吸附氧可能不直接与甲烷作用而主要通过催化剂表面活性氧物种(O~(α-)或O_L~(2-))而起作用.     

脉冲反应技术研究气相氧和晶格氧对甲烷氧化偶联的作用

ＣａＯ的晶格氧对甲烷能发生非选择性氧化反应，经反应消耗的晶格氧可以由气相氧中补充，也可以通过体相晶格氧向表面的迁移来补充。Ｎａ￣＋添加剂能抑制ＣａＯ晶格氧的反应活性，当Ｎａ￣＋含量达到５％时，ＣａＯ晶格氧对甲烷的完全氧化活性被完全抑制。Ｃａ＿ｘＳｒ＿（１－ｘ）ＴｉＯ＿３复合氧化物催化剂的晶格氧对甲烷没有活性。只有当气相氧存在时，在５％Ｎａ￣＋／ＣａＯ和Ｃａ＿ｘＳｒ＿（１－ｘ）ＴｉＯ＿３复合氧化物上才能通过气相氧向表面氧物种的转化而引发甲烷氧化偶联反应。     

钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧用于甲烷选择氧化取合成气

用自燃烧法制备了钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3催化剂。用H2－TPR考察了催化剂表面的氧消耗过程，用程序升温表面反应（TPSR）研究了甲烷与催化剂表面氧物种的反应，用在线质谱脉冲反应和甲烷／氧切换反应研究了催化剂的晶格氧选择氧化甲烷制合成气。结果表明，催化剂上存在两种氧物种，无气相氧存在时，强氧化性氧物种首先将甲烷氧化为CO2和H2O；而后提供的氧化性较弱的晶格氧具有良好的甲烷部分氧化选择性，可将甲烷氧化为合成气CO和H2（选择性可达95％以上）。在900℃一的CH4／O2切换反应结果表明，甲烷能与La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧反应选择性地生成CO和H2，失去晶格氧的La0.8Sr0.2FeO3能与气相氧反应恢复其晶格氧。在合适的反应条件下，用La0.8Sr0.2FeO3催化剂的晶格氧化替分子氧按Redox模式实现甲烷选择氧化制合成气是可能的。     

碱—碱土—稀土催化剂发射光谱的研究

用Eu~(3+)的发射光谱探讨了O~-物种的形成。对M/MgO、M/CaO体系(M为碱金属)的研究发现,Li~+、Na~+可进入MgO晶格;Li~+、Na~+、K~+可进入CaO晶格。由于Li~+不能进入La_2O_3晶格,故不能形成O~-物种,表明不同的催化剂体系在甲烷氧化偶联反应中会形成不同的活性中心。     

红外光谱研究甲烷和氧与SrO-La2O3/CaO表面的相互作用

在甲烷氧化偶联（ＯＣＭ）反应条件下，用原位红外光谱研究ＳｒＯ－Ｌａ２Ｏ３／ＣａＯ催化剂，结果表明，晶格氧使甲深度氧化，Ｌａ２Ｏ３和ＣａＯ具有活泼的晶格氧，ＳｒＯ的晶格氧比较稳定，气相氧通过催化剂表面消耗掉的晶格氧，加速甲烷了深度氧化，另一方面，催化剂表面的碳酸根物种在氧气氛下分解，在Ｌａ２Ｏ３和ＬＣ催化剂中，催化剂表面Ｌａ２Ｏ２（ＣＯ３）的分解形成配位不饱和的晶格氧Ｏ＾２－，并为气相氧吸附提供氧空     

甲烷在含有氧缺陷的钙钛矿型复合氧化物上的低温加压氧化偶联反应

用Ｍｇ＾２＋部分置换ＳｒＴｉＯ３中的Ｔｉ＾４＋，由于Ｍｇ＾２＋与Ｔｉ＾４＋的电荷差异而在晶格中生成了氧缺陷，通过氧缺陷上吸附的活性氧物种，在低于６００℃温度范围内甲烷可以进行氧化偶联反应。由于吸附的活性氧物种随着反应的进行被消耗掉的同时，生成的水吸附在氧缺陷中抑制了气相氧的吸附。当提高反应压力时，氧缺陷中吸附的氧物种不断补充，使甲烷的氧化偶联反应可以进行。     

钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧用于甲烷选择氧化制取合成气

 用自燃烧法制备了钙钛矿型La0．8Sr0．2FeO3催化剂．用H2－TPR考察了催化剂表面的氧消耗过程，用程序升温表面反应（TPSR）研究了甲烷与催化剂表面氧物种的反应，用在线质谱脉冲反应和甲烷／氧切换反应研究了催化剂的晶格氧选择氧化甲烷制合成气．结果表明，催化剂上存在两种氧物种，无气相氧存在时，强氧化性氧物种首先将甲烷氧化为CO2和H2O；而后提供的氧化性较弱的晶格氧具有良好的甲烷部分氧化选择性，可将甲烷氧化为合成气CO和H2（选择性可达95％以上）．在900℃下的CH4／O2切换反应结果表明，甲烷能与La0．8Sr0．2FeO3中的晶格氧反应选择性地生成CO和H2，失去晶格氧的La0．8－Sr0．2FeO3能与气相氧反应恢复其晶格氧．在合适的反应条件下，用La0．8Sr0．2FeO3催化剂的晶格氧代替分子氧按Redox模式实现甲烷选择氧化制合成气是可能的．     

原位FT-IR研究甲烷和氧与SrO-La_2O_3/CaO催化剂表面的相互作用和反应(英文)

用原位FT－IR研究了甲烷和氧与纯CaO,La_2O_3和SrO氧化物以及LC和SLC催化剂的相互作用和反应．当不存在气相氧时,引入的甲烷与表面晶格氧反应生成碳酸盐物种。在室温或高温下,在这些氧化物和催化剂上不能检测到CH_4或O_2的吸附物类。但是,当CH_4和O_2同时存在时,在La_2O_3和LC催化剂上能检测到1118cm~－1的新谱带、这一谱带可能来自于表面碳酸盐在高温下氧气氛中的分解,并可归属为物种。甲烷与这一活性氧物种反应生成C_2H_4。但对SLC催化剂,在高温下不能检测到物种,而甲烷和氧在高温下反应也能产生表面碳酸盐并在气相中形成乙烯,这就表明,气相氧对这些催化剂也起着关键作用,但是在LC和SLC催化剂上甲烷氧化偶联反应可能有本质上的差别。     

THE ROLE OF LATTICE AND GASEOUS OXYGEN ON THE OXIDATIVE COUPLING OF METHANE STUDIED BY A PULSE REACTION TECHNIQUE

A comparative study of the role of lattice and gaseous oxygen in theoxidative coupling of methane over Na~ /Cao and Ca_xSr_(1-x)TiO_3 perovskiteoxide catalysts was performed by using a pulse reaction technique with CH_4,O_2 and mixtures of CH_4and O_2.It was found that there is an oxygen species onthe Surface of Cao which is active only for the total oxidation of methane at thereaction temperature.These oxygen species.once reacted with methane andconsumed,can be regenerated by the adsorption of oxygen molecules from thegas phase or by the migration of the lattice oxysen from the bulk onto thesurface.In contrast,no such oxygen species and no reaction can be detected bymethane pulsed over Ca_xSr_(1-x)TiO_3perovskite oxide catalysts.Na~ can heavilysuppress the non-selective oxygen species on the surface,and When 5mol%Na~ was incorporated onto the surface of Cao,the sample showed no reactivityto methane.When oxygen exists in the gas phase,or the pulse containsmethane and oxygen,the reaction over(Cao is mai     

Influence of alkali metal doping on surface properties and catalytic activity/selectivity of CaO catalysts in oxidative coupling of methane

Surface properties （viz. surface area, basicity/base strength distribution, and crystal phases） of alkali metal doped CaO （alkali metal/Ca= 0.1 and 0.4） catalysts and their catalytic activity/selectivity in oxidative coupling of methane （OCM） to higher hydrocarbons at different reaction conditions （viz. temperature, 700 and 750 ℃; CH4/O2 ratio, 4.0 and 8.0 and space velocity, 5140-20550 cm^3 ·g^-1·h^-1） have been investigated. The influence of catalyst calcination temperature on the activity/selectivity has also been investigated. The surface properties （viz. surface area, basicity/base strength distribution） and catalytic activity/selectivity of the alkali metal doped CaO catalysts are strongly influenced by the alkali metal promoter and its concentration in the alkali metal doped CaO catalysts. An addition of alkali metal promoter to CaO results in a large decrease in the surface area but a large increase in the surface basicity （strong basic sites） and the C2＋ selectivity and yield of the catalysts in the OCM process. The activity and selectivity are strongly influenced by the catalyst calcination temperature. No direct relationship between surface basicity and catalytic activity/selectivity has been observed. Among the alkali metal doped CaO catalysts, Na-CaO （Na/Ca = 0.1, before calcination） catalyst （calcined at 750 ℃）, showed best performance （C2＋ selectivity of 68.8% with 24.7% methane conversion）, whereas the poorest performance was shown by the Rb-CaO catalyst in the OCM process.     

Screening of MgO——and Ce02-Based Catalysts for Carbon Dioxide Oxidative Coupling of Methane to C2＋ Hydrocarbons

The catalyst screening tests for carbon dioxide oxidative coupling of methane (CO2-OCM)have been investigated over ternary and binary metal oxide catalysts.The catalysts are prepared by doping MgO-and CeO2-based solids with oxides from alkali(Li2O),alkaline earth (CaO),and transition metal groups (WO3 or MnO).The presence of the peroxide (O2^2-)active sites on the Li2O2,revealed by Raman spectroscopy,may be the key factor in the enhanced performance of some of the Li2O/MgO catalysts.The high reducibility of the CeO2 catalyst,an important factor in the CO2-OCM catalyst activity,may be enhanced by the presence of manganese oxide species. The manganese oxide species increases oxygen mobitity and oxygen vacancies in the CeO2 catalyst.raman and Fourier Transform Infra Red (FT-IR)spectroscopies revealed the presence of lattice vibrations of metal-oxygen bondings and active sites in which the peaks carresponding to the buld crystalline structures of Li2O,CaO,WO2 and MnO are detected.The performance of 5%MnO/15?O/CeO2 catalyst is the most potential among the CeO2-based catalysts,although lower than the 2%Li2O/MgO catalyst.The 2%Li2O/MgO catalyst showed the most promising C2 hydrocarbons selectivity and yield at 98.0%and 5.7%,respectively.     

Screening of MgO- and CeO_2-Based Catalysts for Carbon Dioxide Oxidative Coupling of Methane to C_(2+) Hydrocarbons

The catalyst screening tests for carbon dioxide oxidative coupling of methane (CO2-OCM) have been investigated over ternary and binary metal oxide catalysts. The catalysts are prepared by doping MgO- and CeO2-based solids with oxides from alkali (Li2O), alkaline earth (CaO), and transition metal groups (WO3 or MnO). The presence of the peroxide (O2-2) active sites on the Li2O2, revealed by Raman spectroscopy, may be the key factor in the enhanced performance of some of the Li2O/MgO catalysts. The high reducibility of the CeO2 catalyst, an important factor in the CO2-OCM catalyst activity, may     

Na-W-Mn/SiO2催化剂体系中Na对甲烷氧化偶联制乙烯的作用

制备了一系列不同Ｎａ的含量的Ｎａ－Ｗ－Ｍｎ／ＳｉＯ２催化剂，并进行了它们的甲烷氧化偶联制乙烯反应性能的评价和ＸＰＳ，ＸＲＤ表征。研究结果发现，由于Ｎａ的表面富集引起了Ｗ和Ｍｎ向表面迁移，从而在催化剂表面形成了活化和选择氧化甲烷的Ｎａ－Ｏ－Ｍｎ和Ｎａ－Ｏ－Ｗ活性中心，这表明Ｎａ是甲烷高转化率和乙烯高选择性必不可少的活性组分。     

锂在甲烷氧化偶联催化剂中的助催化作用

自Lunsford等首次报道在Li/MgO催化剂上的甲烷氧化偶联(OCM)以来,许多研究者相继报道了添加碱金属对该反应的影响,其中以Li的添加最受关注。Li在OCM反应中对提高C_2烃选择性的作用最为明显,因而弄清Li在这一反应中的作用十分必要。本文讨论了Li在几个有代表性的碱土(CaO)及稀土(La_2O_3)中的存在形式与生成C_2产物的关系。     

甲烷氧化偶联反应催化剂碱性与反应性能的相关性

在催化剂甲烷氧化偶联反应性能研究的基础上，利用ＣＯ２－ＴＰＤ技术考察了不同的碱金属化合物－Ｌａ２Ｏ３／ＢａＣｏ３催化剂的表面碱性。结果表明，ＢａＣＯ３的协同作用，碱金属化合物的添加都增大了催化剂表面碱性的强度，也增加了碱性位的数量。