KCl对Cu-K-La/γ-Al2O3催化剂上HCl氧化反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂,考察了KCl对该催化剂催化HCl氧化制Cl₂反应性能的影响. 当KCl的负载量为5 wt%时,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂表现出较好的催化活性和稳定性,可在较大的原料气空速变化范围内使用. 在0.1 MPa,360 ℃,空速450 L/（kg-cat·h）和HCl/O₂摩尔比为2：1的反应条件下,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂上HCl转化率在100 h内保持85%以上. 表征结果表明,Cu,K和La物种均高度分散于γ-Al₂O₃载体表面;一定量KCl的加入可降低Cu²⁺ → Cu⁺的还原温度,从而提高Cu²⁺活性中心的催化活性.     

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).     

Pt原子在γ-Al2O3(001)表面的吸附及迁移

采用密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)方法, 对Pt原子与γ-Al₂O₃(001)面的相互作用及迁移性能进行了研究. 分析了各种可能吸附位及吸附构型的松弛和变形现象, 吸附能和迁移能垒的计算结果表明: Pt团簇能够稳定吸附在该表面. Pt原子在表面O位的吸附能明显较高, 这主要是由Pt向基底O原子转移了电子所致. 电荷布居分析表明, Pt原子显电正性, Pt和Al原子之间存在排斥作用, 导致与Al原子产生较弱相互作用. 计算的平均吸附能大小依赖于Pt团簇的大小和形状, 总体趋势是随着Pt原子数增多, 吸附能降低. Pt原子在γ-Al₂O₃(001)表面迁移过程所需克服的迁移能垒最高值为0.51 eV. 随着吸附的Pt原子数增多,更倾向于形成Pt团簇. 因此, Pt原子在γ-Al₂O₃(001)表面的吸附演变不可能形成光滑、均匀平铺的吸附构型, 而在一定条件下容易出现团聚.     

“嵌入模型”在γ-Al2O3负载单组分和双组分金属氧化物催化剂中的应用

探讨负载型金属氧化物催化剂的表面组分与载体之间的相互作用, 有助于理解相关催化剂的催化作用本质. 近年来, 我们对单组分CuO以及双组分CuO-Mn₂O₃, CuO-CoO等金属氧化物在γ-Al₂O₃载体表面的分散行为和存在状态, 及其物理化学性质和催化性能(CO+O₂和NO+CO模型反应)进行了研究. 结果表明, 这些金属氧化物在γ-Al₂O₃载体表面的分散行为和所得负载型催化剂样品的一些物理化学性质及其催化性能均可参照“嵌入模型”来解释. 在此基础上, 我们讨论了这些样品的“组成-结构-性质”间的关系, 并针对表面负载双组分金属氧化物样品提出了表面协同氧空位参与的NO+CO反应机理.     

Ni-Co双金属催化剂上沼气重整制氢机理

用传统湿式浸渍法制备了La₂O₃掺杂的商业γ-Al₂O₃负载的沼气重整催化剂Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃, 并用程序升温加氢(TPH)、程序升温氧化(TPO)、程序升温表面反应(TPSR)、程序升温脱附(TPD)及脉冲实验对催化剂进行了表征. 结果表明, 沼气重整过程中Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上的表面碳物种主要来源于CH₄的裂解, CO₂的贡献很小. CH₄裂解能够产生三种活性不同的碳物种, 即C_α、C_β与C_γ. 随着反应的进行, C_α物种减小而C_β与C_γ物种增加, 且C_γ物种能够转变为惰性的石墨碳. 重整反应过程中CH₄与CO₂的活化能相互促进. 催化剂表面的O物种与C反应生成CO或与CH_x反应生成CH_xO再分解为CO与吸附态的H物种, 可能是Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上沼气重整的速率控制步骤.     

镍基催化剂上稻草水蒸气重整制富氢合成气

采用浸渍法制备了SiO₂, γ-Al₂O₃, CaO和TiO₂负载的Ni催化剂, 以及不同MgO含量的MgO-7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂,利用X射线衍射和N₂吸附-脱附技术表征了催化剂的结构,在固定床反应器上评价了它们在稻草水蒸气催化重整制合成气反应中的催化性能,考察了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明, 以γ-Al₂O₃为载体时Ni催化剂活性最高,其中7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂的H₂收率可达1071.3ml/g,H₂:CO的体积比为1.4:1;同时,MgO的添加进一步提高了该催化剂的性能,当MgO含量为1.0%时,H₂收率可达1194.6ml/g,H₂:CO体积比可达3.9:1.可见MgO的加入促进了Ni基催化剂上稻草水蒸气催化重整制合成气反应的进行,同时使得合成气中CO发生水-汽转换反应,从而大大提高了合成气中H₂含量.     

新型磁性荧光Fe3O4-CdSe纳米复合材料的制备

以1-十八烯作为高沸点溶剂, 在磁性粒子表面沉积量子点获得新型的磁性荧光Fe₃O₄-CdSe 纳米异质结构. 首先以乙酰丙酮铁(Fe(acac)₃)为前驱体, 二苯醚为溶剂, 油酸为表面活性剂和油胺(OAm)为表面活性剂兼还原剂, 通过溶剂热法制备单分散性的Fe₃O₄ 纳米粒子. 然后以1-十八烯为高沸点溶剂, CdO 为镉源,TOP-Se为硒源, 十六胺为表面活性剂以及硬脂酸为生长促进剂和成核剂制备得到新型的Fe₃O₄-CdSe纳米异质结构. 通过透射电镜(TEM), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, X射线衍射(XRD)谱, X射线光电子能谱(XPS)分析仪, 振动样品磁强计(VSM), 紫外-可见(UV-Vis)光谱和光致发光(PL)等手段对Fe₃O₄-CdSe 纳米复合材料的结构和性能进行表征. 结果表明, CdSe纳米粒子成功地吸附在Fe₃O₄纳米粒子表面, 并沿着c轴生长, 形成了宽3.6 nm, 长分别为14.5 和32.5 nm的新型枣核状和钉子状的异质结构体. 这种新型的Fe₃O₄-CdSe纳米复合材料是由磁铁矿Fe₃O₄和六方形的CdSe棒状结构组成, 具有较好的荧光性能和超顺磁性. 随着CdSe棒长度的增加, 荧光吸收峰向长波方向移动. Fe₃O₄纳米粒子, 枣核状和钉子状的Fe₃O₄-CdSe纳米复合材料的饱和磁化强度分别是57.80, 40.76和31.10 emu·g^-1.     

乙醇辅助的化学沉积法制备硫化型Mo/γ-Al2O3加氢脱硫催化剂

以硫代乙酰胺为硫源,钼酸钠为钼源,乙醇为分散剂,采用化学沉积法制备了MoS₃/Al₂O₃催化剂前驱体,再用H₂高温处理得到高分散硫化型MoS₂/γ-Al₂O₃催化剂,运用N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱以及高分辨透射电子显微镜等技术对MoS₂/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,并以二苯并噻吩作为模型化合物评价了催化剂的加氢脱硫(HDS)活性.结果表明,与浸渍法相比,所制催化剂具有更大的比表面积和孔体积、更高的活性金属分散度、更佳的Mo物种硫化度以及更短的MoS₂片层长度和更高的堆积度,因而在二苯并噻吩HDS反应中表现出远优于浸渍法所制催化剂的活性.乙醇可通过S?H-O氢键吸附至MoS₃纳米粒子表面,可有效防止其生长和团聚,起到分散剂的作用.     

助剂对Ni/γ-Al2O3催化剂上多环烃JP-10重整制氢反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备了碱金属Na、碱土金属Mg以及稀土金属Ce改性的15% Ni-5% M/γ-Al₂O₃镍基负载型催化剂(标记为NMA,M=Na、Mg、Ce)。通过XRD (X射线衍射)、N2吸附-脱附、H₂-TPR (H₂-程序升温还原)、TEM (透射电镜)、NH₃-TPD (NH₃-程序升温脱附)、TG (热重)和拉曼光谱技术对催化剂的物相、织构、表面性质等进行了表征分析,并在微通道反应器内研究了多环烃挂式四氢双环戊二烯(JP-10)催化重整制氢性能。结果表明,不同助剂的加入均在一定程度上提高了Ni/γ-Al₂O₃(NA)催化剂的活性和抗积碳性能。其中,NNaA催化剂的表面活性镍物种的浓度最高,颗粒尺寸最小,且其表面总酸量较低,在高温重整反应中对活性组分镍的抑制聚集作用最为明显,从而使其获得最佳的改性效果。在常压、750℃、水碳比(S/C)为2.4、重时空速(WHSV)为472 h^-1条件下,NNaA催化剂上JP-10的转化率和H₂选择性分别可达82.9%和73.3%,而积碳量仅为0.53 mg·g_feed^-1。反应后该催化剂的积碳多为丝状碳,而其他催化剂的积碳多为无定形碳。     

Fe3O4修饰的Pt-Ru/C纳米催化剂的制备及其在无溶剂条件下邻氯硝基苯选择性加氢的催化性能

采用浸渍法制备了一系列Pt/Ru质量比不同的Fe₃O₄修饰的Pt-Ru/Fe₃O₄/C催化剂, 运用透射电镜(TEM)、能量弥散X射线谱(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)等手段对Pt-Ru/Fe₃O₄/C一系列催化剂进行了表征, 并考察了Pt/Ru质量比不同对催化剂Pt-Ru/Fe₃O₄/C在无溶剂条件下催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性加氢制备邻氯苯胺(o-CAN)催化性能的影响. 研究结果表明, 催化剂的催化活性和对目标产物的选择性跟活性组分Pt、Ru比例有关. 随着Pt/Ru比例的减小, 目标产物o-CAN的选择性有所升高, 然而反应物o-CNB的转化率有所下降. 当Pt/Ru的质量比为2时, o-CNB的转化率降为76.5%, 而目标产物o-CAN的选择性仍然为100%. 与此同时, 我们还对Pt-Ru/Fe₃O₄/C催化剂高的催化活性和目标产物的高选择性可能的原因进行了分析.     

炭载钌催化剂的微波制备及其水相乙酰丙酸加氢性能

生物质衍生物乙酰丙酸是生物质转化过程中重要的平台分子,对其进行催化加氢可以得到高附加值的产物,是连接生物质转化和石油化工的重要途径。本实验研究了无溶剂微波辅助热解法绿色制备负载型钌基催化剂,以Ru₃（CO）₁₂为金属前体,碳纳米管、椰壳活性炭和活性氧化铝为催化剂载体,该制备方法简单易操作,环保高效低能耗,不使用溶剂,避免了杂质的引入和对催化剂的污染,是一种新型负载型贵金属催化剂的制备方法。同样采取传统浸渍法制备Ru/γ-Al₂O₃-IM。在乙酰丙酸水相催化加氢反应中的催化活性顺序为Ru/AC > Ru/CNT ≈ Ru/FCNT > Ru/γ-Al₂O₃-MW ≈ Ru/γ-Al₂O₃-IM。比较不同反应溶液水、甲醇、乙醇、苯甲醚、环己烷和丙酮等对于乙酰丙酸催化加氢反应的影响,并通过考察反应温度、反应压力和反应物初始浓度等因素对加氢反应的影响,确定最佳实验条件为：反应温度为90℃,反应压力2.0 MPa,适宜反应物浓度为0.10 g/mL,产品GVL收率大于99%。     

Nanostructured ruthenium on γ-Al2O3 catalysts for the efficient hydrogenation of aromatic compounds

Free and trioctylamine (TOA)-stabilized ruthenium nanoparticles have been prepared by decomposition of the metal precursor Ru(η⁶-cycloocta-1,3,5-triene)(η⁴-cycloocta-1,5-diene) under mild conditions (room temperature, hydrogen atmospheric pressure). The nanoparticles have been deposited on γ-Al₂O₃ supports having different surface area. The resulting systems are active in the hydrogenation of methyl benzoate to methyl cyclohexanoate with a reaction rate decreasing in the order Ru(TOA)/γ-Al₂ O₃ (high surface area, catalyst D) > Ru(TOA)/γ-Al₂O₃ (catalyst C) > Ru/γ-Al₂O₃ (high surface area, catalyst B) > Ru/γ-Al₂O₃ (catalyst A). Catalysts A-D are long lived and can be reused without loss of activity; they are considerably more active than a commercial ruthenium on γ-Al₂O₃ sample. High Resolution Transmission Electron Microscopy analyses of such systems show that the nanoparticles are homogeneously dispersed on the support and that the size distribution decreases in the order catalyst A, 2.9 nm > catalyst B, 2.8 nm > catalyst C, 2.4 nm > catalyst D, 2.3 nm. Based on the easy hydrogenation of the aromatic ring to the cyclohexane derivative, an efficient synthesis of 4-carbomethoxyformylcyclohexane, important starting material in the preparation of pharmaceutical products, from the largely available methyl 4-formylbenzoate, has been set up in the presence of catalyst D.     

Synthesis of a highly active amino‐functionalized Fe3O4@SiO2/APTS/Ru magnetic nanocomposite catalyst for hydrogenation reactions

An amino‐functionalized silica‐coated Fe₃O₄ nanocomposite (Fe₃O₄@SiO₂/APTS) was synthesized. The Fe₃O₄@SiO₂ microspheres possessed a well‐defined core–shell structure, uniform sizes and high magnetization. An immobilized ruthenium nanoparticle catalyst (Fe₃O₄@SiO₂/APTS/Ru) was obtained after coordination and reduction of Ru³⁺ on the Fe₃O₄@SiO₂/APTS nanocomposite. The Ru nanoparticles were not only ultra‐small with nearly monodisperse sizes but also had strong affinity with the surface of Fe₃O₄@SiO₂/APTS. The obtained catalyst exhibited excellent catalytic performance for the hydrogenation of a variety of aromatic nitro compounds, even at room temperature. Moreover, Fe₃O₄@SiO₂/APTS/Ru was easily recovered using a magnetic field and directly reused for at least five cycles without significant loss of its activity.     

γ-MnO2的形貌控制及其甲苯液相氧化性能

通过在回流法制备流程中引入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、PEG6000(聚乙二醇6000)及P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)等表面活性剂对γ-MnO₂催化剂进行形貌控制, 同时采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附(BET)、热重分析(TGA)、O₂程序升温脱附(O₂-TPD)以及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等技术对不同形貌γ-MnO₂的结构、氧脱附及还原性能进行表征, 并考察了其在常压和无溶剂条件下甲苯选择性氧化反应体系的催化特性. 同时, 对于陈化时间对形貌的影响作用进行了考察. 结果表明: 不同形貌的γ-MnO₂的氧化还原特征及催化活性存在显著差异, 其中在经PEG6000进行修饰的γ-MnO₂中含有较多的阴离子空位及混合价态, 因此有助于分子氧在表面的活化, 具有较高的表面比活性; 而经P123进行表面修饰的γ-MnO₂成晶结构规整、比表面积大, 对甲苯液相直接氧化反应则表现出最佳的质量比活性, 甲苯转化率达18.1%, 含氧化合物总选择性为87.4%, 其中苯甲酸的选择性达到73.2%.     

Pd-Cu/γ-Al2O3催化苯乙炔选择性加氢反应

为了提高苯乙炔加氢反应中的苯乙烯选择性, 本文采用“胶体-等体积浸渍”两步法制备了Pd-Cu/γ-Al₂O₃双金属催化剂. 利用高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO脉冲化学吸附、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等技术表征了Pd-Cu/γ-Al₂O₃的结构性质, 考察了Cu/Pd 摩尔比、Pd负载量以及金属引入顺序对Pd-Cu/γ-Al₂O₃催化苯乙炔选择性加氢性能的影响. 结果表明, 与Pd/γ-Al₂O₃单金属催化剂相比, Pd-Cu/γ-Al₂O₃的苯乙烯选择性大幅度提高, 尤其是当Pd负载量为0.3%(w), 且Cu/Pd摩尔比为0.6时, Pd-Cu/γ-Al₂O₃表现出优异的加氢选择性; 在0.1 MPa和40 ℃下, 当苯乙炔转化率为90%时, 双金属催化剂的苯乙烯选择性可达95%; 当转化率达到99%以上时, 苯乙烯选择性仍保持在82%左右. 分析表明, Pd-Cu/γ-Al₂O₃中形成了Pd-Cu合金, 但是两种金属间不存在电子转移, Cu对Pd的几何效应才是导致Pd-Cu/γ-Al₂O₃苯乙烯选择性增加的主要原因.     

Synthesis and characterization of sulfonated-mercaptopropanoic acid coated Fe3O4 nanoparticles as a novel acid magnetic catalyst for Biginelli reaction

In this paper, Fe₃O₄ nanoparticles were coated with 3-mercaptopropanoic acid (MPA) through a simple in-situ method and subsequently oxidized by H₂O₂/H₂SO₄ to obtain a novel acid magnetic catalyst (Fe₃O₄/SMPA). This catalyst exhibited high catalytic activity in the one-pot synthesis of different 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones under mild and solvent-free conditions, along with excellent level of reusability.     

Insight into the role of iron in platinum-based bimetallic catalysts for selective hydrogenation of cinnamaldehyde

Selective hydrogenation of cinnamaldehyde (CAL) toward cinnamyl alcohol (COL) is an extremely important and challenging reaction. Herein, a series of Pt_xFe_y-Al₂O₃ bimetallic catalysts with varied Pt to Fe ratios were prepared by incipient wetness impregnation method. The introduction of Fe significantly modifies the electronic and surface properties of Pt, which clearly enhances the C=O hydrogenation selectivity. Among all the catalysts, Pt₃Fe-Al₂O₃ displays the best catalytic performance and the conversion of CAL is 96.6% with 77.2% selectivity of COL within 1 h. In addition, Pt₃Fe-Al₂O₃ had excellent reusability with 76% COL selectivity after five runs of the recycle process. Further characterization of the fresh, used and cycled catalysts revealed that the structure and electronic state of the synthesized Pt_xFe_y-Al₂O₃ are unchanged after hydrogenation reaction. The identical-location transmission electron microscopy (IL-TEM) results revealed that the interaction between the nanoparticles and the supports was strong and the catalyst was relatively stable.     

Highly selective and recyclable hydrogenation of α‐pinene catalyzed by ruthenium nanoparticles loaded on amphiphilic core–shell magnetic nanomaterials

A multifunctional nanomaterial (Fe₃O₄@SiO₂@C_X@NH₂) comprising a magnetic core, a silicon protective interlayer, and an amphiphilic silica shell is successfully prepared. Ru nanoparticles catalyst loaded on Fe₃O₄@SiO₂@C_X@NH₂ is used in hydrogenation of α‐pinene for the first time. The novel nanomaterial with amphipathy can be used as a solid foaming agent to increase gas–liquid–solid three‐phase contact and accelerate the reaction. Under the mild conditions (40 °C, 1 MPa H₂, 3 h), 99.9% α‐pinene conversion and 98.9% cis‐pinane selectivity are obtained, which is by far the best results reported. Furthermore, the magnetic nanocomposite catalyst can be easily separated by an external magnet and reused nine times with high selectivity maintaining.