泡沫镍载钌催化硼氢化钠水解制氢

应用化学镀法制备泡沫镍载钌(Ru)催化剂,以其用于燃料电池硼氢化钠(NaBH4)水解即时供氢.该催化剂具有稳定高效的活性和稳定性能,而泡沫镍的预处理是一重要步骤.研究了制氢过程中NaBH4浓度、反应温度及使用次数对产氢速率的影响.结果表明:产氢速率随温度的升高快速上升,当反应温度从15℃升高到60℃,产氢速率增加了十几倍;在NaBH4浓度为20%的3%NaOH溶液中,使用载Ru量为3%的催化剂,于23.5℃常压下,水解NaBH4,其产氢速率达到0.784 mL.s-1.g-1.这种容易制备的催化剂在多次使用后仍显示出较高的活性.     

硼氢化钠催化水解制氢*

硼氢化钠（NaBH₄）催化水解制氢是一项具备车载氢源应用前景的储氢/制氢一体化技术。本文介绍了该技术催化水解制氢的原理,综述了制氢催化剂、反应动力学、反应机理、反应装置的设计和反应副产物回收利用的最新研究进展,讨论了该技术研发中需解决的问题。水解制氢系统的实际应用需研发高效、耐久性负载型催化剂。制氢装置的设计应考虑反应热的综合利用、燃料电池产生的水循环利用及膜分离技术的应用。NaBH4的高效再生将降低其生产成本,实现NaBH4基水解制氢系统的商业化应用。     

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m2·g-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 m L·min-1·g-1,活化能为29.1 k J·mol-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。     

基于Ru-bda双核钌催化剂的可见光驱动水氧化

开发高效水氧化催化剂对于太阳能分解水制氢和 CO2还原都具有重要意义. 我们之前的研究表明, 基于 Ru-bda(bda= 2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸) 单体的双核钌催化剂在以 (NH4)2Ce(NO3)6为氧化剂的化学法水氧化反应中表现出良好的催化性能, 比相同条件下单核钌催化剂的活性高出一个数量级. 然而, 该类双核钌催化剂的光催化水氧化性能尚未被系统研究.因此我们考察了以丙烷桥双核钌配合物为催化剂、[Ru(bpy)3]Cl2为光敏剂、Na2S2O8为电子牺牲体组成的三组分体系的光催化性能, 并和相应的单核钌催化剂进行了对比, 同时考察了溶液中乙腈的含量对单、双核钌分子催化剂光催化产氧性能和产氧机理的影响.实验结果表明, 无论是单核还是双核钌催化剂, 其催化活性与乙腈在磷酸缓冲溶液中的比例密切相关. 乙腈的含量不仅影响了水氧化的驱动力, 而且影响 O-O 的形成机理, 改变反应的动力学和反应速率. 单、双核钌催化剂的活性都随着乙腈比例的增加而增加, 然而双核钌催化剂在低乙腈含量的缓冲溶液中展现优于单核钌催化剂的光催化性能; 而在高乙腈含量的缓冲溶液中, 双核钌催化剂和单核钌催化剂的光催化性能趋于相当. 在最优化条件 (60% 乙腈) 下, 双核钌的光催化产氧 TON 值达到 638, 在 450 nm 的光量子效率达到 77%. 我们还发现, 当乙腈浓度较低时, 单核钌催化剂 Ru-bda 催化的水氧化反应为二级动力学; 当乙腈浓度较高时, 该催化剂在反应中表现为一级动力学. 从而推测 O-O 键的形成机制由双分子自由基耦合转变成单分子亲核进攻, 也解释了为什么高乙腈含量下单核和双核钌催化剂的活性差别不大. 本研究所展示的 Ru-bda 的溶剂效应可能同样适用于电化学和光电化学水氧化, 对深入理解和设计高效太阳能分解水器件具有重要意义.     

基于Ru-bda双核钌催化剂的可见光驱动水氧化（英文）

开发高效水氧化催化剂对于太阳能分解水制氢和CO_2还原都具有重要意义.我们之前的研究表明,基于Ru-bda(bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸)单体的双核钌催化剂在以(NH4)2Ce(NO3)6为氧化剂的化学法水氧化反应中表现出良好的催化性能,比相同条件下单核钌催化剂的活性高出一个数量级.然而,该类双核钌催化剂的光催化水氧化性能尚未被系统研究.因此我们考察了以丙烷桥双核钌配合物为催化剂、[Ru(bpy)3]Cl2为光敏剂、Na2S2O8为电子牺牲体组成的三组分体系的光催化性能,并和相应的单核钌催化剂进行了对比,同时考察了溶液中乙腈的含量对单、双核钌分子催化剂光催化产氧性能和产氧机理的影响.实验结果表明,无论是单核还是双核钌催化剂,其催化活性与乙腈在磷酸缓冲溶液中的比例密切相关.乙腈的含量不仅影响了水氧化的驱动力,而且影响O-O的形成机理,改变反应的动力学和反应速率.单、双核钌催化剂的活性都随着乙腈比例的增加而增加,然而双核钌催化剂在低乙腈含量的缓冲溶液中展现优于单核钌催化剂的光催化性能;而在高乙腈含量的缓冲溶液中,双核钌催化剂和单核钌催化剂的光催化性能趋于相当.在最优化条件(60%乙腈)下,双核钌的光催化产氧TON值达到638,在450 nm的光量子效率达到77%.我们还发现,当乙腈浓度较低时,单核钌催化剂Ru-bda催化的水氧化反应为二级动力学;当乙腈浓度较高时,该催化剂在反应中表现为一级动力学.从而推测O-O键的形成机制由双分子自由基耦合转变成单分子亲核进攻,也解释了为什么高乙腈含量下单核和双核钌催化剂的活性差别不大.本研究所展示的Ru-bda的溶剂效应可能同样适用于电化学和光电化学水氧化,对深入理解和设计高效太阳能分解水器件具有重要意义.     

钌/氮掺杂石墨烯催化硼氢化钠水解制氢的研究

本文采用原位合成法制备了钌/氮掺杂石墨烯(Ru/NGR)催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂的结构形貌进行了表征。将Ru/NGR催化剂应用于硼氢化钠水解制氢体系,考察了钌的负载量、硼氢化钠的浓度、反应温度等对硼氢化钠产氢的催化性能的影响。研究结果表明:当温度为25℃,硼氢化钠浓度为2 wt%,钌负载量为3.9%时,产氢速率可达32.95 L·(gRu·min)^-1。通过对Ru/NGR催化剂催化硼氢化钠水解反应动力学数据研究研究得出该催化剂的活化能为46 kJ·mol^-1。     

Ti-Si复氧化物载体对金催化剂上丙烯环氧化的影响

 以TiCl4和SiCl4为原料,采用水解和非水水解溶胶-凝胶两种方法制备了一系列不同Ti含量的Ti-Si复氧化物载体,继而用沉积-沉淀法制得载金催化剂. 采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、 N2吸附和高分辨透射电镜对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在氢气和氧气存在下的丙烯气相环氧化催化性能. 研究表明,钛含量在6%～14%范围内时,两种方法制得的Ti-Si复氧化物均为无定形结构,但采用非水水解溶胶-凝胶法制得的载体比表面积较高. 以非水水解溶胶-凝胶法制备的钛含量10%的Ti-Si复氧化物为载体得到的载金催化剂表现出较高的活性和选择性,反应60 min时,丙烯转化率为5.7%, 240 min后降为3.3%, 环氧丙烷的选择性稳定于95%左右. 还考察了非水水解溶胶-凝胶的陈化时间和金沉积-沉淀溶液的pH值等对反应结果的影响.     

石墨烯负载Pt-Pd催化剂的制备、催化制氢性能及机理研究

以氧化石墨烯为载体,采用乙醇共还原法制备了石墨烯负载Pt-Pd双金属纳米催化剂,并将其用于催化碱性硼氢化钾(KBH_4)水解制氢研究.采用X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)等手段表征了催化剂的微观形貌和结构,发现当金属催化剂中Pt/Pd摩尔比为1∶1时,Pt-Pd双金属催化剂颗粒可均匀地负载于石墨烯载体表面,而且粒径比单金属催化剂和其它组成的双金属催化剂粒径更小,约为5.6 nm.将该催化剂用于催化碱性条件下KBH_4水解制氢实验,结果表明,金属催化剂的化学组成对其催化性能有明显影响,当Pt/Pd摩尔比为1∶1时其催化活性高于其它化学组成(Pt/Pd摩尔比为4∶1或1∶4)的Pt-Pd双金属催化剂,催化活性可达4380 mol_(H2)·mol_M~(-1)·h~(-1),比Pt单金属催化剂活性提高约52%,为Pd单金属催化剂活性的4倍.通过催化反应动力学研究发现,Pt-Pd双金属催化剂催化KBH_4水解制氢反应的活化能约为20.90k J/mol,催化剂具有较佳的耐久性,连续使用3次后催化效率仍可达首次催化反应效率的83%.利用密度泛函理论研究了催化剂催化KBH_4水解反应的机制,发现双金属纳米催化剂可以明显降低硼氢化物水解反应决速步骤基元反应的势垒,从而显著提高催化剂的催化活性.     

离子交换树脂催化薯蓣皂苷水解

研究了离子交换树脂催化薯蓣皂苷水解的过程. 通过正交试验、单因素试验研究了水解温度、水解时间、催化剂量等因素对薯蓣皂苷水解的影响,获得的优化反应条件为:反应温度80 ℃,反应时间9 h,催化剂量6 g对0.1 g皂苷. 实验表明,离子交换树脂催化皂苷水解过程的皂素得率约为盐酸催化水解的70%,溶液中的H+离子浓度仅为HCl催化水解的0.2%,可大大减轻现有催化剂导致的严重酸污染.     

分子筛USY负载硼化钴非晶态合金催化剂的制备及其在催化硼氢化钠水解制氢中的应用

采用浸渍法与化学还原法相结合制备了一系列USY型分子筛负载非晶态合金硼化钴(CoB/USY)催化剂,并系统探究了该催化剂在催化硼氢化钠水解制氢中的催化活性。 XRD表征表明,USY分子筛载体上负载的活性组分CoB属于非晶态结构。 通过扫描电子显微镜,对比了负载型CoB/USY催化剂和粉末状CoB催化剂的微观形貌,发现非晶态合金活性组分CoB能够很好的分布在USY分子筛载体表面,较粉末状CoB有更高的分散度。 催化硼氢化钠水解制氢实验结果表明,相对于粉末状CoB催化剂,负载型CoB/USY催化剂在硼氢化钠水解制氢中具有更高的催化活性,30 ℃时NaBH₄水解产氢速率约为1.5 L/(min·g)。 反应动力学的计算结果显示,负载型CoB/USY催化剂在催化NaBH₄水解制氢反应中表观活化能约为65.9 kJ/mol,大大低于粉末状CoB催化剂的活化能(72.1 kJ/mol)。     

Preparation, characterization, activity and selectivity of highly loaded oxide promoted ruthenium catalysts for selective hydrogenation of benzene to cyclohexene

Summary The influence of promoters and precipitants of the catalyst precursor on the activity and selectivity of the hydrogenation of benzene to cyclohexene catalyzed by highly loaded oxide-promoted Ru/ZrO₂catalysts, carried out in a tetraphase reactor (in the presence of an aqueous solution of ZnSO₄), at 423 K and 5 Mpa, was studied. The effect of hydrogen diffusion on the reaction kinetics and on the selectivity has been taken into consideration, the internal pore diffusion being actually the limiting step. Hydrogen chemisorption measurements indicate that the catalyst activity is not influenced by the Ru dispersion, but rather by weakly chemisorbed species.     

XiDehalogenation of Aryl Halides Catalyzed by MontK10 Immobilized PVP-Pd-Sn Catalyst in Aqueous System

Catalytic dehalogenation of organic halides is of great value to the organic synthesis and for the preventing of environmental pollution. Although, in recent years, there are many reports describing dehalogenation of organic halides in the literature1,2,3, most of them were carried out in the organic system,only few examples4,5 of dehalogenation were carried out in aqueous system. The toxic aryl halides may contaminate and harm human being seriously through food chain. Therefore, it is of utmo…     

A MEMS methanol reformer heated by decomposition of hydrogen peroxide

This paper presents the design, fabrication and evaluation of a micro methanol reformer complete with a heat source. The micro system consists of the steam reforming reactor of methanol, the catalytic decomposition reactor of hydrogen peroxide, and a heat exchanger between the two reactors. In the present study, catalytic decomposition of hydrogen peroxide is used as a process to supply heat to the reforming reactor. The decomposition process of hydrogen peroxide produces water vapor and oxygen as a product that can be used efficiently to operate the reformer/PEMFC system. Cu/ZnO was selected as a catalyst for methanol steam reforming and Pt for the decomposition of hydrogen peroxide. Incipient wetness method was used to load catalysts on a porous support. Catalyst loaded supports were inserted in the cavity made on the glass wafer. The performance of the methanol steam reforming system was measured at various test conditions and the optimum operation condition was sought. At the optimum condition, the hydrogen selectivity was 86.4% and the thermal efficiency was 44.8%. The product gas included 74.1% H(2), 24.5% CO(2) and 1.4% CO and the total volume production rate was 23.5 ml min(-1). This amount of hydrogen can produce 1.5 W of power on a typical PEMFC.     

Ru-B/SiO2非晶态催化剂应用于液相葡萄糖加氢制山梨醇

 采用浸渍法结合KBH4还原法制备了Ru-B/SiO2非晶态催化剂(3.14%Ru),并将其用于液相葡萄糖加氢制山梨醇反应. 结果表明,该催化剂具有良好的热稳定性,且其催化活性远高于Raney Ni和Ni-B/SiO2非晶态催化剂,山梨醇的选择性接近于100%,显示出良好的工业化应用前景. 通过与晶态Ru-B/SiO2及Ru/SiO2的催化活性进行比较,并结合ICP,XRD,DSC,SEM,XPS及氢吸附等表征结果,初步讨论了非晶态合金结构和表面电子态对催化剂活性的促进作用.     

Supported Ru catalysts: a study of the influence of supports, promoters and preparative variables on the catalytic activity and selectivity

The influence of some preparative variables, of the metal loading and of the support on the activity of Ru catalysts for the selective hydrogenation of benzene to cyclohexene has been studied. The reaction has been carried out in a tetraphase reactor (in the presence of an aqueous solution of ZnSO₄) at 423 K and 5 MPa pressure. The effect of hydrogen diffusion on the reaction kinetics and on cyclohexene selectivity was studied. The hydrophilicity of the support was related to the observed selectivity. Hydrogen chemisorption indicates that the catalyst activity is not influenced by the Ru dispersion, but mainly by the weakly chemisorbed species on the catalyst surface. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

阶跃升温分解法对非负载型镍催化甲烷分解活性的影响

 以乙醇为洗涤溶剂采用沉淀法制备了非负载型 Ni 催化剂, 考察了预处理过程对催化剂上 CH4 分解活性的影响. X 射线衍射及 CH4 程序升温表面反应结果表明, 降低还原温度可减小 Ni 粒子尺寸, 从而提高催化剂活性. 同时, 采用 CH4 多温度逐步分解 (多点阶跃升温分解) 法可形成较稳定的 Ni 粒子, 有效提高催化剂的活性及稳定性, 500 oC 下 CH4 初始转化率可达 8.40%, 反应 120 min 时升至 11.20%; 而在 350 和 500 oC 两点阶跃升温分解的 CH4 最高转化率只有 1.61%.     

Hydrogenation of arenes and N-heteroaromatic compounds over ruthenium nanoparticles on poly(4-vinylpyridine): a versatile catalyst operating by a substrate-dependent dual site mechanism

A nanostructured catalyst composed of Ru nanoparticles immobilized on poly(4-vinylpyridine) (PVPy) has been synthesized by NaBH(4) reduction of RuCl(3)·3H(2)O in the presence of the polymer in methanol at room temperature. TEM measurements show well-dispersed Ru nanoparticles with an average diameter of 3.1 nm. Both powder XRD patterns and XPS data indicate that the Ru particles are predominantly in the zerovalent state. The new catalyst is efficient for the hydrogenation of a wide variety of aromatic hydrocarbons and N-heteroaromatic compounds representative of components of petroleum-derived fuels. The experimental data indicate the existence of two distinct active sites in the nanostructure that lead to two parallel hydrogenation pathways, one for simple aromatics involving conventional homolytic hydrogen splitting on Ru and a second one for N-heteroaromatics taking place via a novel heterolytic hydrogen activation on the catalyst surface, assisted by the basic pyridine groups of the support.     

明胶保护的铂在联吡啶钌体系中光助催化分解水产氢的研究

以联吡啶钌络合物Ru(bipy)₃²⁺为光敏剂,甲基紫精MV²⁺为电子交换的中继物,EDTA为电子给体,氯铂酸钾为催化剂,探讨了该体系在可见光照射下,光还原水产氢的结果。提出了用明胶作为铂催化剂的稳定剂,可以提高放氢的速度和保护催化剂不受破坏。讨论了该体系光助催化分解水产氢的可能的机理。     

碳氮复合材料负载镍甲醇羰基化催化剂的研究

通过碳化由偏氯乙烯和丙烯腈悬浮共聚得到的前体,制得碳氮复合材料,将其负载金属镍后即得气相甲醇羰基化反应的催化剂。分别采用扫描电镜(SEM)、氮气吸附、XPS、电子探针(EPMA)等方法对该材料及由其制得的催化剂进行表征,证明该催化剂中的镍呈高度分散的纳米粒子状态。采用固定床反应器对该催化剂进行催化性能测试,结果表明该催化剂在较低金属镍负载量及较温和的条件下即可具有较好的催化性能。该催化剂的最佳镍负载量为1.5%左右。