CuZnAl/碳纤维复合材料催化合成气制备低碳醇

采用共沉淀法制备CuZnAl类水滑石,将其担载于活化碳纤维(ACFs)表面,通过焙烧还原合成功能化复合催化剂(CuZnAl/ACFs)。借助XRD、FT-IR及N2吸附-脱附等方法对该复合物进行表征,并将其应用于合成气制备低碳醇的反应中,进行活性评价。结果表明,复合催化剂中活性组分在碳纤维表面均匀分散,碳纤维表面催化剂的颗粒尺寸减小,比表面积增大。ACFs的导电性加速醇合成过程中的电子传递,促进反应进行,因而CO转化率的提高(最高可达47%)。同时,ACFs提高催化剂表面ZnO的分散度,从而促进Cu与ZnO形成金属氧化物界面。这有利于低碳醇的生成,因而使C2以上醇的选择性高达39%。     

La促进CuCo催化剂上合成气转化制低碳醇的研究

利用超声辅助的反相共沉淀法制备了合成气选择转化制低碳醇用CuCo基催化剂。研究稀土La助剂对CuCo基复合氧化物催化剂结构的影响和催化性能的促进作用,借助X射线衍射(XRD)、N₂吸附等温线(BET)和程序升温脱附(CO-TPD)等测试技术对催化剂进行表征,并以CO加氢合成低碳醇为模型反应对其催化性能进行评价。结果表明,La助剂的添加使催化剂晶粒细化,显著加大了比表面积,促进了合成醇活性位的形成,提高了催化剂表面较强吸附CO物种的浓度,从而明显提高催化剂的活性与C_2＋醇选择性,有效调节了低碳混合醇中甲醇的含量。     

不同合成方法制备ZnxCe2-yZryO4/SAPO-34催化剂及其合成气制低碳烯烃催化性能的研究

通过溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法合成了不同的Zn_xCe_(2-y)Zr_yO_4金属氧化物,并对其结构性质进行了XRD、BET、HRTEM、CO-TPD、Raman以及XPS等多种技术表征。考察不同合成方法(溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法)所制备的Zn_xCe_(2-y )Zr_yO_4金属氧化物形貌、晶粒粒径和氧空穴浓度变化情况,及其对合成气制低碳烯烃性能的影响。结果表明,Zn_xCe_(2-y)Zr_yO_4固溶体的形貌、暴露晶面、晶粒粒径和表面氧空穴浓度强烈依赖于合成方法。在300℃、1.0 MPa条件下,采用溶胶-凝胶法制备的Zn_xCe_(2-y)Zr_yO_4与SAPO-34组成的双功能催化剂具有最高的低碳烯烃(C_(2-4)~=)选择性(79.5%),同时甲烷和CO_2的选择性分别仅为5.5%和10.7%。实现了低温低压条件直接转化合成气制低碳烯烃,同时大幅降低了甲烷和CO_2的释放。     

用于锂离子电池的阻燃型纤维素基复合气凝胶膜

以离子液体为溶剂，制备了纤维素水凝胶，进而通过“溶胶-凝胶”过程在纤维素凝胶中原位生成勃姆石(AlOOH)，并经超临界二氧化碳干燥制得了纤维素/AlOOH复合气凝胶膜.所形成的纳米纤维状AlOOH相互搭接形成了网络结构，使复合气凝胶膜的微观形貌更加致密、孔结构更加均匀.AlOOH的引入赋予了纤维素材料优异的阻燃性能.相对于高温易软化的商用聚丙烯隔膜，纤维素/AlOOH复合气凝胶膜在150℃下30 min无尺寸变化，具有更好的高温尺寸稳定性.纤维素/AlOOH复合气凝胶膜具有优异的电解液亲和性，吸液率为350%，离子电导率为3.1 mS/cm，以纤维素/AlOOH复合气凝胶膜组装的锂电池表现出了更好的电化学稳定性，并且经过100次循环测试后，容量保持率为90.2%，在4 C/4 C的高倍率充放电测试中放电比容量为80.7 mA h g~(-1)，均优于商用聚丙烯隔膜.由于同时具备了优异的耐高温与阻燃性能和良好的电化学性能，这类新型的纤维素基复合气凝胶膜在高性能锂离子电池领域具有潜在的应用.     

CuZnAl/碳纤维复合材料催化合成气制备低碳醇

采用共沉淀法制备CuZnAl类水滑石,将其担载于活化碳纤维（ACFs）表面,通过焙烧还原合成功能化复合催化剂（CuZnAl/ACFs）。借助XRD、FT-IR及N₂吸附-脱附等方法对该复合物进行表征,并将其应用于合成气制备低碳醇的反应中,进行活性评价。结果表明,复合催化剂中活性组分在碳纤维表面均匀分散,碳纤维表面催化剂的颗粒尺寸减小,比表面积增大。ACFs的导电性加速醇合成过程中的电子传递,促进反应进行,因而CO转化率的提高（最高可达47%）。同时,ACFs提高催化剂表面ZnO的分散度,从而促进Cu与ZnO形成金属氧化物界面。这有利于低碳醇的生成,因而使C2以上醇的选择性高达39%。     

溶胶-凝胶和浸渍-水热制备方法对TiO_2/AC光催化剂结构和性能的影响

分别采用溶胶-凝胶法和浸渍-水热法制得负载于活性炭(AC)的TiO2催化剂,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和氮气吸附等方法对催化剂进行了表征.结果表明:溶胶-凝胶法制得的TiO2以不规则碎片形式涂附在载体表面,而浸渍-水热法制得的球形TiO2颗粒呈柱形生长均匀覆盖在载体表面;不同温度处理的浸渍-水热法制得的TiO2/AC光催化剂的中孔和微孔比表面积均大于溶胶-凝胶法制得的样品,负载的TiO2粒径则小于溶胶-凝胶法制得的样品.对甲基橙(MO)溶液的光催化降解测试结果表明,600℃煅烧为两种方法的最佳热处理温度,浸渍-水热法制得的催化剂光催化效果明显强于溶胶-凝胶法的.     

碳量子点在八面双锥和纳米片TiO2上的光催化

依次用溶剂热法和水热法制备得到暴露(101)晶面的八面双锥体二氧化钛OBP-TiO2和不同碳负载量的N-CDs/OBP-TiO2复合催化剂,以及暴露(001)晶面的纳米片二氧化钛TNS和不同碳负载量的N-CDs/TNS复合催化剂。利用TEM、XRD、XPS等表征手段对这2类复合催化剂的形貌结构、化学成分等作了鉴定。系统研究了碳量子点负载量对可见光降解RhB的光催化性能影响。实验发现,由于N-CDs的加入,均能较大提高2类复合催化剂的光催化性能。(101)高裸露晶面N-CDs/OBP-TiO2比(001)高裸露晶面N-CDs/TNS的光催化活性高。     

高(111)晶面暴露的Pd纳米颗粒的制备与表征及其加氢性能（英文）

通过液相氢气还原法,在不同温度下制备出了不同(111)晶面占比的Pd单晶纳米颗粒,用活性炭吸附制备成Pd/C纳米催化剂。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换(FFT)、X射线衍射(XRD)表征证实了低温下制备的Pd纳米颗粒具有较高的(111)晶面占比。氢氧脉冲滴定(H_2-O_2)和H_2-程序升温脱附(H_2-TPD)结果显示,上述催化剂表面吸附氢气量与其Pd(111)晶面占比呈线性关系。此外,该系列Pd/C催化剂具有相似的粒径4.3 nm以及较窄的尺寸分布,相近的孔隙参数和Pd负载量,从而可对比(111)晶面比例差异对其加氢性能的影响。3个探针反应(苯乙烯、环己烯和对硝基甲苯的加氢反应)的实验结果表明,相比于低(111)晶面暴露比例的Pd/C催化剂,含有高(111)晶面暴露比例的Pd/C催化剂显示出更高的加氢活性,且Pd(111)晶面比例与氢气消耗速率呈一定的线性关系,这归因于H_2优先吸附于Pd(111)晶面促进了活性氢原子的形成。基于以上分析,高(111)晶面暴露的Pd基催化剂有利于加氢性能的提高。     

用于锂离子电池的阻燃型纤维素基复合气凝胶膜

以离子液体为溶剂,制备了纤维素水凝胶,进而通过"溶胶-凝胶"过程在纤维素凝胶中原位生成勃姆石(AlOOH),并经超临界二氧化碳干燥制得了纤维素/AlOOH复合气凝胶膜.所形成的纳米纤维状AlOOH相互搭接形成了网络结构,使复合气凝胶膜的微观形貌更加致密、孔结构更加均匀.AlOOH的引入赋予了纤维素材料优异的阻燃性能.相对于高温易软化的商用聚丙烯隔膜,纤维素/AlOOH复合气凝胶膜在150°C下30 min无尺寸变化,具有更好的高温尺寸稳定性.纤维素/AlOOH复合气凝胶膜具有优异的电解液亲和性,吸液率为350%,离子电导率为3.1 mS/cm,以纤维素/AlOOH复合气凝胶膜组装的锂电池表现出了更好的电化学稳定性,并且经过100次循环测试后,容量保持率为90.2%,在4 C/4 C的高倍率充放电测试中放电比容量为80.7 mA h g-1,均优于商用聚丙烯隔膜.由于同时具备了优异的耐高温与阻燃性能和良好的电化学性能,这类新型的纤维素基复合气凝胶膜在高性能锂离子电池领域具有潜在的应用.     

溶胶凝胶法由细菌纤维素制备CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_x复合氧化物及其低温催化降解甲苯性能

以绿色廉价的天然椰果细菌纤维素(BC)为造孔剂,采用溶胶凝胶法制备了CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_x复合氧化物催化剂,通过TG/DTG、N2低温物理吸脱附、XRD、H_2-TPR、O_2-TPD和Raman等手段对催化剂进行了表征,并对其在固定床上挥发性有机物(VOCs)降解的催化性能进行了研究。结果表明,利用BC精细的纤维网状结构和亲水性能与活性金属盐溶液形成凝胶,可有效制备介孔结构的复合氧化物催化剂。制备过程中,凝胶形式和成胶温度对催化剂降解甲苯的活性有较大影响;采用醇凝胶形式在70℃时制备的ACCZ-70催化剂完全降解甲苯的温度为205℃,明显低于已有文献报道的催化剂,这主要归因于该催化剂具有良好的低温还原性和高达0.81的氧空穴浓度。而采用水凝胶制备的催化剂降解甲苯时,在120-140℃存在吸附现象。     

热处理时间对CuZnAl催化剂合成C2+OH性能的影响

采用完全液相法在不同热处理时间下制备了CuZnAl催化剂,利用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、NH₃吸附-脱附（NH₃-TPD-MS）和N₂物理吸附-脱附等方法对其结构进行了表征分析,并在浆态床反应器上对其催化合成气制C₂₊OH的性能进行了研究。研究发现,延长热处理时间增强了催化剂中Cu和Al物种之间的相互作用力,改变了其中Cu⁺的量,从而影响Cu⁺-Cu⁰活性位的协同作用。同时,热处理时间的延长减少了催化剂的表面酸量,增大了孔容和孔径;催化剂表面较少的弱酸位及较大孔容和孔径均有利于C₂₊OH的生成。热处理时间为7 h时所制备的CuZnAl催化剂表现出了优良的低碳醇合成催化活性,CO转化率和总醇中C₂₊OH的质量分数分别达到了38.1%和65.9%。     

CuFe@SiO_2催化剂的制备及其在CO加氢合成低碳醇中的应用

采用共还原-原位包覆法制备一系列SiO_2包覆铜铁双金属纳米颗粒的催化剂(CuFe@SiO_2),借助N_2物理吸附、XRD、TEM、SEM-EDS、XPS和H_2-TPR等手段对不同Cu/Fe物质的量比的CuFe@SiO_2催化剂的物理化学性质进行了表征,并考察了催化剂在CO加氢合成低碳醇中的催化反应性能。结果表明,所制得的催化剂均为孔分布处于介孔范围的SiO_2包覆的铜铁纳米颗粒。随着Cu/Fe物质的量比降低,铜铁以复合氧化物存在的比例、总醇及C_(2+)OH选择性先增大后减小。其中,总醇及C_(2+)OH选择性在Cu/Fe物质的量比为1时达到最大,这是由于此时催化剂存在较多的CuFe_2O_4复合氧化物,铜铁协同作用较强,同时催化剂也呈现较大的比表面积及孔容,有利于所生成的醇更快扩散至催化剂表面而避免二次加氢生产烃类。     

不同Cu源与Zn源对CuZnAl催化剂催化合成气制乙醇性能的影响

采用完全液相法以不同的铜源和锌源为原料制备了CuZnAl催化剂,在浆态床反应器中考察了其催化合成气合成乙醇的性能,并采用XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD-MS及BET技术对催化剂进行表征。结果表明,以乙酸铜替换硝酸铜,抑制了热处理过程中Cu₂O的还原,提高了催化剂的比表面积,为催化剂具有较高的乙醇选择性提供了适宜的酸中心和孔径,其总醇选择性达45.6%,总醇中乙醇所占比例达28.7%。     

Ce-Cu-Co/CNTs催化剂催化合成气制低碳醇及乙醇的研究

采用共浸渍法制备了不同Ce含量的Ce-Cu-Co/CNTs催化剂,考察了其在合成气制低碳醇反应中的催化性能,借助X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)、N2吸脱附实验(BET)、透射电镜(TEM)和CO程序升温脱附(CO-TPD)对这些催化剂进行了表征.结果表明,当Ce的质量分数为3%时,低碳醇的时空收率和选择性达到最高,分别为696.4 mg?g-1?h-1和59.7%,其中乙醇占总醇的46.8%,适量Ce的添加能提高Cu物种在催化剂上的分散度和催化剂的还原性能,能显著地增加催化剂吸附CO的能力,促进合成醇活性位的形成,进而明显提高催化剂的活性和总醇的选择性.研究表明,将具有高活性和高碳链增长能力的CuCo基催化剂与碳纳米管的限域效应结合,可实现缩窄产物分布、大幅度提高乙醇选择性的目的.     

Synthesis of Higher Alcohols via Syngas on Cu/Zn/Si Catalysts. Effect of Polyethylene Glycol Content

Cu/Zn/Si catalysts with different polyethylene glycol (PEG) content were prepared by a complete liquid-phase method, and characterized by XRD, H₂-TPR, N₂-adsorption, and XPS. The influence of PEG content on the higher alcohols synthesis from syngas was investigated. The results showed that addition of PEG can influence the texture and surface properties of the catalysts, and therefore affect their activity and product distribution. With an increase in PEG content, BET surface area, Cu crystallite size and surface active ingredient content of the catalysts first increased and then decreased, the CO conversion had similar variation tendency. However, the pore volume and pore diameter of the catalyst increased, and the binding energy of the active component and the content of Cu₂O decreased, which resulted in higher catalyst selectivity towards higher alcohols. The highest C²⁺OH selectivity in total alcohols was 60.6 wt %.     

Insights into the Active Acid Sites for Isosorbide Synthesis from Renewable Sorbitol and Cellulose on Solid Acid Catalysts

Sustainable synthesis of isosorbide, an important renewable platform chemical, from sorbitol and cellulose, has attracted increasing attention, but still remains challenging. Here, we have studied the effects of the acidity on the dehydration of sorbitol in water on a variety of solid acids, including zeolites, sulfonic materials, montmorillonite and mixed SiO₂-Al₂O₃ oxide. These solid acids showed markedly different activities, which were found to be closely related to their strong Brønsted acid sites, while the weak Brønsted acid and Lewis acid sites were essentially inactive. Different from the other solid acids examined, H-ZSM-5 zeolites in a wide range of Si/Al molar ratios(25-300) exhibited superior selectivities to isosorbide in dehydration of sorbitol, consistent with the observed difference in their formation rates of the 1,4-sortbitan and 3,6-sorbitan intermediates. Kinetic studies on the sorbitol dehydration showed that 3,6-sorbitan, once it formed, dehydrated to isosorbide more readily than 1,4-sorbitan by a factor of 19, and the formation rate constant of 3,6-sorbitan on H-ZSM-5(Si/Al=25) was about three times higher than that of H-Beta(Si/Al=25). Such favorable formation of the reactive 3,6-sorbitan intermediate and the higher isosorbide selectivity on H-ZSM-5 appear to be induced by its confined pore structure composed of the paired 5-membered rings. H-ZSM-5 was also found to be efficient for the direct conversion of cellulose to isosorbide in coupling with Ru/C hydrogenation catalyst. This work provides fundamental insights into the acidity and pore structures that are helpful for the design of novel solid acids toward the efficient synthesis of isosorbide from the dehydration of sorbitol and even directly from the tandem reaction of cellulose.     

不同载体对负载型Cu-Fe催化剂CO加氢反应性能的影响

以不同的氧化物为载体,采用共浸渍法制备了一系列负载型的Cu-Fe催化剂Cu-Fe/MO_x(MO_x=ZnO、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、MgO、Al₂O₃),并采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附(N₂-adsorption)、程序升温还原(H₂-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)技术对催化剂进行了表征。在温度为250℃、压力为3 MPa和原料气空速为6 000 mL/(g·h)的反应条件下,在连续流动微型固定床反应装置上考察了其催化CO加氢合成低碳醇的反应性能。结果表明,与其他氧化物为载体的催化剂相比,Cu-Fe/SiO₂催化剂表面CuO的分散度较高,在较低的温度下容易被还原,具有较强的CO吸附能力,从而同时具有较高的活性和低碳醇选择性。     

Carbon layer-coated ordered mesoporous silica supported Co-based catalysts for higher alcohol synthesis: The role of carbon source

Surface chemical properties of supports have an important influence on active sites and their catalytic behavio r.Here,we fabricated a series of cobalt-based catalysts supported by carbon layer-coated ordered mesoporous silica(OMS) composites for higher alcohol synthesis(HAS).The carbon layers were derived from different sources and uniformly coated on the porous surface of OMS.Combined with the characterization results of carbonized catalysts,it is demonstrated that the carbon layer-coated supports significantly enhanced the metal dispersion and increased the ratio of Co2+ to Co0 sites,which further increased the CO conversion and alcohols selectivity.Moreover,it is found that the catalytic activity changed in line with the amount of defects and surface oxygenic groups of carbon layers,which re sulted from the different carbon sources.The highest space time yield of C2+OH was 27.5 mmol gcat-1h-1)obtained by the catalyst coated with glucose-derived carbon layer.But the carbon source is not the key factor influencing the distribution of Co-Co2+ dual sites and shows little effect on selectivity in HAS.These results may guide for further design of carbon supported catalysts.     

ZrO2修饰Al2O3纳米片负载钴催化剂的制备及其费托反应性能研究

通过水热法合成了Al₂O₃纳米片（Al₂O₃-CN）,采用浸渍法制备20%（质量分数）钴基催化剂,并应用于费托合成反应。制备的Al₂O₃-CN（226 m²/g）与商业氧化铝（Al₂O₃-C,249 m²/g）具有相近的比表面积,但Al₂O₃-CN孔尺寸分布更加集中。浸渍钴后,与Co/Al₂O₃-C催化剂相比,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出较高的还原度及更均匀的钴颗粒粒径分布。因此,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出更高的CO转化率和低的甲烷选择性。为了进一步提高Co/Al₂O₃-CN的催化性能,采用不同含量ZrO₂对Al₂O₃-CN进行修饰。表征结果表明,随着ZrO₂修饰量的增加,Al₂O₃-CN载体比表面积变化不明显,孔体积和孔径增大;相对应催化剂的钴颗粒粒径减小,活性位点数目增加。在相同反应条件下,经ZrO₂修饰催化剂CO转化率进一步提高,甲烷选择性降低。     

沉淀方法对FeMnCu/ZnO合成低碳醇催化剂性能的影响

以分步连续沉淀法和共沉淀法制备了一系列FeMnCu/ZnO复合氧化物合成低碳醇催化剂，对其CO加氢合成低碳混合醇的反应性能进行了考察，并用ICP、XRD、BET、H2-TPR对其结构进行了表征。结果表明，沉淀方法不同对催化剂的催化性能有较大的影响。在T503K、P=8.0MPa，GHSV=8000h－1，H2/CO＝2(体积比)的条件下, 分步沉淀法制备的FeMnCu/ZnO催化剂醇的收率和C2+OH的质量分数均高于共沉淀法制备的催化剂。其中“Fe atop Cu”催化剂醇的收率最高，达到0.26g/mLcat·h，同时“Fe atop Cu”催化剂C2+OH的质量分数也最高，可达31.72%。XRD研究表明，分步沉淀法制备的催化剂促进了CuO和ZnO的分散，提高了催化剂的催化性能。BET测试结果表明，分步沉淀法有扩孔的作用，有利于长链醇的生成。TPR研究发现，共沉淀法制备的催化剂Cu物种较难还原，这是共沉淀催化剂合成醇性能较低的原因之一。