金属离子的光催化去除研究进展

利用光催化剂表面的光生电子或空穴等活性物种，通过还原或氧化反应去除水相中的金属离子，是与环境保护、贵金属回收或金属担载催化剂制备相关的重要过程。笔者结合半导体的结构特征，综述了利用光催化还原反应或氧化反应，对铬、汞、铜、镍、银及铂、钯等贵金属和锰、铀等的光催化去除效果，介绍了该技术在处理金属离子混合体系实现金属分离过程的应用。结合有关实验数据，对一些可能反应机制进行了探讨。对与环境保护及其它相关工艺过程的应用进行了介绍。     

负载型铼催化剂体系与甲醇选择氧化性能的关系

以铼酸铵为前驱体,制备了氧化物负载型铼催化剂并研究其甲醇选择氧化反应的催化性能.结果表明,Fe₂O₃和V₂O₅等氧化物负载型铼催化剂表现出很高的甲醇选择氧化制备二甲氧基甲烷的催化性能,选择性可达90%～94%(摩尔分数).选择氧化反应活性与铼担载量有关.在α－Fe₂O₃担载的铼催化剂中,以担载质量分数为1%～3%铼的催化剂活性最高[450mmol/(h·gRe)],而高于3%的铼担载量,单位铼催化活性逐渐下降.XRD,XPS和脉冲反应等结果表明,铼酸铰负载于α-Fe₂O₃载体上,并于He气氛中焙烧后,所得表面铼物种与担载量有关,当低于单层担载量时以Re⁶⁺占主导,而高于单层担载量时则Re⁶⁺与Re⁴⁺物种共存.     

丙烷氧化脱氢氧化物催化剂的活性氧物种

研究了半导体金属氧化物催化剂丙烷氧化脱氧制丙烯的性能，发现p-型半导体金属氧化物有低温催化性能，n-型半导体金属氧化物有高温催化性能，H2－TPR，O2－TPD－MS和原位电导研究结果表明，p-型半导体金属氧化物的活性氧物种为非化学计量氧物种，n-型半导体的活性氧物种为表面晶格氧。     

二氧化碳甲烷化催化剂研究1.担载型8族金属催化剂的性能

采用水溶液浸渍法制备了一系列无机氧化物担载的Ⅷ族金属催化剂，研究了它们在二氧化碳甲烷化反应中的催化性能。结果表明，催化剂性能与金属本性有关。     

担体对Fe—MnO催化剂CO＋H2反应性能的影响

考察氧化物担体对Fe-MnO催化剂反应性能影响的结果表明,担体的类型对Fe-MnO催化剂CO加氢反应性能影响很大,其低碳烯烃选择性相差悬殊,Al_2O_3、SiO_2和MgO担载的Fe-MnO催化剂都不利于低碳烯烃的生成,而TiO_2担载的Fe-MnO催化剂则具有较高的烯烃选择性和催化活性。从担体-金属相互作用本质的差异,研究了担体对金属活性组分化学状态的影响及催化活性相与F-T合成烯烃的关系,发现担体-金属间的电子效应有利于催化剂活性和选择性的提高,其它物理化学效应引起的相互作用则不利于改善催化剂性能;还表明Fe_(?)C是催化活性相,Fe~(2+)物种的存在不利于提高烯烃的选择性。     

《催化学报》第四届编委会新增成员简介

为了适应期刊国际化的发展需求,经部分编委推荐,《催化学报》第四届编委会现增补万颖教授为编委.万颖,上海师范大学教授、博士生导师、教育部环境功能材料创新团队带头人.主要从事面向绿色碳科学的新型介孔催化材料研究工作.近期的研究方向包括:(1)基于介孔碳载体的纳米金属和氧化物催化材料生长、稳定化、电子化学和表面化学;(2)氯苯偶联、醇选择性氧化、CO2转化等反应中纳米金属催化剂尺寸和电子化学等与催化反应活性、     

铁氧化物催化类Fenton反应

高级氧化技术是当今水处理技术领域研究的热点,Fenton试剂因操作简单、反应条件温和及氧化效率高等优势而备受关注。铁氧化物催化类Fenton反应能有效地解决催化剂回收利用难等问题,并且能够在较为广泛的pH范围内使用,从而成为Fenton氧化领域一个新的研究方向,但反应过程和机制往往更为复杂。本文评述了铁氧化物催化类Fenton反应中可能存在的多种机理,主要是羟基自由基理论、氧空位机理和高价态铁络合物机制。类Fenton反应速率的限速步骤是Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环过程,从提高反应速率的机理出发,本文探讨了类Fenton反应中铁氧化物催化剂的制备和发展,催化剂中多种价态的铁元素,通过相互间发生电子转移以加速Fe(Ⅱ)的再生,提高反应效率。铁氧化物掺杂过渡金属能显著提高催化H2O2有效分解的活性。阐明了多金属掺杂铁氧化物中多金属组分的催化机制和铁氧化物结构形态对反应性能的影响。研究表明催化剂中铁的结构形态、催化剂比表面积、催化剂与H2O2之间电子转移速率等都是决定催化剂性能的重要因素。最后讨论了继续研究方向,为开展非均相类Fenton反应提供参考。     

催化材料的紫外拉曼光谱研究

综述了在过去的几年中,我们研究组利用紫外拉曼以及共振拉曼光谱技术在含过渡金属的微孔和介孔材料中活性位结构的表征.分子筛合成机理以及氧化物表面相结构研究中取得的进展.微孔.介孔材料骨架中超低含量的孤立的过渡金属离子或氧化物包括TS-1,Ti-MCM-41,Fe-ZSM-5,Fe-SBA-15和V-MCM-41等能够通过紫外拉曼光谱可靠、准确地鉴别出来.利用紫外拉曼可避开荧光和增加灵敏度的特点,利用自行设计的可用于原位研究水热合成过程的原位紫外拉曼光谱池,对几种典型分子筛(X型分子和Fe-ZSM-5)的合成过程实现了拉曼光谱研究.结果表明,紫外拉曼光谱可以灵敏地检测出合成前体、中间物以及分子筛晶体的演化过程.此外.通过共振拉曼光谱研究了Fe/ZSM-5上的活性中心以及活性氧物种.结果表明,这种具有高活性的氧物种是一种双原子铁物种上的过氧离子,反应的中间物种类似于单加氧酶中的铁络合物.紫外拉曼光谱对氧化锆和氧化钛等氧化物的研究中发现,氧化物的表面与体相结构不同.这一发现对于催化材料的研究有着非常重要的意义,因为大多数的催化材料性质主要取决于它的表面结构.例如,在氧化钛体系中,将用紫外拉曼光谱鉴定出的表面物相信息与氧化钛光催化活性相关联,提出了"锐钛矿-金红石表面异相结增强光催化活性"的新概念.     

担体对Fe—MnO催化剂上乙烯二次反应的影响

以乙烯为探针分子，采用TPSR手段研究催化剂担体对乙烯二次反应的影响。结果表明，担体的性质差异导致不同类型的乙烯二次反应，从而将直接影响到烯烃选择性。结果催化剂CO加氢反应结果及催化剂表面CO／H2－TPSR、C2H4／H27脉冲反应表征，发现担体的碱性促使乙烯歧化生成甲烷和丙烯，而担体的酸性促使乙烯歧化的同时，存在强烈的丙烯加氢作用，从而促进乙烯歧化，导致烯烃选择性大幅度下降，因而酸性担体不利于烯烃生成。     

多酸促进半导体的光电转化及其在太阳能电池中的应用

多金属氧酸盐(简称为多酸)作为一种分子型金属氧化物,具有结构的多样性和独特的物理化学性质,在催化、分子基功能材料、分子磁学等领域显示出广泛的应用。特别是近年来,利用多酸作为电子受体去捕获半导体材料中的光生电子,促进电荷分离并且抑制半导体中载流子的复合,从而有效地提高了半导体的光电转换效率,在半导体光电器件和太阳能电池中显示了应用潜力。本文基于我们的研究工作和近期文献,综述了多酸促进半导体光电转换作用的研究进展及其在太阳能电池中的应用,并且对其未来的发展方向进行了展望。     

4-[2-(9,10-二氰蒽)乙烯基]-N-甲基-N-十六烷基苯胺的合成及其吸收光谱行为的研究

通过还原、溴代、氰化、Wittig反应等七步反应设计合成了一新二元电子给体－受体（D－A）化合物：4－［2－（9，10－二氰蒽）乙烯基］－N－甲基－N－十六烷基苯胺（DCACMA，反式）并初步研究了其吸收光谱行为。研究表明，基态下DCACMA分子中电子给体与电子受体（CMA与DCA）间存在显著的电荷转移相互作用，在LB膜及簇集态（DMSO－H2O二元体系中）下，DCACMA分子呈H－型簇集排列。     

蒙皂族粘土基催化材料的设计制备和催化作用

较全面地评述了蒙皂族粘土矿物层间催化活性组分的设计制备及其催化应用的研究新进展.2:l型层状结构的蒙皂族粘土具有层间阳离子的可交换性和活性物种的可嵌层性,使层间设计和构造催化活性中心极具灵活性.迄今在蒙皂族粘土层间可设计制备的物种有金属阳离子、金属单质、金属氧化物及复合氧化物、金属络合物、金属硫化物和碳等.作为一类主客体纳米复合催化材料,对层间物种的分布和微结构的深入认识,进而能精确调控,是开发和应用此类材料的关键和难点.蒙皂族粘土基催化材料已在氧化、脱水、加氢、裂化、异构化和烷基化等催化反应中显示出工业应用前景.最后,评述了该领域尚存在的若干科学问题和发展方向.     

钙钛矿型氧化物负载纳米金属催化剂结构的动态调变及其催化氧化CO反应性能

研究了钛酸钡和钛酸钙担载的Ag和Pt纳米催化剂的表面结构随氧化-还原处理过程的动态变化及其对CO完全氧化反应性能的影响.发现氧化物担载的Ag催化剂在氧化处理后其催化活性较还原处理的高; X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,氧化处理能够提高载体表面Ag颗粒的分散度,而还原处理导致Ag颗粒的聚集,从而降低了催化氧化CO反应的活性.氧化-还原处理改变了担载Ag纳米粒子的尺寸并影响其CO氧化反应活性.与此相反,氧化物担载的Pt催化剂在还原处理后所表现出的CO氧化反应活性较氧化处理的高; 对比研究发现,氧化和还原处理后Pt纳米粒子的尺寸基本相同,但是氧化处理的样品中Pt表面物种以氧化态为主,而还原处理后Pt表面物种主要为金属态.Pt纳米粒子表面化学状态随氧化-还原处理的调变是导致表面催化活性差异的主要原因.     

双核金属酞菁类化合物催化脱硫机理研究Ⅵ──电子转移机制和催化脱硫机理

提出了双核金属酞菁类化合物催化Ｈ_２Ｓ液相氧化反应的催化电池电子转移机制，即借助于催化剂分子自身歧化所形成的催化电池Ｍ（Ⅰ）Ｐｃ－ＰｃＭ（Ⅲ）实现底物（ＨＳ~－）与分子氧间的电子转移，其反应过程为阴极反应：Ｏ_２＋Ｍ（Ⅰ）Ｐｃ→Ｏ_２~－＋Ｍ（Ⅱ）Ｐｃ，阳极反应：ＨＳ－＋Ｍ（Ⅲ）Ｐｃ→ＨＳ·＋Ｍ（Ⅱ）Ｐｃ。这一电子转移过程也是决定整个反应的控制步骤，从而导致催化反应按自由基历程进行。     

多元多金属含氧簇合物在催化化学中的应用*

多金属含氧簇合物在催化化学中的重要性与日俱增,在原子经济反应和环境友好催化方面有着诱人的实用前景。这类物种的催化活性、理化性质、分子结构和固态体相结构以及制备方法均能在分子水平上给出详细信息,因而被视为混合金属氧化物催化剂的分子设计材料。本文拟对能够直观反映出这种信息的多元多金属含氧簇合物催化的研究作一评述。     

负载型金属催化剂Ru, Rh和Pd体系对CO化学吸附的理论研究(Ⅱ)

近年来, 过渡金属催化剂对CO的化学吸附已有较多的理论研究报道[1~3]. 但由于涉及到含d电子较多的过渡金属, 大多数的计算仍采用半经验方法, 即使有些计算采用了非经验方法, 但所用基组小[4,5], 考虑电子的相关作用较少. 由于对过渡金属体系用包括电子相关作用的计算方法是必要的[6], 故本文采用DFT计算方法[7]和LANL1DZ基组[8,9]进行了计算, 并在前文[10]基础上, 集中讨论SiO2的担体作用. 担体在催化剂中占有很重要的地位, 但其发挥什么作用, 一直是被探讨的重要理论课题. 本文选择以SiO2为担体研究对象, 仍以Ru, Rh, Pd为金属催化剂活性组分, 对担体如何影响CO的化学吸附和金属的催化选择性进行理论探讨, 并进一步推测最终对CO氢化反应产物的影响.     

稀土催化材料的制备、结构及催化性能

稀土催化材料的研究和发展为La和Ce等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用提供了有效的途径.稀土元素具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征,作为催化剂的活性组分或载体使用时表现出独特的催化性能.本文从稀土氧化物、稀土复合氧化物、稀土-贵金属催化剂、稀土改性多孔催化材料等稀土催化材料出发,重点介绍和讨论了稀土的添加对催化剂的结构、活性和稳定性等的影响,阐述了稀土与过渡金属及氧化物、稀土与贵金属之间的相互作用,及对催化剂催化性能的影响.并对稀土催化材料的研究和发展提出了思考和展望.     

不同温度予处理Pt／Al2O3催化剂对其表面结构和反应性能的影响

由于链烷烃在Pt/Al_2O_3催化剂上反应的复杂性,许多学者为了深入研究包括催化剂制备、反应机理等的内在规律,进行了大量的研究,取得了许多重要成果。近几年来,较多的工作着重从分散态金属的几何和电子因素,及金属同担体的相互作用进行考察,在催化剂制备方面,更多的注意添加第2、第3组元、杂质或毒物等对金属催化性能的调变作用,以期开发出高选选择性催化剂。而对不同气氛、不同还原温度下     

Ni基催化剂上CH4、C2H6和C2H4的裂解积炭性能

采用脉冲微反技术研究了添加半导体氧化物对Ni基催化剂上CH4、C2H6和C2H4的裂解积炭反应特性的影响。结果表明,n型半导体CeO2的添加降低了CH4和C2H6的积炭活性,而p型半导体Co3O4的添加则加速CH4和C2H6的裂解积炭;而对于与CH4和C2H6活化机制不同的C2H4分子的活化,上述影响机制正好相反,n型半导体CeO2的添加促进C2H4的裂解积炭反应,而p型半导体Co3O4的添加则抑制C2H4的裂解积炭反应。XPS分析表明,活性金属Ni与半导体氧化物之间存在的金属 半导体相互作用是这种影响机制的主要因素。     

镁助剂改性Pd/Al_2O_3甲烷催化燃烧催化剂:Mg/Al物质的量比对催化剂载体及活性物种形成的影响

本文研究了系列不同含量镁助剂改性的Pd/Al_2O_3催化剂的甲烷催化燃烧反应。研究表明,随着镁添加量的增加,载体由Al_2O_3转变为尖晶石型MgAl_2O_4,进一步增加Mg/Al物质的量比至3∶1时,形成了Mg(Al)O_x固溶体;催化剂中活性相Pd物种以金属Pd,PdO_x或Pd-载体复合氧化物形式存在,各物种的相对含量以及Pd?PdO间的转化能力存在一定的差异。PdO_x物种表现为具有较高的低温活性,而金属Pd和Pd-载体复合氧化物的高温活性较好。当Mg/Al物质的量比为1∶3时,催化剂的Pd?PdO转化能力最强,表现出了最高的甲烷催化燃烧反应活性。