室温CO催化氧化反应动力学的研究

本文采用无梯度反应器,考察了纳米金催化剂以及其它商品化的催化CO氧化催化剂,在不同CO浓度下催化CO氧化反应的转化率和反应速率,证明在CO初始浓度从ppm到pct数量级范围内,纳米金催化剂具有最好的催化CO室温转化的能力.     

Al_2O_3/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究（英文）

氧化物负载的金催化剂具有温和条件下优异的CO催化氧化活性。实验与理论计算表明,金与氧化物两相界面在催化反应过程中具有重要地位。反相催化剂提供了全新的角度以探究界面的重要地位。本文以Au(111)表面负载Al_2O_3团簇为反相催化剂模型,基于密度泛函理论,对催化剂模型的构型、界面性质以及O_2、CO的吸附与氧化进行了理论计算与研究。理论计算表明:电荷的迁移增强了Al_2O_3小团簇在Au(111)表面的附着,在催化剂金表面与氧化铝的两相界面位置,Au原子与Al原子的协同作用使得氧分子易于在界面位置吸附,并因此高度活化。对催化CO氧化反应路径,分别计算了缔合机理和解离机理不同路径,从活化能分析表明缔合机理比解离机理更可能发生。本文的工作揭示了反相催化剂催化CO氧化的活性本质,表明两相界面在金催化CO氧化中具有重要作用。     

Al2O3/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究

氧化物负载的金催化剂具有温和条件下优异的CO催化氧化活性。实验与理论计算表明,金与氧化物两相界面在催化反应过程中具有重要地位。反相催化剂提供了全新的角度以探究界面的重要地位。本文以Au（111）表面负载Al₂O₃团簇为反相催化剂模型,基于密度泛函理论,对催化剂模型的构型、界面性质以及O₂、CO的吸附与氧化进行了理论计算与研究。理论计算表明：电荷的迁移增强了Al₂O₃小团簇在Au（111）表面的附着,在催化剂金表面与氧化铝的两相界面位置,Au原子与Al原子的协同作用使得氧分子易于在界面位置吸附,并因此高度活化。对催化CO氧化反应路径,分别计算了缔合机理和解离机理不同路径,从活化能分析表明缔合机理比解离机理更可能发生。本文的工作揭示了反相催化剂催化CO氧化的活性本质,表明两相界面在金催化CO氧化中具有重要作用。     

沉积沉淀法中制备条件对负载型纳米金催化剂性能的影响

CO的高效快速去除以及实现低(常)温催化氧化是现今研究的重点，而以尿素为沉淀剂，采用沉积沉淀法制备得到的低(常)温催化氧化CO负载型纳米金催化剂具有纳米金颗粒粒径更小、均匀分布于载体上的特点．本文对比了不同的搅拌方式、不同氧化铁载体的浸渍次数以及3种纳米金负载量制备条件下获得的Au/FeO_x/Al₂O₃催化剂的物化性质及催化氧化CO活性．结果表明用恒温水浴摇床振荡得到的负载型纳米金催化剂具有更好、更稳定的催化效果；其中，二次浸渍、摇床振荡、负载量为2%的制备条件下，纳米金催化剂具有最强的低温CO催化氧化活性．最后，本文分析了Al₂O₃,FeO_x/Al₂O₃和Au/FeO_x/Al₂O₃在不同温度下的CO催化氧化机理，认为CO催化氧化过程除了有CO₂产生，还存在副产物碳酸盐类物种．     

微生物还原法制备负载性高分散度金催化剂

负载型金属催化剂的金属分散度与催化性能密切相关．高分散度负载型金催化剂，当金的粒径小于4urn时，对CO的催化氧化活性骤然升高门．目前大部分仍采用沉淀法制备负载型金催化剂．Yuan等问用三苯基腰沉淀法制备的An／Fe门H）3催化剂，载体上金的平均粒径为2．9urn，在一73～0o     

二氧化硅孔结构对CO氧化用担载型纳米金催化剂的影响

采用三种不同孔结构的二氧化硅材料为载体,应用沉积沉淀法制备担载型纳米金催化剂。以CO催化氧化为模型反应,并结合低温N₂吸附脱附、X射线物相分析、X射线光电子能谱和透射电镜等技术考察三种二氧化硅载体对纳米金催化剂结构和性能的影响。结果表明,催化剂中金纳米颗粒与载体孔结构呈现出良好的对应关系,比表面积大、孔径小且分布均匀的二氧化硅制备的金催化剂颗粒粒径最小,CO氧化活性最高。在18 000 mL/(h·g_cat)、v(CO)/v(O₂)/v(Ar)=1/21/78的反应条件下,其CO完全转化温度为560 K。     

载金微孔分子筛催化剂研究进展

长期以来金被认为是化学惰性的,虽然早期对它的催化活性有所研究,但直到20世纪80年代中期,才相继出现了两个突破性的进展:1985年,英国威尔士大学的Hutchings教授,发现Au-Pd催化剂能够催化乙炔氢氯化反应~([1]);日本首都东京大学的Haruta教授发现,负载型纳米金催化剂具有优异的低温催化CO氧化活性~([2]).之后纳米金催化剂吸引了众多学者的目光,它的应用范围也越来越广泛.研究表明,影响纳米金催化剂催化性能的因素主要有载体的种类和性质、纳米金粒子的尺寸(常小于10 nm)形貌、氧化状态等,如何制备较小纳米金颗粒以及控制其粒径长大是获得高活性高稳定性金催化剂的关键~([3～5]).     

Au/Fe2O3催化剂的制备及其对富氢气体中一氧化碳选择性氧化的催化性能

 采用共沉淀法制备了1.5%Au/Fe2O3催化剂,考察了加料方式对Au/Fe2O3催化剂化学组成及其催化富氢气体中CO选择性氧化性能的影响. 结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂的性能明显好于反加法制备的催化剂,80 ℃时前者对富氢气体中CO选择性氧化反应的转化率为94%,CO2选择性为65%,连续反应10 h,催化剂活性没有变化. XRD,XPS和TEM等的测试结果表明,正加法制备的Au/Fe2O3催化剂中金粒子的平均粒径为2～4 nm,金粒子高度分散在载体上,并与载体之间发生了较强的相互作用,从而表现出较高的催化性能.     

Cu掺杂对LaMnO3催化剂的结构和催化氧化性能的影响

采用非晶态多核配合的方法合成了La1-xCuxMnO3(x=0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)系列催化剂, 并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面测定仪(BET)等手段对催化剂的微观结构进行了表征. 研究了Cu掺杂对钙钛矿结构及其对CO催化氧化发光性能及催化氧化CO、CH4性能的影响规律. 结果表明, 当x≤0.1 时, Cu掺杂仍可形成单相的钙钛矿结构; 当x>0.1时, 过量掺杂的Cu以CuO杂相存在. Cu掺杂可改善La1-xCuxMnO3催化剂对CO和CH4的催化氧化活性. 经700 ℃焙烧3 h制备的La0.9Cu0.1MnO3催化剂具有最高CO催化氧化活性(T100%=170 ℃), 该结果与CO催化氧化发光结果一致.而La0.95Cu0.05MnO3催化剂对CH4的催化氧化活性最高(T95%=705 ℃).     

镍掺杂对氧化铝纳米片负载金催化剂在CO氧化反应中的促进作用（英文）

负载型金催化剂在CO氧化反应中具有良好的低温活性,受到了研究者的广泛关注,其催化性能与载体的性质密切相关.氧化铝具有廉价易得、比表面积大和热稳定性好等优点.然而,作为一种非还原性载体,氧化铝提供活性氧物种的能力差,与还原性载体相比催化剂的CO氧化活性较低.理论计算和实验结果表明,在金催化剂中引入过渡金属镍能够有效促进氧分子在催化剂表面的吸附和活化,从而提升金催化剂活性.此外,过渡金属的存在能够提高金的分散度,增加活性位数目,防止在高温预处理过程中金颗粒的烧结,从而提高催化剂的活性和稳定性.基于上述考虑,本文在氧化铝纳米片合成过程中原位引入硝酸镍,以实现对氧化铝载体的改性,然后负载金并应用于CO氧化反应.结果表明,当载体中的Ni/Al摩尔比为0.05,金负载量为1wt%时,采用还原性气氛对催化剂进行预处理可以得到具有CO氧化性能优良的金催化剂, 20 oC下CO转化率即可达100%.预处理气氛能够显著影响催化活性,采用还原性气氛预处理后催化剂活性明显优于氧化性气氛预处理.采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氧气程序升温脱附(O2-TPD)、CO吸附原位红外光谱(CO-DRIFT)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段进一步研究了镍掺杂对Au/Al2O3催化剂上CO氧化反应的促进作用机制.XRD测试未观察到明显的金或镍衍射峰,表明金或镍物种均为高分散.HRTEM结果进一步证实,引入镍物种后金颗粒的粒径由3.6 nm减小为2.4 nm,表明镍掺杂有助于提高金的分散度.而XPS结果显示,镍掺杂催化剂中金与镍存在电子转移,而镍仍以Ni O为主.H2-TPR结果表明,镍掺杂的催化剂前驱体中的金物种更容易被还原.O2-TPD结果证实,镍掺杂催化剂能够引入更多的氧空位,促进氧分子的吸附和活化,从而促进CO氧化反应的进行.CO-DRIFT结果表明,相比于氧化性气氛,采用还原性气氛预处理后金物种的电子云密度增加, CO吸附增强.而对于镍掺杂的催化剂,金物种吸附CO分子的能力进一步提高,有利于CO氧化反应的进行.综上,镍掺杂能够有效提高催化剂中金的分散度,增强催化剂对CO的吸附,促进氧气分子的吸附和活化,从而提高了催化剂的CO氧化活性.     

Au/Al2O3催化剂的制备及其在CH4/CO2重整反应中的催化活性

采用浸渍法和沉积－沉淀法制备了四种不同的Au/Al2O3催化剂，测定了它们在氢气还原前后及催化反应后的金含量及比表面积，结果表明，制备方法明显影响催化剂的金含量，应用X－光粉末衍射技术研究了这些催化剂经还原处理及反应后的物相变化，金以Au^0物相存在，没有发现氧化态的金物相，考察了该催化剂在CH4／CO2重整反应中的催化活性，发现金催化剂的活性取决于金粒子的大小，浸渍法制备的金催化剂具有较大的金晶粒尺寸，催化活性低，沉积－沉淀法制备的金催化剂金晶粒尺寸较小，催化活性较高，以尿素为沉淀剂制备的催化剂给出1073K时的CH4和CO2转化率分别为8．1％和17．6％，高温反应不仅导致金晶粒的聚集，而且存在明显的金流失现象。     

Preparation and comparison of supported gold nanocatalysts on anatase, brookite, rutile, and P25 polymorphs of TiO2 for catalytic oxidation of CO

Nanosized anatase (< or = 10 nm), rutile (< or = 10 nm), and brookite (approximately 70 nm) titania particles have been successfully synthesized via sonication and hydrothermal methods. Gold was deposited with high dispersion onto the surfaces of anatase, rutile, brookite, and commercial titania (P25) supports through a deposition-precipitation (D-P) process. All catalysts were exposed to an identical sequence of treatment and measurements of catalytic CO oxidation activity. The as-synthesized catalysts have high activity with concomitant Au reduction upon exposure to the reactant stream. Mild reduction at 423 K produces comparably high activity catalysts for every support. Deactivation of the four catalysts was observed following a sequence of treatments at temperatures up to 573 K. The brookite-supported gold catalyst sustains the highest catalytic activity after all treatments. XRD and TEM results indicate that the gold particles supported on brookite are smaller than those on the other supports following the reaction and pretreatment sequences.     

Gold catalysts supported on ZnO/Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> for low-temperature CO oxidation

Gold catalysts with loadings ranging from 0.5 to 7.0 wt% on a ZnO/Al₂O₃ support were prepared by the deposition–precipitation method (Au/ZnO/Al₂O₃) with ammonium bicarbonate as the precipitation agent and were evaluated for performance in CO oxidation. These catalysts were characterized by inductively coupled plasma-atom emission spectrometry, temperature programmed reduction, and scanning transmission electron microscopy. The catalytic activity for CO oxidation was measured using a flow reactor under atmospheric pressure. Catalytic activity was found to be strongly dependent on the reduction property of oxygen adsorbed on the gold surface, which related to gold particle size. Higher catalytic activity was found when the gold particles had an average diameter of 3–5 nm; in this range, gold catalysts were more active than the Pt/ZnO/Al₂O₃ catalyst in CO oxidation. Au/ZnO/Al₂O₃ catalyst with small amount of ZnO is more active than Au/Al₂O₃ catalyst due to higher dispersion of gold particles.     

纳米金催化一氧化碳氧化反应的理论研究

近年来,纳米金催化剂独特的催化性质,特别是其优异的低温催化氧化活性,引起了人们极大的研究热情.除低温选择氧化外,在精细化学品合成、大气污染物消除、氢能的转换和利用等领域也开发出了一系列有广泛应用前景的金催化反应.此外,体相金的化学惰性和纳米金的超高活性之间差异的“鸿沟”也引起了理论工作者浓厚兴趣,试图从原理上理解体相金和纳米金活性差异的根源. CO催化氧化是最具有代表性的研究金催化活性的化学反应,本文主要综述了近十多年来金催化 CO氧化反应理论计算方面的研究工作.一般认为, CO在纳米金表面的吸附是 CO氧化反应的初始步骤.密度泛函理论研究表明, CO在金表面的吸附强度主要与被吸附金原子的配位数有关：金配位数越低, CO的吸附能越强,部分研究结果表明两者之间存在近似的线性关系.我们研究发现, CO吸附强度也与被吸附金周围配位金原子的相对位置有关,其中位于正下方的配位金原子加强 CO吸附,而位于侧位的配位金原子则弱化 CO吸附,这显然削弱了 CO吸附与金配位数线性关系的可靠性.理论研究表明,在纯金表
　　面上 O2吸附强度一般很弱,只有在一些特殊结构的金团簇上才有较强的吸附,但在 Au/TiO2界面及 CeO2表面上 O2吸附较强.金表面原子氧的吸附和金的表面结构有关.我们发现,原子氧倾向于在金的表面形成一种线性的 O–Au–O结构以增加其稳定性.当金表面的氧覆盖度增大时,会形成一种金氧化物薄膜结构,其结构依赖于氧的化学势和金的表面结构.纳米金催化 CO氧化反应机理可能因体系、载体等的差异而不同.大部分理论计算结果表明,在纯金表面上 O2很难直接解离形成原子氧,因此反应机理可能是吸附的 CO先与 O2反应形成了一种 CO–O2中间体,然后解离形成 CO2.在 Au/TiO2和 Au/CeO2催化剂上 CO催化氧化机理争议很大,均有计算结果支持 LH机理和 M–vK机理.另外,根据实验上观察到了负载型纳米金能直接活化分子氧的结果,理论上也提出了分子氧先解离为原子氧再与 CO反应的氧解离机理.针对如何解离分子氧问题,人们分别提出了低配位金模型、正方形金结构模型、Ti5c模型及 Au/Ti5c模型等.我们也提出了一种独特的双直线 O–Au–O模型来理解 Au/TiO2或 Au/CeO2界面解离活化分子氧.理论计算结果表明,低配位的金,金和载体之间的电荷转移,以及金所表现出的强相对论效应对于纳米金的活性影响很大.需要特别指出的是,金的强相对论效应有助于理解金表面的 CO吸附与金配位的关系、金表面原子氧的吸附特性、金氧化物薄膜的结构和分子氧的活化等过程.我们认为,金的强相对论作用导致了体相金的化学惰性以及纳米金的活性,因此相对论效应的深入研究将有助于理解金催化 CO氧化反应机理,从而有助于深层次理解纳米金催化活性来源.     

纳米银催化剂上CO氧化反应研究进展

纳米Ag催化剂由于具有独特的物理和化学性质,在很多反应中受到了越来越多的关注,尤其对低温催化一氧化碳氧化反应.近年来,银催化剂表现出较高的催化活性、稳定性以及良好的应用前景,能够在常温下将CO氧化为CO2.本文结合本课题组的研究进展,从制备方法、载体、预处理、第二组分、其它气氛和催化反应机理等方面对Ag基催化剂上CO氧化反应进行了系统的讨论和总结.     

Property and structure of various platinum catalysts for low-temperature carbon monoxide oxidations

The oxidation of carbon monoxide (CO) has received more attention in the last two to three decades owing to its importance in different fields. To control this CO pollution, catalytic converters have been investigated. Different types of catalysts have been used in a catalytic converter for CO emission control purposes. Platinum (Pt)-based noble metal catalysts show great potential for CO oxidation in catalytic converters with high thermal stability and tailoring flexibility. Pt metal catalysts modified with promoters such as alkali metals and reducible metal oxides have received great attention for their superior catalytic activities in CO oxidation. Temperature, close environment of the catalyst, and chemical composition in the surface layer of the catalyst have a huge effect on the active phase dispersion and O₂ adsorption capacity of the Pt metal catalysts. The main difference in activities of Pt metal catalyst for CO oxidation in O₂ or H₂ atmosphere has found. The addition of supports in Pt metal catalysts has improved their performances and reduced their cost. These improvement strongly depends on the surface structure, morphology, number of active sites, and various Pt-O interactions. Many research articles have already been published in CO oxidation over Pt metal catalysts, but no review article dedicated to CO oxidation is available in the literature.     

CeO2-Al2O3负载金催化剂用于水煤气变换反应的催化活性

采用浸渍法和沉积 沉淀法制备了CeO₂-Al₂O₃复合氧化物,比较了复合氧化物负载纳米金催化剂对水煤气变换反应的催化活性。通过N2物理吸附、XRD、TEM、H₂-TPR等表征手段对复合氧化物及其负载金催化剂的物相和结构进行分析,发现复合氧化物的制备方法及其焙烧温度对其比表面积、孔结构及水煤气变换反应活性有明显的影响。与沉积 沉淀法相比,浸渍法制备的CeO₂-Al₂O₃复合氧化物具有较大的CeO₂晶粒尺寸,经500℃焙烧后再负载金,所得催化剂具有更高的活性,250℃时CO转化率可达78.1%。     

Metal–Support Cooperative Catalysts for Environmentally Benign Molecular Transformations

Metal–support cooperative catalysts have been developed for sustainable and environmentally benign molecular transformations. The active metal centers and supports in these catalysts could cooperatively activate substrates, resulting in high catalytic performance for liquid‐phase reactions under mild conditions. These catalysts involved hydrotalcite‐supported gold and silver nanoparticles with high catalytic activity for organic reactions such as aerobic oxidation, oxidative carbonylation, and chemoselective reduction of epoxides to alkenes and nitrostyrenes to aminostyrenes using alcohols and CO/H₂O as reducing reagents. This high catalytic performance was due to cooperative catalysis between the metal nanoparticles and basic sites of the hydrotalcite support. To increase the metal–support cooperative effect, core–shell nanostructured catalysts consisting of gold or silver nanoparticles in the core and ceria supports in the shell were designed. These core–shell nanocomposite catalysts were effective for the chemoselective hydrogenation of nitrostyrenes to aminostyrenes, unsaturated aldehydes to allyl alcohols, and alkynes to alkenes using H₂ as a clean reductant. In addition, these solid catalysts could be recovered easily from the reaction mixture by simple filtration, and were reusable with high catalytic activity.     

Cryogenic CO oxidation on TiO(2)-supported gold nanoclusters precovered with atomic oxygen

Bulk gold has long been regarded as a noble metal, having very low chemical and catalytic activity. However, metal oxide-supported gold particles, particularly those that are less than 5 nm in diameter, have been found to have remarkable catalytic properties. In this study we show that impinging gas-phase CO molecules react readily with oxygen adatoms preadsorbed on Au/TiO(2)(110) to produce CO(2) even under conditions in which the sample is cryogenically cooled. Gold particle size seems to have little effect on the CO oxidation reaction when oxygen adatoms are preadsorbed. We also show that as the oxygen adatom coverage increases, the rate of CO oxidation decreases on Au/TiO(2) at cryogenic temperatures.     

负载型金催化剂对CO氧化的催化性能（Ⅰ）

负载型金催化剂对ＣＯ氧化的催化性能（Ⅰ）郝郑平，安立敦，李胜利，王弘立（中国科学院兰州化学物理研究所，兰州，７３００００）关键词负载型金催化剂，一氧化碳氧化，制备因素１．前言金历来被用来做为货币保值和饰品材料，由于化学惰性和难于制备高分散微粒，直到１...