CO加氢制备低碳烯烃Fe基和Co基催化剂研究进展

CO加氢制备低碳烯烃是非石油路线获得烯烃的重要反应,其反应路线有直接法和间接法.直接法制备低碳烯烃具有反应路线短、能源利用率高、经济高效等优势.综述了近年来Fe基催化剂、 Co基催化剂在CO直接制备低碳烯烃中的研究进展.分析认为:费托合成过程产物选择性遵循Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布规律,助剂和载体的使用一定程度提高Fe基、 Co基催化剂的低碳烯烃选择性.     

铈基催化剂的密度泛函理论研究进展

铈基催化剂是重要的汽车尾气三元转化(TWCs)及挥发性有机废气(VOCs)氧化催化剂,从理论上系统研究载体、活性组分的性质及其相互作用,反应物在铈基催化剂上吸附与反应行为,可认识催化现象的电子本质,加深反应机制的理解,为催化剂的设计提供理论参考与依据。本文通过CeO2体相、表面、氧空位、团簇性质,探针分子在CeO2表面吸附反应行为,金属铈基催化剂性质及探针分子在其表面吸附与反应等4个方面对近年来的研究工作进行了综述,指出了铈基催化剂研究的方向与前景。     

Zn助剂对铁基催化剂费托合成制低碳烯烃性能的影响

低碳烯烃(C2=–C4=)是十分重要的基础化工原料,目前主要采用热裂解或催化裂解石脑油、蜡油等工艺路线生产。近年来,针对全球范围的石油危机及我国富煤贫油这一基本的国情,以煤、天然气(页岩气)和生物质等丰厚的碳资源,经合成气制取低碳烯烃的工艺路线备受关注。其中,合成气经由甲醇或二甲醚间接制取烯烃技术(MTO/MTP)已经工业化;与之相比,费托合成直接生产低碳烯烃(FTO)工艺流程短、投资和操作费用低,具有良好的工业发展前景。目前,费托合成催化剂活性组分的研究主要集中于Fe, Co, Ni和Ru等元素,其中Fe基催化剂具有较高低碳烯烃选择性、较低甲烷选择性和制造廉价等优势,更适合于FTO反应。最近,人们大多聚焦于对负载型铁基催化剂的研究,但传统非负载型铁催化剂由于其制备简单、价格低廉,仍然具有巨大的开发前景。近来,我们组报道了采用微波水热法制备的Zr助剂改性Fe-Zr催化剂应用于CO加氢研究,提高了催化剂的活性,与传统Mn改性铁基催化剂相比, CO2选择性明显降低。目前,已有研究小组对Zn助剂提高铁基催化剂烯烃选择性进行报道,但反应过程中的严重积碳问题却少有研究。我们在Fe-Zr催化剂的基础上,进一步研究了Zn助剂在提高铁基催化剂低碳烯烃选择性、改善产物分布和降低反应过程积碳方面的作用。
　　我们分别采用微波水热法和浸渍法对铁基催化剂进行了Zn改性,并将其用于费托合成制取低碳烯烃反应。运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附(BET)、H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)技术手段对催化剂的物理和化学性质进行了表征。结果表明,两种方法改性后的铁基催化剂具有高低碳烯烃选择性和稳定性,重质烃(C5+)含量降低,且保持低CO2选择性。此外,采用两种方法Zn改性的铁基催化剂展现出了不同的特性。 XRD结果表明,反应前两种方法制备的样品α-Fe2O3物相晶粒大小均为15–18 nm,反应后浸渍法制备的样品对应物相(ZnFe2O4)晶粒大小约为25 nm、而微波水热法制备的样品约为20 nm,说明微波水热法改性的催化剂有效分散了Fe活性组分; H2-TPR结果显示,两种Zn助剂加入方法对催化剂Fe组分的还原行为有不同程度影响,体现了活性组分间不同的相互作用; XPS结果表明, Zn助剂改变了催化剂Fe活性位的化学性质,在微波水热法制得催化剂的表面Zn含量更低、分散度更高,而Zn助剂的加入对Zr组分没有明显影响。所有催化剂经200 h在线活性测试后,采用传统浸渍法制备的催化剂表面有大量积碳生成;而采用微波水热改性铁基催化剂积碳量明显减少,表现出更高的催化活性与稳定性。     

变换催化剂研究进展

烃类化合物的水蒸汽重整与水煤气变换反应(简称变换反应)组合是廉价制取氢气的主要方式.经过80多年的研究和实践,工业化的变换催化剂已基本定型.近年来由于燃料电池技术的飞速发展,有关变换催化剂的研究与开发又重新引起人们的兴趣与关注.本文在总结传统变换催化剂研究进展情况的基础上,重点介绍了以燃料电池应用为目的变换催化剂的研究进展.总结表明,"(贵)金属/载体" 型双功能催化剂已经成为变换催化剂的主要研究方向.(贵)金属和载体种类、制备方法和条件等对催化剂粒径分布、体相织构、表面性质和活性等都有很大影响.虽然与传统变换催化剂相比,"(贵)金属/载体" 型双功能变换催化剂体现了更优良的性能,但与燃料电池商业化应用的要求还有一定的差距.     

置换反应制备Pd-Fe双金属催化剂及其催化加氢性能

以Fe(CO)5为前体采用超声法合成纳米Fe胶体粒子,通过Fe胶体与PdCl2发生金属置换反应制备出活性炭负载Pd-Fe双金属催化剂.研究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮对制备负载型催化剂的影响.采用XRD、H2程序升温还原(H2-TPR)、TEM、EDX等表征手段对催化剂进行表征,以苯乙炔加氢反应为探针反应考察了Fe含量对于催化剂催化性能的影响.结果表明加氢催化活性较差的金属组分Fe在合适的比例下可以促进Pd基催化剂的加氢催化活性和选择性,然而,过多的Fe也会降低其催化活性.     

焙烧温度对低温水煤气变换Au/Fe2O3催化剂性能的影响

采用改性沉积-沉淀法制备了系列低温水煤气变换Au/Fe2O3催化剂, 发现经300 ℃焙烧的样品具有较好的催化活性和稳定性. 并运用N2物理吸附、原位X 射线粉末衍射(in situ XRD)、程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术, 探讨焙烧温度对催化剂性能的影响机制, 同时对样品的失活原因进行了分析. 结果表明, 催化剂性能与焙烧温度引起的金和载体氧化铁的相互作用以及载体还原性质的变化密切相关. XPS表征结果说明, 尽管反应后在催化剂表面有碳酸盐或类碳酸盐物种生成, 但半定量分析表明这些物种的形成不是催化剂失活的主要原因;根据在低温水煤气变换反应过程中Au/Fe2O3催化剂的比表面积明显下降, 载体的结晶度也明显提高, 推断Au/Fe2O3催化剂载体的结构性质的变化才是其失活的主要原因.     

CO加氢制备低碳烯烃Fe基、Co基催化剂研究进展

CO加氢制备低碳烯烃是非石油路线获得烯烃的重要反应,其反应路线有直接法和间接法。直接法制备低碳烯烃具有反应路线短、能源利用率高、经济高效等优势。综述了近年来Fe基催化剂、Co基催化剂在CO直接制备低碳烯烃中的研究进展。分析认为：费托合成过程产物选择性遵循Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布规律,助剂和载体的使用一定程度提高Fe基、Co基催化剂的低碳烯烃选择性。     

置换反应制备Pd-Fe双金属催化剂及其催化加氢性能

以Fe(CO)5为前体采用超声法合成纳米Fe胶体粒子,通过Fe胶体与PdCl2发生金属置换反应制备出活性炭负载Pd-Fe双金属催化剂。研究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮对制备负载型催化剂的影响。采用XRD、H2程序升温还原（H2-TPR）、TEM、EDX等表征手段对催化剂进行表征,以苯乙炔加氢反应为探针反应考察了Fe含量对于催化剂催化性能的影响。结果表明加氢催化活性较差的金属组分Fe在合适的比例下可以促进Pd基催化剂的加氢催化活性和选择性,然而,过多的Fe也会降低其催化活性。     

完全液相法与溶胶-凝胶法制备Cu-Zn-Al双功能催化剂对浆态床一步法合成二甲醚的催化性能比较

采用完全液相法和溶胶-凝胶法分别制备了组成完全相同的Cu-Zn-Al双功能催化剂,用XRD、氮气吸附-脱附实验和XPS等手段对催化剂的性质进行表征,考察了催化剂对浆态床一步法合成二甲醚反应的催化性能.结果表明,两种方法制备的Cu基催化剂中Cu组分的物相和表面Cu含量明显不同,而催化剂的织构性质基本相同.完全液相法制备的...     

析氧反应铁镍基预催化剂的表界面调控与进展

析氧反应（OER）是水分解中重要的半反应, 为提高其催化性能,开发高效非贵金属催化剂已成为当前的研究重点。铁镍（FeNi）基材料被认为是最好的预催化剂, 在催化过程中,它们的表面将转变成高价态金属氧化物或氢氧化物作为真正的活性物质。FeNi基预催化剂的结构和形貌在很大程度上影响了其催化性能, 因此, 优化和调整FeNi基预催化剂的结构和化学环境可以提高电催化性能。基于我们的研究工作, 我们撰写了FeNi基预催化剂的表面结构调控促进电化学析氧反应的研究进展。我们首先介绍了碱性OER的反应机理, 然后从杂原子掺杂、表面成分改性、选择性结构转变、表面化学状态调节、异质结构构建和载体效应等方面讨论了FeNi基预催化剂表面调控对析氧反应性能的影响。尽管在OER反应中FeNi都被认为转变成高价态的金属活性物质, Fe/Ni体系的表面结构、形貌和化学状态仍然能够显著影响其最终的催化性能, 即FeNi基预催化剂的性质会影响析氧反应的催化性能。通过精细设计并尽量提高Fe和Ni的协同作用将有利用提升氧析出的催化性能。我们希望本综述能够对FeNi基预催化剂的制备和表界面性质调控与电催化析氧反应性能的理解有所帮助。     

Cr 助剂对 Fe 基催化剂结构和费托合成性能的影响

 采用 N2 吸附-脱附、X 射线衍射、穆斯堡尔谱、X 射线光电子能谱、程序升温还原和热重分析等技术研究了助剂 Cr 含量对 Fe 基费托合成催化剂的织构性质、还原行为以及物相变化的影响. 在 H2/CO = 2.0, 260~300 oC, 1.5 MPa 和 2 000 ml/(g•h) 条件下, 在固定床反应器中考察了 Cr 含量对 Fe 基催化剂费托合成反应活性和产物烃选择性的影响. 结果表明, 在氧化态催化剂中, Cr 助剂与 Fe 物相存在较强的相互作用, 形成固溶体相 α-(Cr1-xFex)2O3; 随着 Cr 含量的增加, 逐渐由单一的富 Fe 相 α-(Fe1-xCrx)2O3 向富 Fe 相和富 Cr 相 α-(Cr1-yFey)2O3 两相过渡. Fe-Cr 固溶体的生成显著抑制了催化剂的还原, 导致催化剂还原度降低, 因而催化剂活性下降. 同时, Cr 的添加提高了甲烷和轻质烃选择性, 但抑制了水煤气变换活性.     

聚烯烃催化剂载体硅胶研发进展

以Ziegler-Natta催化剂和茂金属催化剂为例,介绍了聚烯烃均相催化剂的负载化技术以及载体选择的影响因素,明确了载体的强度、密度、总孔容、孔分布、孔径、粒度和颗粒形状等物理性质是选择载体要考虑的主要因素。综述了聚烯烃催化剂载体硅胶的结构特征和性能特征,并对聚烯烃催化剂载体硅胶的合成机理、影响因素进行了详细介绍。此类载体硅胶比表面积280~320m2/g、堆密度0.28~0.32g/cm3、孔容1.40~1.70cm3/g、平均孔径18~22nm。建议通过开展对不同性能硅胶(如更小粒径、不同元素改性等)的研究开发,以满足不同催化剂对载体硅胶的特殊要求。     

合成气催化转化直接制备低碳烯烃研究进展

合成气直接催化转化制备低碳烯烃是C1化学与化工领域中一个极具挑战性的研究课题,具有流程短、能耗低等优势,已成为非石油路径生产烯烃的新途径。直接转化方式主要包括经由OX-ZEO双功能催化剂直接制低碳烯烃的双功能催化路线以及经由费托反应直接制备低碳烯烃的FTO路线。综述简述了近年来在合成气直接制备低碳烯烃方面的研究进展,重点讨论了低碳烯烃的形成机理、新型催化剂的研发及助剂对其催化性能的影响,并对合成气直接制烯烃的未来进行了展望。     

金属负载型分子筛催化剂在NH3-SCR反应中水热稳定性的研究进展

NO_x控制是目前大气污染控制领域的重要研究内容，NH₃选择性催化还原技术（NH₃-SCR）是消除NO_x最有效的技术之一，其核心是高性能催化剂的开发。本研究综述了金属负载型分子筛催化剂（Cu基和Fe基分子筛催化剂）的NH₃-SCR活性、水热稳定性以及水热老化失活机制，并对影响催化剂水热稳定性的因素（包括Si/Al比、分子筛拓扑结构、活性金属负载量、粒径和合成方法等）进行了系统阐述，总结了一些有效提高催化剂水热稳定性的改性方法，比如磷改性、第二活性金属改性、碱金属改性和外表面改性等。最后，对进一步提高金属负载型分子筛催化剂在NH₃-SCR反应中的水热稳定性进行了展望。     

Platinum group metal-free oxygen reduction electrocatalysts used in neutral electrolytes for bioelectrochemical reactor applications

The oxygen reduction reaction is one of the limiting steps in microbial fuel cell performance. M–N–C catalysts (M as transition metal) represent the best compromise of optimal cost, electrocatalytic activity and durability. The Fe-based catalysts were shown to be the best compared with Co-, Mn-, Ni-based catalysts. The addition of the second transition metal such as Mn was shown to increase the selectivity of the reaction and reduce peroxide production. The use of different N–C precursors resulted in diverse surface chemistry that directly affects the performance. Generally, surface chemistry plays a critical role in the electrocatalytic activity. Integration of the catalyst in the air-breathing cathode is also discussed with a performance that is enhanced by: (i) increased catalyst loading; (ii) the addition of graphene to structure.     

环境响应型纳米粒子在不互溶两相间的相转移

纳米粒子在不互溶两相间的相转移在催化剂的循环利用、药物输送等领域发挥着重要的作用。环境响应性纳米粒子因兼具纳米粒子的优点和刺激响应的特性而受到了广泛的关注。环境响应型纳米粒子相转移的出现使相转移过程更为高效、可逆且智能化,已展现出了广阔的应用前景。本文综述了近年来环境响应型纳米粒子在不互溶两相间转移的研究进展,主要内容包括pH、CO2、温度、光照、离子强度、配体交换和离子交换等刺激诱导的纳米粒子的相转移及其在催化、反应分离耦合等方面的应用,并分析了在环境刺激过程中纳米粒子的界面效应、自组装行为以及溶剂化效应等对相转移过程起到的关键性作用;同时,对目前该领域所面临的主要问题和进一步的研究工作提出了建议。     

Effect of Silica Particle Size on Texture,Structure, and Catalytic Performance of Cu/SiO<Subscript>2</Subscript> Catalysts for Glycerol Hydrogenolysis

The influences of carrier particle sizes of Cu/SiO₂ catalysts for hydrogenolysis of glycerol were studied use mono-dispersed silica as models. Catalysts were prepared by precipitation method with the average size of the mono-dispersed silica supports varying of 10, 20, and 90 nm. Characterization of the catalysts show that the physical properties such as pore volume and BET surface area of the catalysts were largely affected by the carrier particle size of silica. However, the copper dispersion of the three samples were similar. XPS patterns show a difference in the chemical states of copper species, small carrier particle size induced formation of copper phyllosilicate, which benefits on the stability of copper species in reaction. The overall activity in the reaction of glycerol hydrogenolysis shows a correlation with the carrier particle size. The small carrier particles prevent the copper species from aggregation thus such catalysts exhibit good catalytic activity and stability.     

A novel silver catalyst prepared by using superheated-steam as a heating medium for ethylene oxide production

A high-performance catalyst for the production of ethylene oxide by vapor phase oxidation of ethylene was developed and commercialized. High performance was achieved by the usage of a high surface area carrier with controlled pore distribution and surface acid-base properties, by the adoption of mixed amines to dissolve heat-decomposable silver salt, by the addition of effective additives, and by the introduction of a uniquely developed heat-treatment technology using superheated-steam as the heating medium. The catalyst thus prepared showed high activities because of homogeneously and highly dispersed silver and additive elements within the carrier. As a result, the reaction temperature could be lowered, which led to the improvement of not only the selectivity but also the catalyst life. Heat treatment with superheated-steam proved to have many advantages in producing high-performance catalysts and it is commercially favorable because it needs only a very short processing time.