介孔Fe-Cu复合金属氧化物纳米粉催化剂催化低温CO氧化（英文）

以环氧丙烷为凝胶剂,采用简便低廉的无表面活性剂的溶胶-凝胶法制备了一系列不同Cu/Fe摩尔比的高比表面积介孔Fe-Cu复合氧化物纳米粉末.运用微反应器-色谱体系考察了它们在低温CO氧化反应中的催化性能.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、热重-差热分析、程序升温还原、傅里叶变换红外光谱和透射电镜对所制样品进行了表征.结果表明,这些介孔Fe-Cu复合氧化物催化剂具有纳米晶结构、窄的孔径分布和高的比表面积,在低温CO氧化反应中表现出高的活性和稳定性.CuO的添加影响了Fe2O3的结构和催化性能.当CuO含量为15 mol%时,催化剂具有最高的比表面积和催化活性,在低温CO氧化反应中表现出较高的催化稳定性.     

介孔Al2O3负载纳米Au催化剂用于低温催化氧化CO

 用不同模板剂合成了具有较高比表面积和较多表面碱性位的介孔Al2O3载体,并采用均相沉积-沉淀法制备了Al2O3负载纳米Au催化剂,对制备的介孔Al2O3载体及相应催化剂采用低温N2吸附法、TEM和XPS等手段进行了表征,考察了载体表面碱性对纳米Au粒子在载体表面的沉积及相应催化剂在CO氧化反应中催化性能的影响. 以CO2-TPD法测定载体表面碱性,结果表明,介孔氧化铝的表面碱性与其合成过程中所用的模板剂有关. 以表面碱性位较丰富的介孔Al2O3为载体制备的催化剂表面Au粒子分布较均匀且粒径(3.1～3.2 nm)较小,在CO完全氧化反应中催化活性最高,表明载体表面的碱性位有利于稳定其表面沉积的纳米Au粒子. XPS分析结果表明,催化剂表面的Au主要以Au0金属态形式存在,它在CO氧化反应中表现出较高的催化活性.     

纳米TiO2-SiO2复合氧化物的制备与性质

采用溶胶-凝胶结合CO2超临界干燥方法制备了比表面积大、热稳定性好的纳米TiO2-SiO2复合氧化物.考察了原料组成和焙烧温度对复合氧化物比表面积、热稳定性和酸性的影响,通过加氢脱硫反应考察了该复合氧化物作为加氢精制催化剂载体的可行性.结果表明,采用该方法制备的复合氧化物为纳米颗粒,在n(Ti)/n(Si)=1时,其比表面积和孔容最大;与纯TiO2相比,引入SiO2明显提高了复合氧化物的热稳定性和晶型稳定性;以此复合氧化物为载体的加氢精制催化剂具有很好的低温脱硫活性,TiO2-SiO2复合氧化物载体的酸性特征影响了催化剂的加氢脱硫活性.     

高效SnO2纳米片催化剂用于CO氧化

SnO2是一种具有丰富表面缺位氧的n型半导体,其晶格氧亦可还原.另外其熔点高达1630oC,具有较高的热稳定性能.在过去的几十年中, SnO2主要用作气敏材料.而其作为催化材料的性能,特别是用于大气污染治理则鲜见报道.在过去的几年中,本课题组系统研究了SnO2的催化化学,发现利用传统共沉淀法制备的SnO2纳米粉末,在焙烧温度高于500 oC时,其比表面积通常低于20 m2/g,因而限制了其氧化活性.在SnO2晶格中掺杂Fe、Cr、Mn、Ce和Ta等形成固溶体可有效提高其比表面积并产生更多的活性氧物种,因而其对CO和CH4的氧化活性及稳定性大幅度提高.本课题组近期研究结果表明,采用熔盐法制备的高纯SnO2纳米棒单晶比SnO2纳米颗粒和纳米微球等具有更优异的CO氧化活性,260 oC即可完全氧化CO.且在240–260 oC狭窄温度区间发生转化率突跃,表现出类似贵金属的催化行为.值得指出的是, SnO2纳米棒的比表面积(1 m2/g)远低于其他几种形貌的材料,且无活泼氧存在.但研究表明SnO2纳米棒具有优先暴露的(110)活泼晶面,是导致其活性优良的主要原因.另外,我们采用简单共沉淀法成功制备了高比表面介孔Cu-Sn复合氧化物纳米片(196 m2/g),其在140 oC即可将CO完全氧化,且具有优良的抗水失活性能.因此, SnO2的形貌是影响其催化活性的主要因素之一,但迄今未见较系统深入的研究.在上述工作基础上,本文通过水热法,不添加任何有机模板剂,成功制备了厚度约10 nm的介孔SnO2纳米片和纳米棒及纳米颗粒混合物样品;采用常规共沉淀法制备了SnO2纳米颗粒.并将以上三种不同形貌的SnO2纳米材料用于CO氧化.利用SEM、XRD、N2吸附-脱附、H2-TPR和XPS探讨了不同形貌SnO2催化剂的体相结构和表面性质及其对催化性能的影响.与SnO2纳米颗粒相比,介孔SnO2纳米片具有高的比表面积、孔体积及更活泼的氧中心,因此后者CO氧化活性远高于前者.在空速18000 mL/(g·h)时, SnO2纳米片在260 oC即可完全氧化CO.而SnO2纳米颗粒的CO完全氧化温度高于360 oC. SnO2纳米棒和纳米颗粒的混合样品虽然其比表面积和孔体积及表面活性氧的活性仅略高于SnO2纳米颗粒,但XRD定量结果表明,其具有更多的暴露(110)活泼晶面,因而活性也高于SnO2纳米颗粒. SnO2纳米片催化剂的寿命及抗水性能测试结果表明,该催化剂具有良好的稳定性,且水蒸气仅对其活性产生可恢复的影响.进一步优化其性能, SnO2纳米片有可能用于实际汽车尾气状况下的CO催化清除.     

CuO修饰的Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_4尖晶石型复合氧化物对CO氧化的协同催化

铜锰复合氧化物是常用的氧化反应催化剂,一般认为铜锰尖晶石是活性组分;同时氧化铜和氧化锰也具有催化活性,但性能较差。研究表明,发现Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_4和CuO的协同效应能促进CO的催化氧化。催化剂以柠檬酸络合法制备,采用氮气吸附-脱附、XRD、H_2-TPR、TEM、CO-TPD和O_2-TPD等手段对系列催化剂进行了表征,测试了对CO氧化的催化性能。结果表明,CuO修饰的Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_4具有最好的催化性能和最高的单位表面活性(以单位表面积CO转化率计),表明CuO与Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_4存在协同作用。认为协同作用源自CuO活化的O_2和Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_4活化的CO结合生成CO_2提高了活性。     

甲烷氧化偶联纳米SrTiO3催化剂的原位ESR和TPSR表征

采用溶胶-凝胶法制备了纳米钙钛矿型复合氧化物SrTiO3催化剂,并用X射线粉末衍射、透射电子显微镜、原位电子自旋共振和程序升温表面反应等技术对催化剂进行了表征,测定了催化剂对甲烷氧化偶联(OCM)反应的催化性能.结果表明,与相同组成的常规SrTiO3催化剂相比,纳米SrTiO3催化剂具有较好的低温(～650℃)催化性能.通过增大Sr/Ti比可进一步优化纳米SrTiO3的催化性能.纳米SrTiO3催化剂表面的吸附氧物种和F中心均具有活化及催化甲烷分子生成C2烃产物的活性,但吸附氧物种易使OCM反应中间体和产物深度氧化,而F中心具有低温活化甲烷分子及高选择性生成C2烃产物的特性.纳米氧化物粒子因表面原子配位不饱和(配位数低),其表面存在较多的F中心。     

酸洗Pt-Fe和Pt-Co催化剂在CO氧化反应中的对比研究

负载型纳米催化剂表面结构与其催化性能之间关系的研究一直受到广泛关注.由于其结构复杂使得人们在研究催化剂构效关系时遇到了很多困难.近年来,大量研究发现反转催化剂在众多反应中表现出优越的催化性能.反转催化剂是将过渡金属氧化物负载于其它金属表面.和传统金属/氧化物催化剂相比,反转催化剂更能突出氧化物在催化反应中的重要作用.众多研究表明,在氧化物-金属界面处存在特殊的作用,这种作用可以改变氧化物的电子特性和化学性质,进而产生较高的催化性能.傅强等人创建了金属氧化物负载于Pt表面的反转催化体系,其表现出了高的低温CO氧化反应性能.在氧化物和Pt之间的界面限域效应可以稳定氧化物中配位不饱和的金属阳离子.这种配位不饱和的氧化物提供了活化O2的活性位.目前,反转催化剂的研究主要集中在单晶模型体系中,在负载型催化剂中的研究还较少.我们以炭黑(CB)为载体,将还原后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过酸洗制备了一种表面富Pt核为合金的结构.考察了酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过不同温度氧化后的结构变化,并讨论了其结构与CO完全氧化反应(COOX)和CO选择氧化反应(CO-PROX)性能的关系.X射线粉末衍射(XRD),电感耦合等离子体发射光谱(ICP),透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,还原后的Pt基催化剂经过酸洗可以选择性去除纳米粒子表面的3d过渡金属,形成表面富Pt体相为合金的结构.将酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂在不同温度下空气中氧化,发现近表层的Fe(Co)会扩散到粒子表面上,形成过度氧化的Fe2O3(Co3O4)表面结构.氧化后的催化剂在COOX和CO-PROX反应中表现出截然不同的催化性能.酸洗后的Pt-Fe(Pt-Co)催化剂经过不同温度氧化后在COOX反应中活性都较差,室温下的CO转化率只有不到30%,CO完全转化的温度超过100oC,相当于纯Pt催化剂的活性.这说明Pt表面过度氧化的Fe2O3(Co3O4)对CO氧化反应的促进作用不明显.而氧化后的催化剂在CO-PROX反应中表现出较高的活性,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂室温下的CO转化率接近100%,250oC(或350oC)氧化后的酸洗Pt-Co催化剂室温下的CO转化率也达到了70%.结合表征和反应结果,我们认为氧化处理形成的表面过度氧化的金属氧化物(Fe2O3,Co3O4)在COOX的催化性能较差.通入CO-PROX反应气后,气氛中大量H2的存在和Pt表面的氢溢流效应可以使得表面Fe2O3,Co3O4在室温下被还原成配位不饱和的FeO,CoO.这种配位不饱和的氧化物在表面Pt的限域作用和大量H2气氛下比较稳定,并且具有较强的活化解离O2的能力,进而提高了CO-PROX反应的活性.为了进一步证实催化剂表面氧化物与其催化性能的关系,我们在室温下进行了两种反应气的循环实验测试.测试结果表明,对于氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂,COOX反应中的表面Fe2O3和CO-PROX反应中的表面FeO可以通过变换反应气氛实现两种氧化物的相互转变,并表现出完全不同的催化性能.对于氧化后的酸洗Pt-Co催化剂,CO-PROX反应中形成的CoO表面结构在COOX反应中也比较稳定,在两种反应气中表现出相似的催化性能.     

Fe_2O_3/rGO/N-rGO催化剂的制备及在硝基苯选择性加氢中的应用

以氧化石墨烯、苯胺及醋酸亚铁为原料,采用可控的聚合-热解工艺制备了一种复合铁基催化剂.表征结果表明,高分散的氧化铁纳米颗粒(Fe2O3NPs)被固载于石墨烯/氮杂石墨烯复合膜上;通过改变热解温度,可以得到一系列结构和形貌各异的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO).经过700℃热解得到的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO-700)具有较大的比表面积、微孔-介孔复合孔道和高度分散的Fe2O3NPs,其在硝基苯选择性加氢反应中表现出优异的活性和稳定性.     

高效 CeO2-MnOx-Al2O3催化剂的制备、表征及催化消除 NO性能

机动车在给人类生活带来便利的同时,也造成了严重的大气污染.其尾气净化成为人们关注的焦点.一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HCs)是机动车尾气中的三大典型污染物,主要通过三效催化(TWC)技术进行脱除. TWC技术涉及几个重要的催化反应,其中 CO催化还原 NO由于能够同时消除 CO和 NO两种污染物而引起研究者的极大关注.研究表明,负载型贵金属催化剂在该反应中显示出优异的催化性能,但存在资源匮乏、价格昂贵以及热稳定性欠佳等不足.因此,低价、高效的过渡金属氧化物催化剂成为近年研究重点.稀土金属氧化物 CeO2由于具有良好的氧化还原性能、较高的储释氧容量以及丰富的表面氧空位而被广泛用于 CO催化还原 NO反应.研究表明,对 CeO2进行离子掺杂可进一步增大其比表面积,改善其氧化还原性能和储释氧容量.并且,我们在先前的研究中还发现,将具有多种可变价态的钛离子或锡离子掺入 CeO2晶格由于掺杂离子能与 Ce4+/Ce3+发生电子转移而更有利于改善 CeO2的理化性质.此外,锰氧化物(MnOx)在氧化还原气氛中容易实现不同价态之间的切换,从而在一些重要的氧化还原反应中表现出优异的催化性能.近年来,有研究者将 CeO2与 MnOx相结合制备了 CeO2-MnOx催化剂用于 NO消除、碳烟燃烧和挥发性有机物(VOCs)氧化等反应,并取得一些有意义的结果.然而,对于实际应用来说, CeO2-MnOx催化剂存在比表面积偏小等不足.众所周知,γ-Al2O3是一种常用的具有高比表面积和高热稳定性的催化剂载体材料,可有效增大催化剂比表面积.我们前期研究结果表明,通过共沉淀法将 Al3+掺入铈基复合氧化物的晶格相比于以γ-Al2O3为载体更有利于改善铈基复合氧化物的理化性质和催化性能.因此,我们通过简单的氨水反滴加共沉淀法制备了一系列 CeO2-MnOx-Al2O3(Ce：Mn：Al摩尔比=6：4：x,x =0.25,0.5,1,2)复合氧化物催化剂用于 CO催化还原 NO反应.并运用 X射线衍射、拉曼光谱、氮气物理吸附、氢气程序升温还原、X射线光电子能谱以及原位漫反射红外光谱等表征技术对上述催化剂进行了系统分析.重点考察了 Al3+掺杂量对 CeO2-MnOx-Al2O3复合氧化物催化剂理化性质和催化性能的影响.结果表明,在 CeO2-MnOx复合氧化物中掺入少量 Al3+会导致其晶粒尺寸减小,从而增大其比表面积和孔体积,并增加 Ce3+和 Mn4+的含量.比表面积和孔体积增大有助于催化剂与反应物分子之间充分接触; Ce3+和 Mn4+含量增加能分别促进 CO物种吸附以及吸附态 NO物种脱附、转化和解离.这些变化有利于提高 CeO2-MnOx复合氧化物在 CO催化还原 NO反应中的催化性能.最后,基于催化剂的理化性质表征及其催化性能评价,我们尝试提出了一个可能的催化反应机理,以进一步理解 CeO2-MnOx-Al2O3复合氧化物催化剂在 CO催化还原 NO反应中的优异性能.     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂, 利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究, 并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响. 结果表明, 该催化剂体系在低温(80-220 ℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性. 其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4, 焙烧温度500 ℃)催化剂具有最佳低温催化活性, 在空速30000 h-1, 温度80 ℃的条件下, NOx转化效率达到90.6%, N2选择性达100%. Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2, 从而提高低温选择性催化还原的活性.     

溶胶-凝胶新方法合成介孔铁酸铜纳米粉体催化剂上CO低温氧化(英文)

Mesoporous CuFe2O4 solid solution nanopowders with high specific surface areas were synthesized by a novel, very simple and inexpensive sol-gel route using propylene oxide as gelation agent, and used as the catalyst in low temperature CO oxidation. The samples were characterized by X-ray diffraction, N2 adsorption-desorption, thermogravimetric/differential thermal analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and temperature-programmed reduction. The results revealed that the samples have a nanocrystalline structure with crystals in the range of 10 to 25 nm, and that all the catalysts have mesoporous pores. The addition of Cu into iron oxide affected its structural and catalytic properties. The sample containing 15 mol% Cu showed the highest specific surface area and catalytic activity, and showed high catalytic stability in low temperature CO oxidation.     

Preparation,Characterization, and Catalytic Behavior of Nanostructured Mesoporous CuO/ZrO2 Catalysts for Low-Temperature CO Oxidation

High-surface area mesoporous 20 mol% CuO/ZrO₂ catalyst was prepared by a surfactant-assisted method of nanocrystalline particle assembly, and characterized by x-ray powder diffraction (XRD), N₂ adsorption, transmission electron microscopy (TEM), H₂-TPR, TG-DTA, and x-ray photoelectron spectra (XPS) techniques. The catalytic properties of the CuO/ZrO₂ nanocatalysts calcined at different temperature were evaluated by low-temperature carbon monoxide oxidation using a CATLAB system. The results showed that these mesoporous nanostructured CuO/ZrO₂ catalysts were very active for low-temperature CO oxidation and the CuO/ZrO₂ catalyst calcined at 400°C exhibited the highest catalytic activity.     

微波辅助法制备铈锆固溶体在CO低温氧化反应中的应用

采用共沉淀法并分别结合室温老化、常规加热回流和微波辅助加热回流三种不同的处理方法制备了铈锆固溶体Co0.6Zr0.4O2,并以其为载体制备了CuO/Ce0.6Zr0.4O2催化剂.采用N2吸附、X射线衍射和H2程序升温还原等技术对Ce0.6Zr0.4O2载体和CuO/Ce0.6zr0.4O2催化剂的织构特性和可还原性进行了表征,另外还考察了CuO/Ce0.6zr0.4O2催化剂对CO低温氧化反应的催化活性.结果表明,采用微波辅助加热回流处理方法制备的CuO/Ce0.6zr0.4O2载体具有最大的比表面积(170.8 m2/g)和孔容(0.408 cm3/g),以其为载体所制备的CuO/Ce0.6zr0.4O2催化剂,其CuO具有良好的分散性和低温可还原性,在CO低温氧化反应中表现出最好的催化活性.     

Surface and catalytic properties of Cu/Zn mixed oxide catalysts

Copper catalysts supported on zinc oxide, with different loading (1–20 wt.% CuO), were prepared by impregnation of the basic zinc carbonate with a water solution of copper nitrate. The impregnated samples were dried at 120°C and calcined at 400–700°C. The surface and catalytic properties of CuO loaded on ZnO were determined by N₂ adsorption measurements conducted at −196°C and CO oxidation by O₂ at 150–300°C, respectively. The results obtained revealed that the surface and catalytic properties of different solids were dependent upon CuO content and calcination temperature. The specific surface areas of various adsorbents decreased monotonically as a function of both calcination temperature and extent of loading. However, the activation energy of sintering, ΔE_S, was found to increase by increasing the amount of CuO present. On the other hand, the CO oxidation activity on various catalysts was found to increase progressively by increasing the calcination temperature from 400 to 500°C, then decreased by increasing the temperature from 500 to 700°C. The augmentation of CuO content from 1 to 5 wt.% resulted in an increase in the CO oxidation activity, which decreased by increasing the extent of loading above this limit.     

Study of CuO/Ce0.8Zr0.2O2 catalysts for low-temperature CO oxidation

Summary Copper oxide catalysts supported on Ce_0.8Zr_0.2O₂ were prepared via an impregnation method and characterized by XRD and H₂-TPR techniques. The catalytic activity of the samples for low-temperature CO oxidation was investigated by means of a microreactor-GC system. The influence of calcination temperature, calcination time and different CuO content on the catalytic activity was studied. TPR analysis indicated that well-dispersed CuO was responsible for the low-temperature CO oxidation. The results of the investigation showed that the calcination temperature and CuO loadings had larger influence than the calcination time.     

Highly Ordered Mesoporous Cobalt-Copper Composite Oxides for Preferential CO Oxidation

Highly ordered mesoporous cobalt-copper composite oxides were prepared by the nanocasting method with various Co and Cu ratios. The catalysts obtained were characterized by X-ray diffraction, N₂ adsorption–desorption, H₂-temperature programmed reduction, CO-temperature programmed desorption and X-ray photoelectron spectroscopy. All of the catalysts had uniform mesopores and high surface areas. The distinct catalytic properties of these well-characterized mesoporous materials were demonstrated for preferential CO oxidation. It is found that the mesoporous cobalt-copper composite oxides, exhibited the higher catalytic activity for CO conversion and selectivity compared with the mesoporous Co₃O₄ and mesoporous CuO. Among these catalysts the mesoporous cobalt-copper catalyst with Co:Cu molar ratio of 70:30, shows the best catalytic activity and the broadest operating temperature “window” for the high CO conversion in the range of 125–200^oC. The higher catalytic activity was attributed to the higher CO adsorption and oxygen vacancies.     

Preparation,characterization and catalytic behavior of hierachically porous CuO/α-Fe_2O_3/SiO_2 composite material for CO and o-DCB oxidation

Hierachically porous (HP) CuO/α-Fe2O3/SiO2 composite material was fabricated by sol-gel method and multi-hydrothermal processes using HP-SiO2 as support.The resulting material was characterized by N2 adsorption-desorption,X-ray diffraction and scanning electron microscopy.The as-prepared CuO/Fe2O3/HP-SiO2 sample,with α-Fe2O3 and CuO nanocrystals,possessed a co-continuous skeleton,through-macroporous and mesoporous structure.Its catalytic behavior for CO and o-DCB oxidation was investigated.The result showed that CuO/Fe2O3/HP-SiO2 catalyst exhibited high catalytic activity for both CO and o-DCB oxidation,indicating its potential application in combined abatement of CO and chlorinated volatile organic compounds.     

Influence of pretreatment conditions on low-temperature CO oxidation over Au/MOx/Al2O3 catalysts

Composite oxide MO_x/Al₂O₃ supported gold catalysts for low-temperature CO oxidation were prepared and investigated. The presence of transition metal oxide was proved to be beneficial to the improvement of catalytic performance of Au/Al₂O₃ catalysts for low-temperature CO oxidation. Furthermore, the influence of various pretreatment conditions on Au/MO_x/Al₂O₃ catalysts was studied carefully. The image of TEM showed that gold catalyst with small gold particles only in the form of a fine dispersion exhibited highly catalytic activity. The XPS, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy characterization results of Au/FeO_x/Al₂O₃ catalyst showed that gold catalysts having partially oxidized gold species have the best catalytic performance. One possible pathway for CO oxidation on Au/FeO_x/Al₂O₃ catalyst is that the CO adsorbed on gold particles reacts with adsorbed oxygen, which is possible to occur on oxygen vacancies on the support or at the metal–support interface.     

有序多孔过渡金属氧化物及其负载贵金属催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能

大部分的挥发性有机物(VOCs)污染环境,危害人身健康.目前,我国虽然已开展了治理 VOCs污染的工作,但还缺乏有效的、拥有自主知识产权的 VOCs治理技术,因此研发新型高效 VOCs处理技术迫在眉睫.催化氧化法是公认的最有效消除 VOCs的途径之一,而高性能催化剂的研发是实现该过程的关键.近年来,人们围绕消除 VOCs的高效且价廉的催化剂的研发开展了卓有成效的工作,许多过渡金属氧化物、混合或复合金属氧化物及其负载贵金属催化剂均被认为是有效的催化氧化材料.与体相材料相比,多孔材料具有发达的孔道结构和高的比表面积,一方面有利于反应物的扩散、吸附和脱附,因而具有更高的催化活性和选择性;另一方面有利于活性组分(如贵金属等)在多孔材料表面的高分散,抑制活性组分的烧结,因而具有更好的催化稳定性.本文简述了近年来多孔金属氧化物在环境污染物消除领域的研究进展,阐述了以有序介孔或大孔过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属催化剂的制备及其对典型 VOCs(如苯系物、醇类、醛类及酮类等)氧化的催化性能,重点介绍了四类催化材料,包括有序介孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Co3O4, MnO2, Fe2O3, Cr2O3和 LaFeO3等)催化剂,有序介孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/MnO2和 Pd/Co3O4等)催化剂,三维有序大孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Fe2O3, LaMnO3, La0.6Sr0.4MnO3和 La2CuO4等)催化剂,以及三维有序大孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co3O4, Au/LaCoO3, Au/La0.6Sr0.4MnO3和 AuPd/Co3O4等)催化剂的制备及其物化性质与对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、甲醛、甲烷或氯甲烷等 VOCs氧化的催化性能之间的相关性.借助二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯微球等硬模板,采用纳米浇铸法可制备出二维或三维的有序单一或多级孔道结构的金属氧化物.研究表明,多孔金属氧化物的催化性能远优于其体相甚至纳米催化剂的.有序多孔材料的优异催化性能与其拥有大的比表面积、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性、独特的孔道结构、活性组分的高分散以及贵金属与氧化物载体之间的强相互作用等有关.探明影响催化剂活性的因素有利于从原子水平上认识催化过程,为新型高效催化剂的设计与制备奠定基础.本文还指出了此类研究中存在的一些问题,例如利用硬模板法制备多孔材料的缺点是目标催化剂的收率低,硬模板浪费严重,大规模制备多孔催化剂势必增加制备成本,这些问题有待于妥善解决.与此同时,还展望了 VOCs消除技术的未来发展趋势,采用多种技术联用的方法有望最大程度地提高 VOCs的消除效率.     

P123-PMMA dual-templating generation and unique physicochemical properties of three-dimensionally ordered macroporous iron oxides with nanovoids in the crystalline walls

Three-dimensionally (3D) ordered macroporous (3DOM) iron oxides with nanovoids in the rhombohedrally crystallized macroporous walls were fabricated by adopting the dual-templating [Pluronic P123 and poly(methyl methacrylate) (PMMA) colloidal microspheres] strategy with ferric nitrate as the metal precursor in an ethanol or ethylene glycol and methanol mixed solution and after calcination at 550 °C. The possible formation mechanisms of such architectured materials were discussed. The physicochemical properties of the materials were characterized by means of techniques such as XRD, TGA/DSC, FT-IR, BET, HRSEM, HRTEM/SAED, UV-vis, XPS, and H(2)-TPR. The catalytic properties of the materials were also examined using toluene oxidation as a probe reaction. It is shown that 3DOM-structured α-Fe(2)O(3) without nanovoids in the macroporous walls was formed in the absence of P123 during the fabrication process, whereas the dual-templating strategy gave rise to α-Fe(2)O(3) materials that possessed high-quality 3DOM structures with the presence of nanovoids in the polycrystalline macropore walls and higher surface areas (32-46 m(2)/g). The surfactant P123 played a key role in the generation of nanovoids within the walls of the 3DOM-architectured iron oxides. There was the presence of multivalent iron ions and adsorbed oxygen species on the surface of each sample, with the trivalent iron ion and oxygen adspecies concentrations being different from sample to sample. The dual-templating fabricated iron oxide samples exhibited much better low-temperature reducibility than the bulk counterpart. The copresence of a 3DOM-structured skeleton and nanovoids in the macropore walls gave rise to a drop in the band-gap energy of iron oxide. The higher oxygen adspecies amounts, larger surface areas, better low-temperature reducibility, and unique nanovoid-containing 3DOM structures of the iron oxide materials accounted for their excellent catalytic performance in the oxidation of toluene.