多相催化剂催化二氧化碳加氢合成甲醇的研究进展

近年来, 随着空气中二氧化碳含量的不断升高, 二氧化碳的催化转化在科研界和工业界受到了广泛关注. 非均相催化的二氧化碳加氢合成甲醇是实现二氧化碳资源化利用的重要手段之一, 具有良好的应用前景. 本文系统概述了非均相催化二氧化碳加氢合成甲醇反应的近期研究进展, 重点介绍了金属催化剂和金属氧化物催化剂, 对反应机理进行了阐述, 并对该领域仍待解决的问题和发展前景进行了展望.     

双功能催化剂中不同组分对一步法合成二甲醚的影响

采用干磨法,选用不同种类甲醇合成组分和不同种类的甲醇脱水组分制备双功能催化剂,并在高压固定床反应器评价其催化性能.研究表明,催化剂JC207是一种较优的甲醇合成催化剂,其最佳配比为80％.分子筛是一种较好的甲醇脱水催化剂,其最佳配比为20％.通过寿命试验和催化剂的XRD表征发现催化剂晶相没有改变,催化剂结构保持稳定.     

稀土对甲醇车尾气净化银催化剂性能影响的研究

甲醇作为燃料汽油的代用品已引起人们的重视 ,但甲醇车尾气中含有多种含氧化合物 ,通常的三效净化催化剂已不能满足其净化要求 .已知甲醇车在怠速时排气温度仅为 80℃ (二冲程 )或 1 2 0℃ (四冲程 ) ,该温度下甲醇在催化剂作用下通常易生成醛、酯等含氧中间产物 ,因而此时排污最为严重[1] .目前提出的甲醇燃料车尾气净化催化剂的低温起燃活性及深度氧化选择性均未达到使用要求 ,如 Pd,Pt具有良好的甲醇低温转化活性 ,但深度氧化活性差 ;Ag催化剂具有良好的甲醇低温深度氧化选择性 ,但低温转化活性差 [2～ 7] .将稀土元素 La和 Ce应用于汽…     

甲烷直接氧化制甲醇研究进展概述

目前,天然气转化为高附加值化工产品的应用越来越受到人们关注.甲烷作为天然气的主要成分,其转化和应用是天然气化工领域的重要研究方向.而甲烷直接氧化制甲醇长久以来一直是研究重点.甲烷直接氧化制甲醇与传统的甲烷二步法间接转化相比,有节能和工艺简化的突出特点.然而,甲醇直接氧化制甲醇过程所面临的主要问题有：(1)甲烷分子的活化能很高,需要苛刻的操作条件才能活化参与反应;(2)反应进行的程度难以控制,生成的甲醇会进一步被氧化生成较多副产物,大大降低甲醇收率.因此,高效活化甲烷分子和抑制甲醇深度氧化是促进该过程工业化的重要研究内容.本文主要论述了非均相、气相均相和液相体系中甲烷直接氧化制甲醇的研究进展.在甲烷非均相氧化过程中,采用过渡金属氧化物作为催化剂在高温条件下催化甲烷部分氧化反应,其中,钼系和铁系催化剂的研究最为广泛.研究表明, MoO3可作为催化剂的主要活性组分,尤以 MoO3/Ga2O3催化剂性能最好,得到甲醇收率最高.在铁系催化剂中, Fe-ZSM-5 催化反应的甲醇选择性和收率都相对较高;但是每次反应后催化剂都需要重新活化,这种间歇性操作会增加成本,不利于工业化应用.总之,甲烷的非均相氧化过程存在易形成金属聚集体、催化剂选择性低以及甲醇收率低(5%)等问题,需要深入系统地研究解决.然而,与非均相氧化过程相比,操作较为简单的甲烷气相均相氧化作为目前最有工业前景的过程受到越来越多关注.在此过程中,影响反应的主要因素有反应器、反应条件(反应压力、反应温度和反应时间等)以及添加的介质等.反应器的特殊设计需要考虑的方面有反应产物的分离与转移、反应热的移除以有效提高甲烷的转化率,比如膜反应器对物质的分离作用.反应压力对反应过程的影响较为复杂.基于动力学因素,提高反应压力可以较大幅度地增加甲醇收率,同时最佳反应温度降低,但是,当压力高于8.0 MPa时,设备成本消耗大幅增加.另外,研究表明,进料中加入 NOx作为添加介质可以提高甲烷转化率和甲醇选择性,同时降低初始反应温度.与前两个氧化体系相比,液相均匀氧化过程能够获得较高的甲烷转化率与甲醇选择性.但是液相体系中强腐蚀性介质的使用增加了设备成本,阻碍了该过程工业化的应用进程.因此,促进液相体系工业化的关键就是开发绿色高效的催化剂.     

直接甲醇燃料电池Pt基阳极催化剂的研究进展

作为未来能源储存和转换装置的理想选择, 直接甲醇燃料电池具有能量密度高、携带方便以及环境友好等特点. 直接甲醇燃料电池欲实现商业化关键在于如何降低其催化剂成本, 构建高效稳定催化层, 尤其是阳极催化层. 由于非Pt催化剂对于甲醇催化氧化效率太低, 远远达不到商业化应用的要求, 因此对于Pt基改性催化剂的研究具有更重要的现实意义. 对于催化剂而言, 其微观电子结构以及能级密度分布很大程度上决定着催化剂的本征催化活性. 因此通过对其宏观特性的调控以改变Pt的微观结构, 是提高Pt基催化剂催化活性的有力方向. 本文着重从催化剂的组成、形貌和粒度等方面就近几年对Pt基催化剂的改性研究进行了综述, 并对其改性机理进行了相关讨论.     

碳载Pt-TiO2复合催化剂对甲醇氧化的电催化性能

报道了通过化学还原和溶胶-凝胶法制备不同组成的Pt-TiO₂/C催化剂及其对甲醇的氧化反应.结果表明,该催化剂具有很好的电催化活性和稳定性.催化剂中的Ti和Pt的原子比为1/2时,催化剂的性能最好.在500℃下热处理后,催化剂的性能得到进一步的改善.这种催化剂有望能在DMFC中获得实际使用.     

视角:单原子尺度的负载型金属催化剂

综述了负载型单原子催化剂设计的最新进展,以及负载型单原子催化剂在多种反应,如低温水汽变换、甲醇蒸汽重整、选择性乙醇脱氢、炔烃和二烯烃的选择性加氢等反应中的应用.研究活性金属原子位的固有活性和选择性,并与相应的金属纳米颗粒和次纳米簇的性质相比较是非常重要的.同时,理解在不同反应环境下稳定的活性金属原子位的组成,并最大化其负载量可使我们设计出适合工业应用的强健催化剂.在实际工作中,应将催化剂活性和稳定性研究相结合,尽可能遵循活性位随催化剂实时处理条件的变化规律.原子尺度的先进表征方法至关重要,可用于指导设计新催化剂.     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

 甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池性能、寿命和成本的关键材料之一. 近年来人们从提高阳极催化剂活性和降低催化剂成本两个方面出发进行了大量的研究, 有力推动了直接甲醇燃料电池的发展. 在简要介绍电催化剂上甲醇氧化反应机理的基础上, 综述了近年来直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展, 从铂基催化剂、非铂基催化剂和催化剂载体三个方面进行了详细的介绍 (附有 58 篇参考文献), 并展望了甲醇电催化剂的发展趋势     

甲烷直接氧化制甲醇研究进展概述（英文）

目前,天然气转化为高附加值化工产品的应用越来越受到人们关注.甲烷作为天然气的主要成分,其转化和应用是天然气化工领域的重要研究方向.而甲烷直接氧化制甲醇长久以来一直是研究重点.甲烷直接氧化制甲醇与传统的甲烷二步法间接转化相比,有节能和工艺简化的突出特点.然而,甲醇直接氧化制甲醇过程所面临的主要问题有:(1)甲烷分子的活化能很高,需要苛刻的操作条件才能活化参与反应;(2)反应进行的程度难以控制,生成的甲醇会进一步被氧化生成较多副产物,大大降低甲醇收率.因此,高效活化甲烷分子和抑制甲醇深度氧化是促进该过程工业化的重要研究内容.本文主要论述了非均相、气相均相和液相体系中甲烷直接氧化制甲醇的研究进展.在甲烷非均相氧化过程中,采用过渡金属氧化物作为催化剂在高温条件下催化甲烷部分氧化反应,其中,钼系和铁系催化剂的研究最为广泛.研究表明,MoO_3可作为催化剂的主要活性组分,尤以MoO_3/Ga_2O_3催化剂性能最好,得到甲醇收率最高.在铁系催化剂中,Fe-ZSM-5催化反应的甲醇选择性和收率都相对较高;但是每次反应后催化剂都需要重新活化,这种间歇性操作会增加成本,不利于工业化应用.总之,甲烷的非均相氧化过程存在易形成金属聚集体、催化剂选择性低以及甲醇收率低(5%)等问题,需要深入系统地研究解决.然而,与非均相氧化过程相比,操作较为简单的甲烷气相均相氧化作为目前最有工业前景的过程受到越来越多关注.在此过程中,影响反应的主要因素有反应器、反应条件(反应压力、反应温度和反应时间等)以及添加的介质等.反应器的特殊设计需要考虑的方面有反应产物的分离与转移、反应热的移除以有效提高甲烷的转化率,比如膜反应器对物质的分离作用.反应压力对反应过程的影响较为复杂.基于动力学因素,提高反应压力可以较大幅度地增加甲醇收率,同时最佳反应温度降低,但是,当压力高于8.0MPa时,设备成本消耗大幅增加.另外,研究表明,进料中加入NO_x作为添加介质可以提高甲烷转化率和甲醇选择性,同时降低初始反应温度.与前两个氧化体系相比,液相均匀氧化过程能够获得较高的甲烷转化率与甲醇选择性.但是液相体系中强腐蚀性介质的使用增加了设备成本,阻碍了该过程工业化的应用进程.因此,促进液相体系工业化的关键就是开发绿色高效的催化剂.     

甲苯-甲醇侧链烷基化合成苯乙烯的研究进展

甲苯-甲醇侧链烷基化合成苯乙烯具有极高的工业应用前景和学术研究意义.我们介绍了甲苯与甲醇侧链烷基化反应制苯乙烯的课题背景,总结了改性X型分子筛、复合型分子筛、多孔碳和金属氧化物以及其它类型催化剂在甲苯-甲醇侧链烷基化反应中的应用状况,分析了其反应机理及甲醛深度分解的原因以及目前催化剂的不足,并提出了可能的改进方案.最后对该领域的今后研究重点进行了展望,为提升甲苯与甲醇侧链烷基化催化剂的活性、选择性及使用寿命等相关研究提供参考.     

三元镍基硫属化物纳米棒阵列的简单合成及其高效的电催化析氧性能北大核心CSCD

通过一步溶剂热法成功合成了泡沫镍(NF)支撑的三元镍基硫属化物(Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2))纳米棒阵列。结构表征结果表明,所得三元Ni_(3)(Se_(x)S_(1−x))_(2)纳米棒属于三方物相,在泡沫镍基底上形成了有序的阵列结构。由于其快速的载流子传输效率、丰富的活性位点和多阴离子的协同效应,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列具有最佳的电催化性能。在1.0 mol/L的KOH溶液中,电流密度为50 mA/cm2时,过电势仅为344 mV,塔菲尔斜率为40.17 mV/dec,同时具有优异的电化学稳定性。更重要的是,以商用Pt/C为阴极,Ni_(3)(Se_(0.3)S_(0.7))_(2)/NF纳米棒阵列为阳极进行全分解水实验,仅需要1.49 V的电池电位即可提供10 mA/cm2的电解电流,表现出良好的电解水效果。该研究为电解水技术领域提供了一种高效的电催化剂,也为电化学能源技术中非贵重电催化剂的合理构建提供了有价值的见解。     

Ruthenium nanoclusters anchored on cobalt phosphide hollow microspheres by green phosphating process for full water splitting in acidic electrolyte

Transition metal phosphide(TMP) based electrocatalysts possessing special crystal and electronic structures attract broad attention in the field of electrocatalysis.Immense effort is made to optimize TMP catalysts aiming to satisfy the electrochemical catalysis performance.In this work,an environmentally friendly in situ green phosphating strategy and spatial limiting effect of the RuCo precursor is employed to fabricate the ruthenium nanoclusters anchored on cobalt phosphide hollow microspheres(Ru NCs/Co₂P HMs).The obtained Ru NCs/Co₂P HMs electrocatalysts exhibit high hydrogen evolution reaction(HER) activity at wide pH ranges,which require an overpotential of 77 mV to achieve the current density of 10 mA/cm² in 0.5 mol/L H₂SO₄ and 118 mV in 1.0 mol/L KOH.Besides,the multifunctional Ru NCs/Co₂P HMs exhibit good oxygen evolution reaction(OER) activity with an overpotential of 197 mV to reach the current density of 10 mA/cm² in 0.5 mol/L H₂SO₄,which is below that of the commercial RuO₂ electrocatalyst(248 mV).A two-electrode electrolyzer is assembled as well,in acid electrolyte,it achieves a current density of 10 mA/cm² at a voltage of 1.53 V,which is superior to that of the benchmark of precious metal-based electrolyzer(1.58 V).     

用于直接甲醇燃料电池的高活性PtCo-CNT@TiO_2复合纳米阳极催化剂

采用溶胶凝胶法制备CNT@TiO_2载体,利用电沉积法制备用于直接甲醇燃料电池的PtCo-CNT@TiO_2阳极催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和电化学工作站对其进行表征。结果表明,PtCo-CNT@TiO_2复合纳米材料有明显的结晶,且金属粒子围绕在TiO_2包覆的碳纳米管的周围,用于直接甲醇燃料电池阳极催化剂具有较高的活性与稳定性。该PtCo-CNT@TiO_2催化剂的电化学比表面积为164 m~2/g,65℃时甲醇的氧化峰电流达到45 mA/cm~2,计时电流曲线表明300 s后PtCo-CNT@TiO_2的氧化电流趋于24 mA/cm~2,在碱性条件下甲醇的氧化峰电流为39.7 mA/cm~2。     

Electrocatalytic Oxidation of Methanol at Lower Potentials on Glassy Carbon Electrode Modified by Platinum and Platinum Alloys Incorporated in Poly(o‐Aminophenol) Film

The electrocatalytic oxidation of methanol at a glassy carbon electrode modified by a thin film of poly(o‐aminophenol) (PoAP) containing Pt, Pt‐Ru and Pt‐Sn microparticles has been investigated using cyclic voltammetry as analytical technique and 0.10 M perchloric acid as supporting electrolyte. It has been shown that the presence of PoAP film increases considerably the efficiency of deposited Pt microparticles toward the oxidation of methanol. The catalytic activity of Pt particles is further enhanced when Ru or specially Sn is co‐deposited in the polymer film. The effects of various parameters such as the thickness of polymer film, concentration of methanol, medium temperature as well as the long term stability of modified electrodes have also been investigated.     

甲醇在铂微粒修饰的聚硫堇电极上的电催化氧化

利用电化学循环伏安和现场ＦＴＩＲ反射光谱等技术研究了甲醇在铂微粒修饰的聚硫堇电极上的电催化氧化。结果表明，循环伏安法制备的铂微粒均匀分散于聚合物膜上，其粒径大小约为３０－１３０ｎｍ；复合修饰电极对甲醇电化学氧化呈现了较高的催化活性，其催化活性的大小依赖于Ｐｔ载量。现场ＦＴＩＲ光谱实验揭示了线性吸附的ＣＯ物种是甲醇在复合电极上氧化的唯一中间体，这种吸附的ＣＯ物种在复合修饰电极上更容易被氧化为最终产物     

铂钯修饰聚N-乙酰苯胺膜电极对甲酸的电催化氧化

由电化学方法在石墨电极表面制备了规整多孔的纳米结构聚N-乙酰苯胺(PAANI)膜,并以其为载体制备了Pt-Pd/PAANI/C二元金属微粒修饰的聚合物复合膜电极.SEM和XRD研究结果表明,Pt、Pd微粒在PAANI膜中均匀分散,有效地改善了催化剂中贵金属的分散度和电极的结构.在0.5mol/L H2SO4+0.5mol/LHCOOH溶液中的循环伏安结果表明,Pt-Pd/PAANI/C电极在酸性溶液中电催化氧化甲酸的性能明显优于直接电沉积的Pt-Pd/C电极,且表现出较高的稳定性.     

多孔聚乙酰苯胺纳米纤维载铂催化剂对甲醇的电催化氧化

采用简单的化学氧化聚合法制备了新型多孔结构的聚乙酰苯胺纳米纤维(np-PAANI), 并以此为载体在络合剂的存在下合成了Pt纳米微粒修饰的np-PAANI复合物膜电极C/np-PAANI/Pt. 样品的形貌和结构通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)进行了表征. 在0.5 mol·L-1 CH3OH+0.5 mol·L-1 H2SO4混合溶液中考察了C/np-PAANI/Pt催化剂对甲醇的电催化氧化性能. 结果表明, 以np-PAANI负载的Pt催化剂对甲醇的电催化氧化活性和稳定性都比普通PAANI结构及石墨粉负载的Pt催化剂好很多.     

Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响

采用快速凝固结合脱合金化方法制备了不同Mo含量的纳米多孔Ni-Mo合金,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附分析等对多孔合金的物相、形貌结构及孔径分布进行了表征,并通过线性扫描伏安、Tafel斜率、交流阻抗和循环伏安等方法测试了多孔合金电极的电催化析氢性能.结果显示,多孔合金电极材料在50 mA/cm²电流密度下析氢过电位随着Mo含量的增加先降低后升高,Ni_2.5Mo_2.5合金析氢活性最强,过电位为218 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为0.29 mA/cm²,经1000周循环后的极化曲线基本保持原状,50 mA/cm²电流密度下过电位增加3.67%,表现出优良的析氢稳定性.     

Cobalt oxide and carbon modified hematite nanorod arrays for improved photoelectrochemical water splitting

Given the proper band gap, low cost and good stability, hematite(α-Fe_2O_3) has been considered as a promising candidate for photoelectrochemical(PEC) water splitting, however suffers from the sluggish surface water oxidation reaction kinetics. In this study, a simple dip-coating process was used to modify the surface of α-Fe_2O_3 nanorod arrays with cobalt oxide(CoO_x) and carbon(C) for the improved PEC performance, with a photocurrent density at 1.6 V(vs. reversible hydrogen electrode, RHE) increased from 0.10 mA/cm~2 for the pristine α-Fe_2O_3 to 0.37 mA/cm~2 for the CoO_x/C modified α-Fe_2O_3 nanorods. As revealed by electrochemical analysis, thanks to the synergistic effect of CoO_x and C, the PEC enhancement could be attributed to the enhanced charge transfer ability, decreased surface charge recombination, and accelerated water oxidation reaction kinetics. This study serves as a good example for improving PEC water splitting performance via a simple method.     

无电沉积硼化镍材料对水氧化的电催化性能

通过无电沉积/化学镀的方法分别制得石墨烯(Graphene)、 镍网(Ni foam, NF)、 钛网(Ti mesh, TM)、 碳布(Carbon cloth, CC)负载的硼化镍材料. 其中在石墨烯基底上生长的硼化镍层由规则的纳米颗粒构成, 且均匀致密. 对几种材料在碱性条件下(1.0 mol/L KOH电解质中)的水氧化电催化性能进行了研究, 结果表明, 石墨烯基底上生长的硼化镍材料(NiB_x/graphene)具有最佳的水氧化电催化性能. 电流密度达到10 mA/cm²时的过电位仅为277 mV, 相应的Tafel斜率为57 mV/dec. 对石墨烯负载的硼化镍材料进行烧结, 测得过电位为330 mV, 与未烧结的样品相比电催化活性下降. 该方法所制的石墨烯负载的硼化镍材料兼具高电催化活性和稳定性, 为低成本、 高效率的水氧化非贵金属电催化剂的制备提供了新思路.