钴氧化物负载的纳米金催化剂的制备及其性能研究

采用共沉淀法和金属有机配合物固载法，分别制备了钴氧化物负载的纳米金催化剂．考察了该催化剂对CO低温氧化反应的催化活性及其制备方法和制备条件，如焙烧温度和时间、金的负载量、活性组分前体、沉淀剂的滴加顺序等因素对催化性能的影响．结果表明：严格控制制备条件．上述两种方法制备的3％Au／Co3O4催化剂，对CO氧化反应都具有很高的催化活性，可分别于-22℃和-5℃将空气中1％的CO完全转化为CO2．：XRD和TEM测试结果显示．催化剂上的金颗粒大小在10nm范围内，载体为适度结晶的四氧化三钴．     

载体焙烧温度对Co／ZrO2催化剂催化F－T合成反应的影响

 采用并流共沉淀法制得了ZrO2载体，采用等体积浸渍法制备了钴质量分数为10％的系列负载型催化剂，考察了载体焙烧温度对催化剂催化性能的影响．结果表明，焙烧温度对载体的物化性质有显著影响，提高焙烧温度可降低载体的表面酸性，减弱钴锆之间的相互作用，提高催化剂的活性和选择性．钴负载到低温焙烧的载体上促进了ZrO2由无定形向四方相的转变，提高了催化剂的分散度，降低了催化剂的活性和选择性．     

用不同前驱体制备的Co/SiO2催化剂的结构及其CO2/CH4重整反应性能

 分别采用硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴和氯化钴为前驱体制备了Co／SiO2催化剂,用XRD,TPR,SEM和H2－TPD等实验技术考察了钴盐前驱体对催化剂结构和二氧化碳重整甲烷反应性能的影响,重点考察了硝酸钴和醋酸钴的作用．结果表明,由醋酸钴制备的Co／SiO2催化剂有最佳的催化活性和稳定性,它在钴物种的存在状态、金属－载体相互作用、钴金属晶粒度及抗烧结、抗积炭能力等方面,均与由硝酸钴制备的Co／SiO2催化剂存在显著的差别．Co／SiO2催化剂的反应活性和稳定性分别与其金属分散度和抗烧结、抗积炭能力密切相关．     

改良铜钴催化剂体系上由合成气制混合醇的研究

在铜钴基催化剂体系上，由合成气制备混合醇的反应在６．０ＭＰａ的条件下进行．双活性组分体系中铜和钴是以强相互作用状态而共存的，分子探针实验表明，铜和钴的并存对于确保醇的碳链增长是重要的，助剂ＭｏＯ_ｘ的加入显著提高了Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７担载的铜钴基催化剂Ｃｏ／ＣｕＬＺ的活性和选择性，其作用主要表现为通过氢的可逆溢流效应而改善了体系的氢化性能，和增大了ＣＯ的插入反应能力。在改良催化剂体系上，获得了５３％的醇选择性和１４７ｇ／Ｋｇｃａｔ／ｈ的混合醇产率，内含３３％的高级醇。     

甲烷与二氧化碳转化制合成气的研究 Ⅰ.负载型钴金属催化剂的催化性能

采用固定床流动反应装置研究了高温焙烧的负载型钴金属催化剂对甲烷与二氧化碳转化制合成气的催化性能，考察了催化剂活性组分、预处理温度及反应条件等对合成气生成量的影响，并用色谱法测定了催化剂上的积炭量．结果表明，钴负载量高于１２％时，在１０７３～１４７３Ｋ焙烧的Ｃｏ／Ａｌ２Ｏ３催化剂不仅具有高的催化活性，而且具有独特的抗积炭性能．ＴＰＲ，ＸＲＤ和催化反应结果表明，来源于ＣｏＡｌ２Ｏ４尖晶石的金属Ｃｏ以及ＣｏＡｌ２Ｏ４尖晶石对催化剂的活性和抗积炭性能起着关键作用，其活性特征在许多方面不同于低温焙烧的Ｃｏ／Ａｌ２Ｏ３或Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂．     

氧化钡促进的Co/SiO2催化剂的还原性能和分解甲烷活性

 利用等体积浸渍法制备了氧化硅负载钴催化剂．通过程序升温还原、氢化学吸附、氧滴定和催化活性评价等手段研究了氧化钡对Co／SiO2的还原性能、钴分散度和颗粒度、分解甲烷活性及其稳定性等的影响．研究结果表明，氧化钡明显地影响Co／SiO2的还原性能；添加2％氧化钡提高了Co／SiO2在中温（450℃）条件下的还原度；氧化钡的还原对Co／SiO2还原的诱导、氧化钡与氧化硅及与氧化钴之间的相互作用是导致Co／SiO2还原性能变化的原因．氧化钡提高了Co／SiO2的初活性和钴的分散度，降低了钴的颗粒度；添加0．5％～1．5％氧化钡有利于提高Co／SiO2的稳定性．钴的分散度和颗粒度影响Co／SiO2的活性和稳定性；氧化钡的强供电效应也是提高Co／SiO2活性和稳定性的重要因素．甲烷分解生成的碳物种覆盖了钴活性中心，导致Co／SiO2初活性下降；但大部分碳物种并不沉积在钴活性中心上，可能形成了碳纤维生长在载体和钴活性中心之间．     

还原气氛对CoFe/SBA-15催化剂F-T反应性能的影响

考察了不同还原气氛处理CoFe/SBA-15催化剂对F-T反应性能的影响。结果表明,H2气氛下有利于六方钴的生成;催化剂的活性取决于钴含量,随着钴含量的增加,F-T反应中CO转化率增加,C5+选择性增加。随着铁含量的增加,催化剂表现了较高的CO2选择性。CO还原有利于立方钴的生成,导致催化活性相比H2还原的催化剂活性要低。同时CO还原容易产生积炭使催化剂的钴活性位被覆盖,导致甲烷选择性随着钴含量增加而升高。但碳化铁的生成有利于提高20Fe/SBA-15催化剂的活性,有利于低碳烃生成及C2~4烃烯烷比增加。     

钴负载量和焙烧温度对F-T合成用Co/Al2O3催化剂活性的影响

 对用于F－T合成制液态烃的Co／Al2O3催化剂进行了程序升温还原研究,确定了合适的还原活化温度（约600～800K）,同时考察了钴负载量和焙烧温度对催化剂活性的影响．结果表明,钴负载量和焙烧温度对C5＋收率的影响十分显著．用CODEX优化软件对钴负载量和催化剂焙烧温度进行了优化．结果表明,比较理想的钴负载量为11．6％,焙烧温度为651K．XRD测试结果表明,在较高温度焙烧的催化剂由于易生成CoAl2O4尖晶石,导致催化剂的活性显著降低．     

钴铝水滑石焙烧产物催化上NO的直接分解

研究了以钴铝水滑石焙烧产物复合钴铝氧化物为催化剂直接分解ＮＯ。当钴铝复合氧化物以还原态存在时,其脉冲催化分解活性在４５０℃时为１００％,相同条件下ＣｕＺＳＭ－５催化剂的活性只有４５％。ＸＲＤ和ＴＰＲ表征表明,焙烧温度不太高的情况下,钴铝复合氧化物中已含有不少的铝酸钴尖晶石,它还原生成高分散态的金属钴,这可能是它分解ＮＯ活性高的原因。     

氮掺杂碳包覆纳米钴颗粒用于硝基芳烃室温选择性加氢（英文）

通过硝基芳烃选择性加氢能高效地制备芳香胺和环胺,其中芳香胺作为重要的化工中间体应用于多个领域(精细化工、商业产品和聚合物).在加氢反应过程中,硝基的还原伴随着生成一些副产物(如亚硝基和偶氮化合物).同时对于含还原性基团的取代硝基苯,硝基的选择还原也面临着很大的挑战.金属钴是常用的硝基加氢催化剂活性成分,但是由于对反应底物的过度吸附,导致其选择性不高.早期研究发现,氮掺杂碳催化剂能有效吸附硝基基团,从而在硝基苯加氢中表现出一定活性,但对分子氢的活化不足.因此,氮掺杂碳作为吸附材料与钴构建复合催化剂,能够发挥吸附和活化氢的协同作用,从而高效催化硝基苯加氢.基于此,本课题组发展了一种制备方法,可将钴颗粒尺寸限制在10 nm左右,且包覆在氮掺杂碳中,并应用于对硝基苯酚的室温选择性加氢反应中,发现相较于碳负载钴和氮掺杂碳催化剂,所制催化剂在室温下表现出了很好的活性和选择性.在此基础上,本文采用元素分析、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等手段对催化剂形貌和结构进行了研究.表征结果表明,保持钴前驱体的量不变,随着氮化碳加入量的增加,催化剂中氮掺杂浓度提高;当氮化碳/钴1时,氮掺杂浓度不变.红外结果表明,与普通碳载体相比,氮掺杂碳对硝基苯有很强的吸附作用,而氮掺杂碳包覆的钴催化剂也表现出同样的结果.通过调节氮的掺杂浓度,一方面可以修饰碳载体的电子结构,增加表面缺陷的浓度,提高与反应底物的相互作用;另一方面可以促进电子由钴颗粒转移至与之相连的氮原子上,因此进一步促进钴颗粒对分子氢的活化作用.该复合结构的催化剂实现了底物吸附和氢活化的协同作用,氮掺杂碳将反应底物吸附在表面,钴颗粒活化氢,随后解离的氢原子与表面吸附物反应,从而实现硝基苯的高效加氢.其中Co@NC-1催化活性最高,并在循环套用10次后,仍维持较高的催化活性,同时对含其它取代基的硝基苯均表现很高的活性和选择性.     

助剂对Co／HMS催化剂结构和F-T合成性能的影响

详细研究了钍、锆、锗及铈助剂对钴质量分数为15％的Co／HMS催化剂结构、 F-T合成CO转化率、CO2选择性及烃分布的影响,结果表明：钍能适当提高F-T合成 活性,且低温下具有较强的链增长能力;锆、锗、铈降低了催化剂CO转化率,催化 剂加氢能力变强,导致低碳烃增加较快,汽柴油馏分段减低,相应的链增长能力降 低,并以锰和铈较为明显;XRD,TPR及TG表征表明：锆和铈可提高催化剂Co还原度 ,但F-T合成反应时金属Co易披氧化,反应中金属Co量明显减少,CO转化率降低, 并以铈最为显著;Th助催化剂Co还原度稍有减低,Co分散度高于Co／HMS,且反应 中金属Co较为稳定,Co转化率得以提高;添加Mn助剂后,催化剂难以还原,反应中 活性相金属Co量较小,CO转化率较低．     

Cu-Mg/Al复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的研究

恒定二价与三价阳离子比为3(nM2+/nM3+=3),采用共沉淀法制备不同Cu含量的系列水滑石前驱物, 800 ℃焙烧4 h形成复合氧化物(CuO质量百分数分别为0％、5％、10％、15％、20％、30％、40％)用作柴油车排放碳颗粒物燃烧的催化剂,并采用XRD、BET、TG-DSC、FT-IR、TPR等表征手段研究了Cu、Mg含量对材料前驱物物化性能的影响及对其衍生复合氧化物催化碳颗粒物燃烧性能的影响．结果表明,Cu、Mg含量对材料的热稳定性、比表面和催化氧化活性有显著的影响. Mg有助于提高催化剂的热稳定性; Cu含量增加,催化剂比表面下降,但比表面不是影响催化剂活性的主要因素. CuO含量为15％时,催化剂具有最好的催化活性和稳定性,碳颗粒物的起燃温度(T10)和半转化温度(T50)分别为336 ℃和409 ℃.在CuO含量≤30％时可以形成结构完整的水滑石前驱物, CuO含量为40％时出现Cu(OH)2杂相; CuO含量< 20％时,经高温焙烧可得到均匀的复合氧化物, CuO含量≥20％时出现CuO偏析． TPR结果表明焙烧温度和复合氧化物的组成决定了材料的可还原性能．     

铜镍和铜钴合金电极在碱性介质中的光电化学

用动电位伏安法对含镍量10％、30％和50％的铜镍合金以及含钴量5.1％、9.7％、15 ％、25％和40％的铜钴合金电极在硼砂-硼酸缓冲溶液（pH 8.5）中的光电化学行为进行了 研究.铜镍合金和铜钴合金均显示p-型光响应,铜镍合金的光响应来自Cu2O,铜钴合金的光 响应来自Cu2O和氧化钴.含镍量10％和30％的铜镍合金电极以及含钴量5.1％铜钴合金电极的 最大光电流iph,max均大于纯铜电极,含钴量15％、25％和40％的铜钴合金电极以及含镍量 50％的铜镍合金电极由于电极表面相当一部分面积分别被氧化钴和氧化镍所占有,iph,max 小于纯铜电极.铜镍合金电极的φv值（电位负向扫描过程中电极表面完全还原为Cu时的电位 ）负于纯铜电极,而铜钴合金电极的φv值与纯铜电极大致相等, NiO的存在致使铜镍合金 表面Cu2O膜具有更大的稳定性.从光电化学角度通过φv和iph,max反映铜合金的耐腐蚀性能 与交流阻抗法测得的结果相符.     

Combined in situ XRD and in situ XANES studies on the reduction behavior of a rhenium promoted cobalt catalyst

A 10% Co-4% Re/(2% Zr/SiO(2)) catalyst was prepared by co-impregnation using a silica support modified by 2% Zr. The catalyst was characterized by temperature programmed reduction (TPR), in situ XRD and in situ XANES analysis where it was simultaneously exposed to H(2) using a temperature programmed ramp. The results showed the two step reduction of large crystalline Co(3)O(4) with CoO as an intermediate. TPR results showed that the reduction of highly dispersed Co(3)O(4) was facilitated by reduced rhenium by a H(2)-spillover mechanism. In situ XRD results showed the presence of both, Co-hcp and Co-fcc phases in the reduced catalyst at 400 °C. However, the Co-hcp phase was more abundant, which is thought to be the more active phase as compared to the Co-fcc phase for CO hydrogenation. CO hydrogenation at 270 °C and 5 bar pressure produces no detectable change in the phases during the time of experiment. In situ XANES results showed a decrease in the metallic cobalt in the presence of H(2)/CO, which can be attributed due to oxidation of the catalyst by reaction under these conditions.     

电场增强催化甲烷合成碳二烃催化剂影响研究

本研究提出了在常温、常压电场增强等离子体条件下甲烷直接转化合成碳二烃的洁净工艺 ,在不同的放电电压、放电功率、甲烷进料流量和不同的催化剂作用下 ,甲烷能够以不同的转化率和选择性转变为碳二烃。对影响甲烷转化率和碳二烃选择性的因素 :放电电压、放电功率、甲烷进料流量和催化剂进行了研究 ,对催化剂性能进行了比较 ,并探讨了反应机理。结果表明 ,适宜的工艺条件 :放电电压 2 0kV～ 4 0kV ;输入功率 :2 0W～ 4 0W ;合适的甲烷进料流量 :30mL/min～ 70mL/min。在该条件下 ,碳二烃的选择性可以达到 95 % ;催化剂对甲烷转化率的影响顺序为MnO2 /Al2 O3 >Ni/Al2 O3 >MoO3 /Al2 O3 >Ni/NaY >Pd/ZSM 5 >Ni/H4Mg2 Si3 O4>Ni/ZSM 5 >Co/ZSM 5 >无催化剂。     

Experimental investigation of fluidized-bed reactor performance for oxidative coupling of methane

Performance of the oxidative coupling of methane in fluidized-bed reactor was experimentally investigated using Mn-Na2WO4/SiO2,La2O3/CaO and La2O3-SrO/CaO catalysts.These catalysts were found to be stable,especially Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst.The effect of sodium content of this catalyst was analyzed and the challenge of catalyst agglomeration was addressed using proper catalyst composition of 2%Mn2.2%Na2WO4/SiO2.For other two catalysts,the effect of Lanthanum-Strontium content was analyzed and 10%La2O 3-20%SrO/CaO catalyst was found to provide higher ethylene yield than La2O3/CaO catalyst.Furthermore,the effect of operating parameters such as temperature and methane to oxygen ratio were also reviewed.The highest ethylene and ethane (C2) yield was achieved with the lowest methane to oxygen ratio around 2.40.5% selectivity to ethylene and ethane and 41% methane conversion were achieved over La2O3-SrO/CaO catalyst while over Mn-Na2WO4 /SiO2 catalyst,40% and 48% were recorded,respectively.Moreover,the consecutive effects of nitrogen dilution,ethylene to ethane production ratio and other performance indicators on the down-stream process units were qualitatively discussed and Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst showed a better performance in the reactor and process scale analysis.     

Effect of epitaxial growth on the formation of the cobalt catalysts of the Fischer-Tropsch synthesis

Mixed oxides Co_xAl_yO₄ with different Al/Co ratios applied as supports for the catalysts of the Fischer-Tropsch synthesis were prepared using the solid-state chemical reaction. The Co_xAl_yO₄ supports were prepared by modifying gibbsite with various cobalt salts (acetate, nitrate, and basic carbonate). The use of basic cobalt carbonate gives the Co(20%)/Co_xAl_yO₄ catalyst, which provides an increased yield of hydrocarbons C₅₊ and a decreased methane content compared to the impregnation catalyst Co(30%)/Al₂O₃. The introduction of small amounts of rhenium additives makes it possible to enhance the yield of hydrocarbons C₅₊ (179 g m⁻³) and also to increase the selectivity with respect to the C₅–C₁₈ fraction. The introduction of basic cobalt carbonate into the support, most likely, creates favorable conditions for the epitaxial growth of the precursor of the active phase. Dedicated to Academician G. A. Abakumov on the occasion of his 70th birthday. Published in Russian in Izvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 9, pp. 1856–1860, September, 2007.     

间苯二酚-甲醛树脂凝胶对Co/SiO_2催化剂费-托性能的影响(英文)

采用共沉淀法制备了高Co含量的Co/SiO2费托合成催化剂,并向其中添加一定含量的间苯二酚-甲醛树脂凝胶.结果表明,催化剂在393K干燥时,树脂会发生分解,因而仅有少量的含碳凝胶残留在催化剂中.然而,少量碳凝胶的存在显著增加了催化剂的还原度和金属钴的分散度,致使催化剂表面产生更多的活性金属Co,同时,催化剂的孔径也有所增大,因此Co/SiO2催化剂具有更高的反应活性及高碳烃选择性.其中80%Co/SiO2-C催化剂活性及高碳烃的选择性与我们前期报道的一种高活性的80%Co-8%ZrO/SiO催化剂相近.     

焙烧及还原温度对 Co-Pt-ZrO2/γ-Al2O3催化剂费托合成反应性能的影响

采用浸渍法制备了Co-Pt-ZrO₂/γ-Al₂O₃催化剂,对其进行了BET、XRD和TPR等表征,并在浆态床反应器上考察了焙烧温度和还原温度对催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,焙烧温度过高,容易造成Co物种和载体间的相互作用增强,使部分氧化钴颗粒聚集或烧结,导致催化剂的F-T合成反应活性和C₅₊烃选择性降低。还原温度较低时,钴物种不能充分还原,CO加氢活性低,甲烷选择性高,重质烃选择性低;还原温度过高,则可能造成活性物种的烧结,反而降低了催化剂的活性和重质烃选择性。在原料气n(H₂)/n(CO)=2.0、483 K、2.4 MPa和空速3.6 L/(gcat·h)的条件下,31.08%Co～0.11%Pt～7.16%ZrO₂/Al₂O₃催化剂在673 K焙烧。纯H₂下653 K还原后,其费托性能最佳;CO转化率为27.0%,C₅₊的选择性为83.0%。     

Catalytic methanation reaction over alumina supported cobalt oxide doped noble metal oxides for the purification of simulated natural gas

A series of alumina supported cobalt oxide based catalysts doped with noble metals such as ruthenium and platinum were prepared by wet impregnation method.The variables studied were difference ratio and calcination temperatures.Pt/Co(10∶90)/Al2O3 catalyst calcined at 700 ℃ was found to be the best catalyst which able to convert 70.10% of CO2 into methane with 47% of CH4 formation at maximum temperature studied of 400 ℃.X-ray diffraction analysis showed that this catalyst possessed the active site Co3O4 in face-centered cubic and PtO2 in the orthorhombic phase with Al2O3 existed in the cubic phase.According to the FESEM micrographs,both fresh and spent Pt/Co(10∶90)/Al2O3 catalysts displayed small particle size with undefined shape.Nitrogen Adsorption analysis showed that 5.50% reduction of the total surface area for the spent Pt/Co(10∶90)/Al2O3 catalyst.Meanwhile,Energy Dispersive X-ray analysis(EDX) indicated that Co and Pt were reduced by 0.74% and 0.14% respectively on the spent Pt/Co(10∶90)/Al2O3catalyst.Characterization using FT-IR and TGA-DTA analysis revealed the existence of residual nitrate and hydroxyl compounds on the Pt/Co(10∶90)/Al2O3 catalyst.