CeO_2表面分散态WO_3的氨选择性催化还原性能（英文）

铈基材料在氨选择性催化还原氮氧化物(NH_3-SCR)的研究中备受关注,亦被认为是潜在的新型环境友好型催化剂.CeO_2具有独特的氧化还原性能和优良的储释氧性能,易与其它金属氧化物发生协同催化而有利于提高催化剂的催化反应性能,而WO_3可以改善催化剂的表面酸性.研究亦报道了WO_3可以改善CeO_2的NH_3-SCR反应的高温活性和N2选择性,其原因在于WO_3增加了铈基催化剂NH_3的吸附性能且抑制了NH_3非选择性氧化成NOx.我们采用浸渍法制备了一系列负载型WO_3/CeO_2催化剂,并利用XRD,Raman,XPS,H2-TPR,NH_3-TPD和in situ DRIFT对其理化性质进行了表征,系统研究了WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂NH_3-SCR催化性能的影响,主要研究的内容包括:(1)WO_3/CeO_2催化剂中WO_3的状态与催化性能之间的关系;(2)WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂的NH_3和NO吸附行为的影响.NH_3-SCR反应测试表明WO_3负载量对WO_3/CeO_2催化剂有显著影响,优化的WO_3/CeO_2催化剂在200–450°C具有良好的脱硝性能,且在300°C通入SO2+H2O条件下依然保持优异的催化活性.XPS和H2-TPR结果表明,WO_3分散在CeO_2表面抑制了CeO_2表面活性氧和表面晶格氧的氧化能力,这导致催化剂对NO的氧化以及对硝酸盐的吸附性能相比于纯CeO_2显著降低,同时,in situ DRIFT也证实,随着WO_3负载量的增加,WO_3/CeO_2催化剂表面吸附硝酸盐能力下降.因此,我们认为,由于低活性的晶相WO_3覆盖在催化剂表面,阻碍了催化剂的表面活性位,降低了催化剂的氧化还原能力和表面酸量,从而晶相WO_3抑制了WO_3/CeO_2催化剂的催化活性.同时,我们发现在70°C下采用氨水可以洗掉WO_3/CeO_2催化剂中的晶相WO_3,且洗涤后的样品催化活性有所提升,这进一步验证了晶相WO_3对催化活性的抑制作用.In situ DRIFT结果表明WO_3/CeO_2催化剂上NH_3-SCR反应是通过Eley-Rideal机理进行,即吸附NH_3物种与气相NO之间发生反应.随着WO_3负载量的增加,WO_3/CeO_2催化剂中NH_3的吸附能力先增强后减弱,而NO吸附能力持续减弱,这有利于表面酸位在反应过程中不被硝酸盐阻碍,当WO_3负载量在分散容量附近时,这种吸附特性的效果发挥到最大,从而最大限度地促进NH_3-SCR反应按照Eley-Rideal机理顺利进行.     

铈在乙苯脱氢氧化铁基催化剂中的助催化作用

研究了铈在Fe_2O_3-K_2O-CeO_2乙苯脱氢催化剂中的助催化作用。铈源为硝酸铈时助催效果明显,但CeO_2则不佳。助催化效果还与催化剂中的钾量有关。铈明显增进高钾催化剂的活性,但对催化剂的选择性无明显影响。     

CO氧化反应中的二氧化铈晶面效应（英文）

二氧化铈(CeO_2)因其具有较强的储放氧能力,被用作氧化还原反应的催化材料.自2005年,研究者制备出形貌可控的CeO_2纳米棒、纳米立方块和纳米多面体,在CeO_2形貌控制及构效关系研究方面取得长足发展.各种结构表征手段包括原位拉曼(in situ Raman)、原位傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)、核磁共振(NMR)和电镜等被用来研究不同形貌CeO_2的表面结构和在催化反应中的活性差异.一般的活性规律为CeO_2纳米棒({110}/{100})纳米立方块({100})纳米多面体({111}/{100}).近年来,负载型CeO_2催化剂因其能稳定分散金属,通过金属-载体相互作用调控界面电子结构并表现出优异的催化活性而引起广泛关注,其中晶面效应在负载型CeO_2催化体系中显得较为复杂.铜铈催化剂被认为是非常经济有效的CO氧化催化剂,然而由于制备和测试条件差异导致的CeO_2晶面对铜铈催化剂催化CO氧化活性的影响规律并不统一.我们之前的研究工作发现纳米棒CeO_2-{110}晶面上的Cu-[O_x]-Ce结构不利于形成Cu((40)),而纳米颗粒CeO_2-{111}晶面上的CuO_x团簇很容易形成Cu((40)),从而对CO催化氧化极为有利,这与纯载体CeO_2的规律并不一致.与此同时,对于铜负载的CeO_2纳米棒(NR)及纳米立方体(NC)所体现的性质及活性差异缺少系统深入的研究.在上述工作基础上,我们采用沉积沉淀法在CeO_2 NR及CeO_2 NC上负载1%wt的铜分别得到1Cu CeNR和1Cu CeNC,并对所合成催化剂的结构和吸附性能进行了表征.高分辨透射电镜(HRTEM)照片显示,CeO_2纳米棒主要暴露{110}晶面,而CeO_2纳米立方体以{100}晶面为主.催化测试结果表明,1Cu CeNC在130°C时CO已完全转化为CO2,而相同温度下1Cu Ce NR只有50%转化.进一步通过氢气程序升温还原(H2-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)分析发现, 1Cu Ce NC催化剂具有较强的还原性且表面氧物种含量高.此外, X射线光电子能谱(XPS)和in situ DRIFTS研究表明, 1Cu Ce NC促进Cu((40))位点生成,导致活性Cu((40))-CO物种增多,这些优异的化学性质导致其具有较高的催化CO氧化活性.     

微波固相法制备的ZnCl_2/Y在α-蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能

考察了微波固相法制备的ZnCl2 /Y分子筛催化剂在α 蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能 .催化剂活性及产物选择性与分子筛表面的酸性有关 .在微波作用下 ,ZnCl2 可分散于分子筛表面且可与分子筛中的阳离子发生固态离子交换反应 .分散的ZnCl2 (中强L酸 )有利于生成龙脑烯醛 ,固态离子交换生成的ZnY(弱L酸 )有利于α 蒎烯环氧化物重排生成松蒎酮 ;不同Na+ 交换度的HY分子筛表面具有不同的B酸中心 ,B酸的存在可使重排反应产物松香芹醇和香芹醇发生分子内脱水二次反应生成单萜烯 .用微波固相法制备催化剂时 ,随着ZnCl2 负载量的增加 ,产物香芹醇的选择性升高 ,分散于分子筛孔道内的ZnCl2 有利于生成香芹醇 .比较了不同溶剂对α 蒎烯环氧化物重排反应产物分布的影响 ,以环己烷作溶剂时 ,松蒎酮选择性可达 2 4% .通过对分子筛表面酸性的调变可实现选择合成 .     

镁-钛系聚乙烯高效催化剂的机理研究

本文对一种典型的反应法制聚乙烯高效催化剂的各步反应产物进行了研完:第一步氯化镁加乙醇反应,生成醇合物MgCl₂·nC₂H₅OH,其作用是将氯化镁晶格破坏;第二步加烷基铝,第三步加四氯化钛,其作用是与醇合物中的醇反应使之溶解,重新生成高分散的氯化镁微晶,活性组份钛化合物高度分散在氯化镁微晶表面上,故催化剂具有高活性。用这种反应法制得的高效催化剂,载体分散度高,内部孔隙多,有利于传质,因而比一般研磨法制得的高效催化剂聚合收率高。X光衍射发现在其他一些聚乙烯高效催化剂中也存在微晶MgCl₂,说明它们的高活性机理是类似的。     

Mn助剂对CuFeZrO2低碳醇合成催化剂的修饰作用

利用程序升温还原和原位漫反射红外光谱技术研究了Mn修饰的CuFeZrO2催化剂的结构特性,并测试了催化剂的CO加氢合成低碳醇的反应性能.研究表明，适量添加锰助剂有利于提高催化剂的反应活性,提高产物中C2＋醇的含量,抑制甲烷的生成,但随锰含量的增加催化剂的活性和选择性呈现先增加后下降的趋势.程序升温还原的测试表明,锰助剂通过与铜的相互作用使铜的还原变得困难,影响铜在催化剂上的状态,随锰的加入量的增加这种作用得到加强.铜分散度的测定表明锰促进了铜的分散,利用探针分子CO在催化剂上吸附的漫反射红外光谱研究发现,锰助剂可以提高组分间的相互作用,影响铜的电子性质,从而增加了CO在铜上的吸附.     

CoCuY催化体系上MoOx的助剂作用和协同效应的研究

在6MPa的条件下合成气反应的结果表明,为了获得良好的混合醇产率和选择性,铜、钴和钼的协同并存是重要的.CoCuY催化剂上MoO_x的加入显著提高了甲醇和高级醇的产率.在280℃的反应温度下,获得了175g/kg cat/h的混合醇产率,内含45wt%的高级醇.在Mo/CoCuY催化剂中,钴、铜和钼的氧化物之间具有强的相互作用和协同还原效应.XRD的结果表明,在合成气反应中助剂MoO_x的存在稳定了催化剂中的Y_2O_3晶相结构,减少了其无定形分散.     

Ca掺杂的CeO_2模型催化剂的形貌和电子结构及其与CO_2分子的相互作用（英文）

利用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和同步辐射光电子能谱研究了CeO_2(111),部分还原的CeO_(2-x)(111)(0 x 0.5)以及Ca掺杂的CeO_2模型催化剂的形貌、电子结构以及它们与CO_2分子间的相互作用。CeO_2(111)和部分还原的CeO_(2-x)(111)薄膜外延生长于Cu(111)单晶表面。不同Ca掺杂的CeO_2薄膜是通过在CeO_2(111)薄膜表面室温物理沉积金属Ca及随后真空退火到不同温度而得到的。不同的制备过程导致样品具有不同的表面组成,化学态和结构。CO_2吸附到CeO_2和部分还原的CeO_(2-x)表面后导致表面羧酸盐的形成。此外,相比于CeO_2表面,羧酸盐物种更易在部分还原的CeO_(2-x)表面生成,而且更加稳定。而在Ca掺杂的氧化铈薄膜表面,Ca~(2+)离子的存在有利于CO_2的吸附,且探测到碳酸盐物种的形成。     

微波固相法制备ZnCl2/Y在α-蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能

 考察了微波固相法制备的ZnCl2／Y分子筛催化剂在α－蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能．催化剂活性及产物选择性与分子筛表面的酸性有关．在微波作用下,ZnCl2可分散于分子筛表面且可与分子筛中的阳离子发生固态离子交换反应．分散的ZnCl2（中强L酸）有利于生成龙脑烯醛,固态离子交换生成的ZnY（弱L酸）有利于α－蒎烯环氧化物重排生成松蒎酮;不同Na＋交换度的HY分子筛表面具有不同的B酸中心,B酸的存在可使重排反应产物松香芹醇和香芹醇发生分子内脱水二次反应生成单萜烯．用微波固相法制备催化剂时,随着ZnCl2负载量的增加,产物香芹醇的选择性升高,分散于分子筛孔道内的ZnCl2有利于生成香芹醇．比较了不同溶剂对α－蒎烯环氧化物重排反应产物分布的影响,以环己烷作溶剂时,松蒎酮选择性可达24％．通过对分子筛表面酸性的调变可实现选择合成．     

CeO_2纳米管负载Pd纳米颗粒催化CO低温氧化（英文）

高效负载型Pd催化剂的制备及其在CO低温氧化反应中的机理探究是近年来的研究热点.普遍认为,Pd催化剂上的CO氧化反应遵循Langmuir-Hinshelwood机理:首先,CO吸附于Pd物种表面;然后,CO与催化剂表面的晶格氧发生反应转化为CO_2,反应发生在金属-载体界面.另外,高分散的Pd活性物种有利于CO氧化反应.同时载体的形貌、暴露的晶面、氧空位以及孔结构等都是影响催化剂活性的重要因素.CeO_2纳米管具有独特的管状特征和较高的比表面积,是一种潜在的CO低温氧化催化剂载体.本文利用乙醇还原法,以CeO_2纳米管为载体,制备不同Pd含量的Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂,并利用N_2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、CO程序升温脱附(CO-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,探索纳米催化剂载体形貌对CO氧化反应活性的影响.氮气吸脱附结果表明,Pd/CeO_2-nanotube具有较高的比表面积(58.0 m~2/g),且存在介孔结构.XRD表征发现,Pd/CeO_2-nanotube的衍射峰对应立方萤石型结构的CeO_2的(111),(200),(220),(311)等晶面.TEM结果表明,Pd/CeO_2-nanotube具有均匀的纳米管形貌,其外径为40-60 nm,Pd纳米颗粒均匀分散在其表面.CO-TPD结果表明,Pd/CeO_2-nanotube在110℃附近具有很强的脱附峰,在370℃和600℃附近分别具有较宽和较弱的脱附峰,这表明该催化剂具有较多的吸附位,且具有很强的CO吸附能力;CO不可逆吸附量计算结果表明,该催化剂上的Pd具有很高的表面分散度(23.3%),Pd颗粒尺寸为7.3 nm.XPS表征显示,Pd以Pd~(2+)的形式分散于CeO_2纳米管的表面,且与载体发生相互作用,存在Pd-O-Ce键;同时该催化剂表面存在丰富的Ce~(3+),为反应提供更多的氧空位.0.9Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性,能在100℃实现CO的完全转化;通过计算发现,该催化剂具有较高的TOF值(0.63s~(-1)),由Arrhenius曲线可得到该催化剂的活化能为26.5 kJ/mol.综上可见:金属活性组分的尺寸和分散度、载体的结构特征、CO吸附能力以及金属-载体间的相互作用决定催化剂的性能Pd/CeO_2-nanotube的高比表面积有利于Pd的分散;其强CO吸附能力有利于CO吸附于Pd物种表面;催化剂表面丰富的Ce~(3+)能为反应提供更多的氧空位,Pd-O-Ce键的形成能增强金属-载体间的相互作用,有利于CO与催化剂表面晶格氧发生反应.同时催化剂介孔结构有利于反应气体和产物气体的吸附和扩散,因此,Pd/CeO_2-nanotube纳米催化剂在CO氧化反应中表现出优良的活性.     

氧化铜与CeO2-γ-Al2O3混合氧化物载体之间的表面相互作用

 采用XRD，XPS和TPR等手段研究了氧化铜与二氧化铈－氧化铝机械混合载体之间的表面相互作用．结果表明，在混合载体表面，当氧化铜的负载量低于其在二氧化铈载体上的分散容量时，氧化铜优先与二氧化铈发生作用并分散在其表面；当氧化铜的负载量超过其在二氧化铈载体上的分散容量时，氧化铜会继续在氧化铝表面分散．这些结果说明，在制备用氧化铈改性载体的负载型催化剂时，如果氧化铈的用量偏高，会导致样品中有晶相氧化铈生成，从而对氧化铈作为改性剂的作用不利．     

2-乙基己烯醛和庚醛的催化加氢

我国高分子化学工业已有了迅速的发展,自然对增塑剂的生产就有了迫切的要求,如何多快好省地生产高级醇亦就成为亟需解决的问题了。2-乙基己烯醛和庚醛可以氢化生成2-乙基己醇和庚醇,这两种醇都是增塑剂的重要原料。文献中的记载,2-乙基己烯醛的催化加氢一般是在压力下进行的。所用的催化剂有镍-铬-酸性白土,铜铈-浮石,镍-浮石等。庚醛的氢化,在文献中有用铂催化剂,或镍催化剂,在常压下进行的;     

Rh-CeO_2催化剂表面CO还原NO反应中羟基介导NH_3生成问题的探讨（英文）

CO催化还原NO是发生在汽车尾气净化催化剂中的一个重要化学反应.CeO_2容易发生氧化还原反应CeO_2?CeO_2-x+(x/2)O_2而具有氧储存/释放作用,可以有效地促进CO氧化,因而CeO_2作为储氧材料和催化助剂被广泛应用于汽车催化剂中.在过渡金属元素中,铑对NO的解离活性最高,是目前汽车三效催化剂中最为重要的还原性活性组分.目前,有关Rh-CeO_2基催化剂表面CO还原NO的文献仅关注催化反应活性和N_2O选择性,对CO还原NO反应机理的理解还不够深入准确--,无法为轻型汽油车NH_3排放控制提供正确有用的理论基础.NH_3排放至大气中会以NH_4+形式与SO_24和NO_3离子结合,导致二次颗粒物污染,因此,研究CO还原NO反应中NH_3生成机理对轻型汽油车NH_3排放控制具有非常重要的理论意义.我们研究组强调了CO催化还原NO反应的表面羟基介导NH_3生成问题,并通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in-situ DRIFTS),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),程序升温还原/氧化(TPR/TPO)等现代分析表征技术深入研究了CO还原NO反应机理,并首次提出了催化剂表面"羟基脱氢"反应的NH_3生成机理.研究发现,Rh-CeO_2催化剂表面CO还原NO反应的NH_3选择性最高可达9.7%,其反应表观活化能仅为36 kJ/mol,in-situ DRIFTS,FT-IR和NO-TPO测试结果表明,NH_3的生成可归因于催化剂表面"羟基脱氢"反应,即CO与催化剂表面端位羟基和桥式羟基发生"水煤气转化"反应生成H_2,反应产生的H_2还原NO生成NH_3;CeO_2中非骨架铈双羟基化形成的类氢氧化铈物种则会直接与NO发生脱氢反应生成NH_3,但需要更高的反应温度.值得注意的是,当反应气中额外通入5%水蒸气时,其反应表观活化能提高了21 kJ/mol(同比增加58.3%),更重要的是NH_3选择性明显提高,最高可达25.3%(同比增加160.8%),FT-IR测试结果表明,这是由于水蒸气作用促使催化剂表面羟基化,表面活性氢源得以不断补充.这从动力学角度促进了端位羟基和桥式羟基的"水煤气转化"反应而提高NH_3选择性.同时,对比NO/H_2,CO/NO和CO/NO/H_2O反应的NH_3生成浓度,我们还发现,H_2O分子与NO的竞争吸附会抑制未解离吸附的NH_3进一步还原NO,减少反应生成NH_3的消耗,促使更多生成的NH_3从催化剂表面脱附至气相中,这也是水蒸气导致NH_3选择性明显增加的重要原因.以上结果清晰地表明了催化剂表面"羟基脱氢"作用和水蒸气分子与NO的竞争吸附行为对CO还原NO反应中NH_3生成的重要影响.     

TPR法研究轻油转化制氢催化剂还原性能——CeO2促进还原的研究

用TPR法研究了烃类蒸气转化制氢催化剂还原性能。发现这类催化剂的还原符合核化模型。镍与催化剂中其它组分相互作用影响催化剂的还原, MgO和水泥的加入均提高了NiO的还原温度,稀土氧化物的加入可降低NiO-MgO体系的还原温度。由TPR曲线峰形分析求得了RKN,TDRE-3和ICI-46-1以及其它含CeO_2催化剂还原动力学参数。发现CeO_2的加入减少了催化剂的还原活化能, 且还原活化能与镍的分散度之间有较好的对应关系, 即镍铈比(Ni/Ce)分散得越均匀, 则还原活化能越低。提出了CeO_2促进还原的机理。     

TPR法研究轻油转化制氢催化剂还原性能——CeO_2促进还原的研究

用TPR法研究了烃类蒸气转化制氢催化剂还原性能。发现这类催化剂的还原符合核化模型。镍与催化剂中其它组分相互作用影响催化剂的还原,MgO和水泥的加入均提高了NiO的还原温度,稀土氧化物的加入可降低NiO-MgO体系的还原温度。由TPR曲线峰形分析求得了RKN,TDRE-3和ICI-46-1以及其它含CeO_2催化剂还原动力学参数。发现CeO_2的加入减少了催化剂的还原活化能,且还原活化能与镍的分散度之间有较好的对应关系,即镍铈比(Ni/Ce)分散得越均匀,则还原活化能越低。提出了CeO_2促进还原的机理。     

负载型铈基催化剂在NH_3-SCR反应中的载体效应（英文）

近年来,氨-选择催化还原(NH_3-SCR)技术被公认为是控制燃煤烟气和柴油车尾气氮氧化物(NO_x)排放的最有效手段之一.V_2O_5-WO_3/TiO_2和V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂在300-400°C范围内表现出优异的脱硝性能和抗H_2O和SO_2中毒性能,因而被广泛用于NH_3-SCR过程.然而,钒基催化剂存在一些缺点,如氧化SO_2到SO_3的活性较高、高温下将部分NH_3非选择性地氧化成N_2O、V_2O_5具有生物毒性等.因此,非钒基脱硝催化剂的研制引起人们越来越多的关注.二氧化铈(CeO_2)因具有氧化还原性能优异、储/释氧能力强和Ce~(3+)/Ce~(4+)转换容易等优点而广泛用于NH_3-SCR反应.然而,单纯CeO_2的脱硝性能并不理想.研究表明,将CeO_2制备成铈基复合金属氧化物催化剂和负载型铈基催化剂可显著提高其在NH_3-SCR反应中的催化性能.尤其是负载型铈基催化剂由于催化性能优异、比表面积大、热稳定性高及活性组分用量少而成为研究热点.众所周知,对于负载型金属氧化物催化剂,载体并不只是惰性材料,它会显著影响表面负载组分的物理化学性质和催化性能.因此,关于载体与组分间相互作用的研究常见诸报道.但是,对于负载型铈基催化剂,具有不同晶相结构的载体对其理化性质和NH_3-SCR催化性能的影响规律尚不明晰.此外,SiO_2,γ-Al_2O_3,ZrO_2和TiO_2是工业上常用的四种催化剂载体,它们具有不同的晶相结构和应用场合,究竟哪一个最适合作为负载型铈基催化剂的载体用于NH_3-SCR反应尚无定论.因此,为了阐明负载型铈基催化剂在NH_3-SCR反应中的载体效应,筛选出最佳的催化剂载体,我们首先采用溶胶-凝胶法和沉淀法合成了SiO_2,γ-Al_2O_3,ZrO_2和TiO_2四个载体,再通过浸渍法制备了一系列负载型铈基催化剂(CeO_2/SiO_2,CeO_2/γ-Al_2O_3,CeO_2/ZrO_2和CeO_2/TiO_2)用于NH_3-SCR反应.并借助于X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测定(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气-程序升温还原(H_2-TPR)以及氨气-程序升温脱附(NH_3-TPD)等表征手段对上述载体和催化剂进行了较为全面的分析.研究结果表明,这些负载型铈基催化剂的理化性质和脱硝性能强烈地依赖于催化剂载体.首先,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂的表面Ce3+含量明显大于CeO_2/SiO_2,CeO_2/ZrO_2和CeO_2/TiO_2催化剂,有利于氧空位的产生以促进NO分子的解离,进而导致优异的NH_3-SCR反应性能.其次,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂具有最佳的还原性能,有利于NO氧化为NO_2,进而通过"快速NH_3-SCR"途径提升其催化性能.再者,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂表面酸性位最多,能够促进反应物NH_3分子的吸附与活化,从而提高脱硝性能.最后,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂在H_2O和SO_2存在的条件下同样表现出最佳的催化性能,表明其有望用于实际燃煤烟气脱硝.     

过渡金属掺杂铈中晶格氧的活化（英文）

采用密度泛函理论计算研究了在铈表面掺杂的过渡金属(TM)离子对表面晶格氧原子活化的影响.为此,测定了经TM离子修饰的CeO_2最稳定(111)表面终端的结构和稳定性.除了保持八面体氧配位的锆和铂掺杂剂外, TM掺杂剂在取代表面Ce离子时更倾向于正方形平面配位.除了Pt(1.14 eV)和Zr(正方形平面配位不稳定)外,所有TM掺杂剂的表面结构从八面体到正方形平面都很容易.通常,四价TM阳离子的离子半径比Ce~(4+)的小得多,从而导致了显著的拉伸应变晶格,并解释了氧空位形成能量的降低.除Zr外,当产生一个氧空位时,优先形成正方形平面结构.热力学分析表明, TM掺杂CeO_2表面在典型环境催化条件下存在氧缺陷.一个具有实际意义的例子是锆掺杂CeO_2(111)中的晶格氧容易活化,从而有利于CO氧化.研究结果强调了晶格氧活化的本质和TM掺杂剂在TM-铈固溶催化剂中的优选位置.     

磷酸对二氧化铈催化剂氨选择性催化还原氮氧化物反应的促进作用(英文)

氮氧化物NO_x(NO和NO_2)对大气的污染日益严重,主要表现为形成酸雨、导致光化学烟雾和产生温室效应等,严重危害人类健康.氨气选择性催化还原(NH_3-SCR)NO_x是目前最有效的固定源NO_x消除技术.工业中常用的催化剂主要是V_2O_5-WO_3/TiO_2,但其活性组分V_2O_5有毒,且存在氧化能力较强和操作温度窗口过窄等缺点.开发新型环境友好的非钒基NH_3-SCR催化剂体系己成为NO_x催化净化领域的研究热点.CeO_2在稀土市场中占有很大比重且相对廉价,同时还具有优异的氧化-还原及储氧性能,因此开发Ce基SCR脱硝催化剂具有非常好的发展前景.对于NH_3-SCR反应,催化剂必须同时具有酸性位和氧化还原中心.酸性位有利于还原剂NH_3的吸附与活化,而氧化还原中心可以促使氧化剂和还原剂之间发生反应.对于低温SCR催化剂,表面酸性适中即可,氧化还原性能起决定作用;而对于中高温SCR催化剂,不仅要提高其表面酸性以保证足够的NH_3吸附量,同时还要控制其表面氧化性不宜太强,否则在高温段NH_3氧化,N_2选择性下降,NO转化率降低.CeO_2具有一定碱性以及优异的氧化还原性能,因此在高温阶段CeO_2催化剂上易发生NH_3深度氧化,高温NH_3-SCR活性差,温度窗口窄.为了拓宽CeO_2基催化剂的温度窗口,改善其催化性能,有必要调整CeO_2的氧化还原性能和酸碱性能.过渡金属磷酸盐或焦磷酸盐具有特殊的表面酸性和氧化还原性,被广泛应用于多种催化反应.考虑到过渡金属磷酸盐或焦磷酸盐表面同时具有酸性位和氧化还原中心,因而可用于NH_3-SCR反应.最近本课题组通过水热法制备了一种环境友好的Ce-P-O催化剂,该催化剂在较宽的温度范围(300-550℃)内表现出较高的催化NO转化能力,同时具有较强的抗碱和耐硫能力,显示出很好的应用前景.此外,硫酸盐和镍盐修饰能有效改善铈锆固溶体催化剂的NH_3-SCR性能:镍修饰增强了铈锆固溶体的Lewis酸性,有利于提高催化剂的低温活性,而硫酸盐改性提高了催化剂的Bronsted酸性,因此有利于催化剂高温下吸附NH_3,抑制了NH_3的过度氧化.另外,磷酸盐修饰能提高铈锆固溶体催化剂NH_3-SCR反应活性.然而,有关催化剂结构系统表征鲜见报道,催化剂的构效关系阐述不够详细.本文采用浸渍法将不同量的H_3PO_4负载于CeO_2上制备了H_3PO_4修饰的CeO_2催化剂,发现H_3PO_4修饰能显著改善CeO_2催化剂的NH_3-SCR性能.本文对催化剂结构进行了系统表征,详细探讨了H_3PO_4促进作用的原因.NH_3-SCR活性测试显示,H_3PO_4修饰后,催化剂活性显著提高,部分抑制了高温时CeO_2催化剂上NH_3的直接氧化,提高了SCR反应的选择性,从而拓宽了温度窗口.X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱表征结果发现,随着H_3PO_4负载量增加,样品中CeO_2相逐渐减少,而新相如CeP_2O_7和Ce(PO_3)_4等逐渐增多,多磷酸根阴离子可能是表面酸性增强的关键因素.NH_3程序升温脱附和吸附吡啶红外光谱结果表明,随着H_3PO_4修饰量的增加,样品的酸强度逐渐增大,Lewis酸性逐渐减弱至消失,而Bronsted酸性逐渐增强.增强的Bronsted酸性可能归因于H_3PO_4修饰后样品表面不断增加的P-OH基团.相对于Lewis酸,Bronsted酸性位氧化能力更弱,可以抑制高温下NH_2(ads)继续脱氢,避免了NH_3深度氧化.程序升温还原测试结果表明,H_3PO_4修饰后,各还原峰向高温偏移,偏移量随H_3PO_4负载量增加而增加.这说明H_3PO_4修饰后CeO_2的氧化还原能力降低,抑制了高温下NH_3的过度氧化.因此,H_3PO_4的修饰使得CeO_2催化剂高温NH_3-SCR活性和N_2选择性大幅提高.综上所述,H_3PO_4-CeO_2样品优异的脱硝催化活性可能归因于H_3PO_4修饰后催化剂酸性,尤其是Bronsted酸性的增强以及氧化还原性的降低.     

含铈Cu-Fe-O催化剂的氧化还原性研究

用TPR等方法研究了Cu-Fe-Ce-O/γ-Al₂O₃(Ⅰ)催化剂的氧化还原性能。结果表明,在(Ⅰ)中铜的存在有利于Fe₂O₃的还原,铈作为助催化剂能增强Cu-Fe-O/γ-Al₂O₃(Ⅱ)的氧化还原性能,配合CO、NO和CO+NO气对试样进行预处理后发现,铜吸附CO的能力比铁强,铁吸附NO的能力比铜强,铈的存在可增强(Ⅱ)在NO+CO反应气氛中对CO的吸附能力,并对NO在催化剂表面吸附形成硝酸盐物种产生影响。     

稀土对钼碲系催化剂的影响

测定了添加轻稀土氧化物的Mo-Te-Fe-Ni催化剂的表面组成、结构及酸度。添加稀土的Mo-Te系催化剂,生成甲基丙烯醛(MAL)的选择性明显增高,收率随稀土的原子序数的增加呈周期性变化,以添加铈为最佳。添加CeO_2的9组份Mo-Te催化剂,不仅其活性增加,而且热稳定性显著增加。