铈钛混合氧化物负载磷钨酸吸附-分解NOx性能

通过软化学途径合成了铈钛混合氧化物(CeO₂-TiO₂)载体材料, 并分别通过等体积浸渍法和机械研磨法负载磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀)。采用FTIR、XRD、SEM和BET比表面积测定对CeO₂-TiO₂及负载型多酸催化剂进行了表征;考察了负载量、负载方法、吸附温度等因素对催化剂吸附NO_x效率的影响;选取吸附性能最佳的催化剂进行了NO_x催化分解实验, 探讨了NO_x吸附-分解机理。结果表明:相对于等体积浸渍法, 机械研磨法更适合此类载体负载H₃PW₁₂O₄₀, 其NO_x吸附效率均高于H₃PW₁₂O₄₀及载体本身;在0~60%的负载量范围内, 随着H₃PW₁₂O₄₀负载量的增加, 负载型催化剂吸附NO_x的效率呈上升趋势, 负载量为40%时NO_x吸附效率最佳, 达90%;吸附过程中NO_x与催化剂活性组分H₃PW₁₂O₄₀发生作用, 生成NOH⁺, H₃PW₁₂O₄₀二级结构中结晶水对催化剂吸附NO_x有重要作用;当温度从150℃升至 450℃时, 被吸附的NO_x发生分解, 分解产物的组成与N₂的收率均受升温速率的影响, 升温速率越快, N₂收率越高。向吸附分解NO_x后的催化剂床层通入含有水蒸气的空气, 可有效补充NO_x分解过程中H₃PW₁₂O₄₀失去的结晶水, 从而恢复催化剂优良的NO_x吸附分解性能, 实现催化剂的有效再生利用。     

Mn1-x(Li,Ti)xCo2O4尖晶石型复合氧化物的制备、表征与催化性能

用柠檬酸配位燃烧法合成了Mn_1-x(Li,Ti)_xCo₂O₄系列尖晶石型复合氧化物催化剂，使用FTIR和XRD方法对催化剂结构进行表征，通过程序升温氧化反应(TPO)技术对这些催化剂在模拟柴油机尾气条件下进行同时消除NO_x和柴油碳黑反应的活性评价。结果表明，掺杂Li或Ti后的Mn_1-x(Li,Ti)_xCo₂O₄系列催化剂仍然保持了完整的尖晶石型复合氧化物结构，这些催化剂对同时消除柴油机尾气中的碳黑颗粒和NO_x具有良好的催化性能，其中Li或Ti的掺杂量为x=0.05较佳，结合碳黑燃烧与NO_x还原总的催化效果，Mn_0.95Li_0.05Co₂O₄具有最好的催化活性。     

钙钛矿型LaxSr1－xNi1－yCoyO3光电催化活性研究

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法, 制备La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末, 对钙钛矿氧化物进行了XRD结构分析. 在通氧或不通氧下测试氧还原和氧析出的循环伏安曲线. 结果表明: 该氧电极具有双功能催化特性, 但不完全可逆. 利用汞灯作为激发光源, 进行几种水溶性染料和五种混合染料光解实验, 利用紫外-可见、红外以及人工神经网络光度法研究La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的催化性能. 结果表明: La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃ (x＝0.7, 0.9, 1; y＝0.3, 0.75)复合氧化物都具有较强光催化特性; La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的光催化活性高于La_xSr_1－xNiO₃, 这与B位离子(Ni^2—, Co^2－)的电子构型有关; Co^2＋的加入可使La_xSr_1－xNiO₃的光催化活性有所提高.     

CrOx/SiO2催化剂上丙烷在CO2气氛中脱氢反应的研究

采用XRD、UV-vis DRS、ESR和微分吸附量热等技术,考察了铬担载量分别为2.5、5和10wt%的CrO_x/SiO₂催化剂的结构、表面性质和氧化还原性能。结果表明,催化剂表面上存在多种Cr的氧化态和聚集形式。随着Cr担载量从2.5wt%到10wt%的逐渐增大,催化剂表面占主导地位的Cr物种由CrO₃单体转为多聚CrO₃和Cr₂O₃晶相。在CO₂气氛中催化剂对丙烷转化率和丙烯选择性的大小顺序为2.5wt%CrO_x/SiO₂>5wt%CrO_x/SiO₂>10wt%CrO_x/SiO₂,反应过程中的原位ESR和UV-visDRS测定结果表明,催化剂表面的反应活性中心为Cr⁵⁺,Cr⁵⁺可由催化剂预处理过程中Cr³⁺的氧化及丙烷反应过程中CrO₃单体的还原产生,在反应中CO₂可使Cr³⁺重新氧化为Cr⁵⁺.     

La1-xSrxCoO3（x=0，0.2，0.4，0.6，0.8）钙钛矿型氧化物的催化性能及改性

通过溶胶-凝胶法制备出A位Sr掺杂的钙钛矿型氧化物La_1-xSr_xCoO₃（x=0,0.2,0.4,0.6,0.8）,并将其作为催化剂应用于双功能氧电极中。测试结果表明,A位Sr的掺杂的La_1-xSr_xCoO₃比LaCoO₃具有更高的电催化活性,并且La_0.6Sr_0.4CoO₃在氧还原和氧析出反应中均表现出最优的催化性能,最大电流密度分别达到0.244 A·cm^-2（-0.6 V vs Hg/HgO）和0.303 A·cm^-2（1 V vs Hg/HgO）。为进一步提高催化剂的催化活性,将水热法制备的α-MnO₂纳米管与La_0.6Sr_0.4CoO₃复合作为双功能催化剂。当α-MnO₂的质量分数为40%时,比起单一的α-MnO₂或钙钛矿氧化物,α-MnO₂/La_0.6Sr_0.4CoO₃复合材料表现出协同效应,有更好的双功能电催化活性,使双效氧电极具有更好的电化学性能及稳定性。     

Zr的添加对提高NH3选择性催化还原NOx整体式催化剂热稳定性的影响

采用共沉淀的方法制备了CeTiO_x和CeZrTiO_x两种用于NH₃选择性催化还原NO_x的催化剂.两种催化剂在不同的高温条件下进行热老化以考察Zr的添加对CeTiO_x催化剂热稳定性的影响.NH₃-SCR活性数据显示,经过650、750和850 ℃的高温老化处理,Zr改性后的催化剂较CeTiO_x催化剂具有更好的催化活性和N₂选择性.XRD、Raman和H₂-TPR结果表明添加Zr可以阻止Ce物种的烧结并且抑制金红石相TiO₂的生成.催化剂的SEM图像显示Zr的添加可以抑制颗粒随着焙烧温度升高而产生的聚集长大.XPS的Ce3d光谱表明,随着老化温度的提升,CeTiO_x催化剂表面的Ce³⁺/Ce⁴⁺比相对于CeZrTiO_x催化剂下降更加明显.这意味着随着Zr的添加,更多的晶格缺陷和氧空缺出现在Zr改性催化剂的表面,这有利于催化性能的提升.另外,NH₃-TPD结果表明经过相同的高温老化,改性的催化剂保持了更多的Brönsted酸性位,提高了催化活性并抑制了氨的氧化.因此,Zr的添加提高了催化剂的热稳定性能.     

CoOx改性TiO2光催化剂的制备、优化及其光催化分解水析氢性能研究

利用热分解法制备了不同掺杂量的CoO_x-TiO₂系列光催化剂, 并优化了制备方法。在用XRD、TEM和XPS等技术对催化剂表征的基础上，探讨了乙醇作为电子给体时CoO_x改性对P25-TiO₂光催化分解水析氢性能的影响。本文还利用连续瞬态电流-时间响应和循环伏安法等电化学方法，考察了CoO_x-TiO₂改性系列光催化剂光照条件下电流响应强度、起始光电响应特性差别及光催化析氢电位变化等光电化学性能。光催化性能实验结果表明，适当掺杂CoO_x(110～400 ℃焙烧时最佳掺杂量约为0.4wt% Co，500 ℃焙烧时最佳掺杂量约为0.6～0.8wt% Co)能够显著地提高TiO₂析氢光催化性能，产氢速率提高2个数量级。另外在适当温度下的热处理，能够改善催化剂光催化性能(最佳处理温度为300～400 ℃)。光电化学性能评价结果表明，适当掺杂CoO_x和适当温度下焙烧能在催化剂表面形成较多的析氢活性物种——含钴复合物，能有效增强催化剂光电流响应强度，并使得析氢光还原电位向有利于析氢方向位移。高含量掺杂CoO_x会在催化剂表面形成某种碳化物物种，大量含钴复合物活性中心的出现会降低光吸收效率，增加TiO₂表面光生电子-空穴复合率而使催化剂失去析氢光催化性能。     

LixNi0.5Co0.5O2的态密度计算及电化学性能研究

>为获得综合性能更好的锂离子二次电池正极材料, 分析了Co掺杂对Li_xNiO₂电化学性能的影响. 采用密度泛函DFT理论对Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的平均放电电压和态密度进行了计算. 同时, 用共沉淀法制备了Li_xNiO₂和Li_xNi_0.5Co_0.5O₂锂离子二次电池正极材料, 并对其进行了XRD结构分析和恒流充放电测试. 实验和计算结果表明: 随锂离子嵌入正极(电池放电), 电池的电压逐渐降低, 材料的态密度峰向低能量方向移动; 与Li_xNiO₂相比, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的电压平台相对较高(当0.25≤x≤0.5), 而且在Li^＋嵌/脱时, Li_xNi_0.5Co_0.5O₂的结构变化相对较小; Co离子的掺入, 减小了NiO₆八面体的畸变度, 使材料的电化学稳定性得以提高. 在钴掺杂镍酸锂体系中, NiO₆和CoO₆具有相互的稳定作用.     

纳米Ce1—xMnxO2催化剂上乙醇催化氧化发光研究

研究了纳米Ce_1—xMn_xO₂上乙醇催化氧化发光特性, 重点考察了反应温度和催化剂组成(Ce/Mn比)对发光强度的影响规律. 为研究催化发光机理, 在相近的反应条件下考察了纳米Ce_1—xMn_xO₂上乙醇催化氧化反应的活性和选择性. 结果表明: 催化发光强度与催化反应中生成CH₃CHO的产率有很好的顺变关系, 表明CH₃CHO是导致C₂H₅OH分子在纳米Ce_1—xMn_xO₂催化剂上氧化发光的“活性分子”.     

锂离子电池正极材料LiNi0.75-xCoxMn0.25O2的合成及电化学性能研究

以LiOH·H₂O、Ni(OAc)₂·4H₂O、Co(OAc)₂·4H₂O和MnO₂为原料，在水热反应釜中预处理，然后进行高温固相反应，合成了一系列锂镍钴锰氧化物LiNi_0.75-xCo_xMn_0.25O₂(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌、粒径及电化学性能进行了表征。结果表明，当x=0.20时，所合成的正极材料具有很好的α-NaFeO₂型层状晶体结构，晶胞参数a=0.286 1 nm，c=1.416 4 nm， V=0.100 4 nm³，以50 mA·g^-1的电流密度在3～4.3 V(vs Li/Li⁺)充放电时，首次放电比容量达172.5 mAh·g^-1，首次放电效率高达90.9%，30个循环后其放电比容量依然保持在161.1 mAh·g^-1。     

富氧条件下Co/ZSM-5催化剂对C_3H_8选择还原NO_x的性能

采用多种物理化学手段研究了在模拟的轻型柴油车尾气中不同Co担载量及Cu掺杂的Co/ZSM-5催化剂的Co组分分散状态、可还原性、NO吸附脱附性质对C3H8选择性催化还原NOx性能的影响。结果表明,浸渍法制备的Co/ZSM-5催化剂上既有外表面上的Co3+和Co2+物种,也有孔内的Co2+离子。富氧条件下Co/ZSM-5催化剂上C3H8选择性催化还原NOx的活性主要与ZSM-5载体孔外表面分散的CoOx物种中的钴离子可还原能力和NO吸附脱附性能密切相关。Co/ZSM-5催化剂上适宜的Co担载量约为4.0wt%,低担载量时随Co担载量增加,表面CoOx物种中钴离子可还原能力增强,C3H8选择性催化还原NOx的低温转化活性增加;高担载量时,随Co担载量增加,单位Co离子的NO吸附量的减少以及催化剂表面活性中心数的减少,导致了Co/ZSM-5催化剂NOx的转化率和催化剂比速率(k)的下降。孔外表面Co3O4晶体的存在使催化剂表面产生较强的NO吸附,并在高温时有利于C3H8的氧化燃烧,使C3H8选择性催化还原NOx的活性降低。     

用于NO_x低温下吸附还原的CoO_x/CeO_2二元氧化物的制备

研究了以多孔二氧化硅微球和活性炭为载体制备NOx吸附/还原催化剂的方法,摸索了最佳Ce/Co物质的量的比例。采用低温氮吸附方法测定了样品的BET比表面和孔容,利用XRD方法表征了样品中所掺杂的金属元素的晶型。研究发现:当nCe/nCo=75/25时,材料获得最佳NOx吸附能力,当以多孔二氧化硅微球作载体时,材料对于NOx的吸附主要来自CoOx和CeO2的二元氧化物;当以活性炭作为载体时,活性炭参与了NOx的吸附,因此其吸附容量大大提高。对NOx的吸附机理进行了探讨,并研究了样品的NH3还原性质。     

制备方法对Co-MOR催化剂CH4选择还原NO性能的影响

采用离子交换法、浸渍法制备一系列的Co-MOR 催化剂, 并将其用于CH₄选择性催化还原 NO_x(CH₄-SCR)反应. 运用X 射线衍射(XRD)、X 射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼(UVRaman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、NO程序升温脱附(NO-TPD)等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 浸渍法制备的催化剂, Co以Co₃O₄形式存在; 而离子交换法制备的催化剂, Co以离子形式进入丝光沸石(MOR)骨架之中, 在催化剂上形成更多的Co²⁺和[Co-O-Co]²⁺, 形成更均匀NO吸附中心和CH₄-SCR反应活性中心. 催化剂活性评价表明离子交换法制备的催化剂具有更宽的活性温度区间, Co(0.30)-MOR 催化剂在327-450℃温度范围内NO转化率大于50%.     

片状Co9S8/ZnS/C复合材料的制备及电催化产氧性能

以六水合硝酸钴[Co(NO_3)_2·6H_2O]为钴源、六水合硝酸锌[Zn(NO_3)_2·6H_2O]为锌源、2,2′-硫代二乙酸(C4H6O4S)为硫源,采用溶剂热法制备出了片状的Co_9S_8/ZnS/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N_2吸附/脱附测试等手段对于片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料结构和形貌等进行表征,同时对片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料进行了电催化产氧性能测试。结果表明:片状Co_9S_8/ZnS/C复合材料的起始过电位为390 mV,塔菲尔斜率为144 mV·dec~(-1),具有高的电催化产氧性能。     

还原剂对La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿催化剂NOx储存性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿催化剂,考察了还原剂种类(CO,C3H6,H2)对催化剂在氮氧化物储存还原(NSR)循环前后的氮氧化物储存量(NSC)和NO-to-NO2转化率的影响.O2程序升温脱附(O2-TPD)实验结果表明,CO还原后的钙钛矿催化剂上形成了较多的氧空位,而氧空位则是一种有效的NOx储存活性中心.活性测试和傅里叶红外变换(FTIR)光谱表征结果显示:在NSR循环中,以CO为还原剂时催化剂显示了最佳的氮氧化物(NOx)储存效果.进一步的研究结果显示,当采用CO作为还原剂时,经过三次NSR循环后,催化剂中出现了Sr3Fe2O7新物相,而该物相可能具有比La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿更佳的NOx储存性能.综上所述,CO作为还原剂时可能使钙钛矿催化剂产生更多的氧空位以及更易于储存NOx的Sr3Fe2O7物相,这些原因使其NOx储存性能得到了大幅度改善.     

NH3-SCR脱硝催化剂抗硫性能的研究进展

氮氧化物(NO_x)是一种重要的大气污染物, 它造成严重的环境问题, 同时威胁人类健康. 以钢铁烧结烟气为代表的固定源和以柴油机尾气为代表的移动源是氮氧化物的主要来源. 氨气选择性催化还原法(NH₃-SCR)是目前最有效且应用最广泛的NO_x脱除技术. 然而, 无论是固定源还是移动源上NH₃-SCR催化剂, 都不可避免地会被SO₂毒化, 造成催化剂失活, 限制了NH₃-SCR技术的进一步应用. 因此, 研究NH₃-SCR催化剂的SO₂中毒机制以及提高催化剂的抗硫性能至关重要. 我们对固定源脱硝的金属氧化物和移动源上脱硝的Cu基分子筛这两类不同催化剂体系的SO₂中毒机制的研究进展进行了介绍, 并对这两种催化剂上提高抗硫性能改性方法的研究进展进行了评述, 为未来的研究提供了参考.     

Ceramic honeycombs coated with zeolite Co-ZSM-5 for Nox abatement

A deNO_x catalyst was prepared by wash-coating a cobalt ion exchanged ZSM-5 zeolite together with an alumina binder on a cordierite honeycomb structure. A few types of the Co-ZSM-5 based catalysts were tested for NO_x reduction with C₂H₄ under oxidizing conditions in the temperature range between 250–600°C. Preliminary tests of the catalytic activity of the systems showed NO_x reduction up to 95% at temperatures between 400–550°C using a mixture of a synthetic gas and air as reactant.     

Mn-Mo-W-O_x脱硝催化剂活性组分的配伍优化

采用等体积浸渍法制备系列Mn-Mo-W-O_x/堇青石和Mn-Mo-W-O_x/TiO_2催化剂,用于选择性催化还原NO.通过Mn、Mo、W 3种元素不同配比对催化剂配伍进行优化,确立Mn-Mo-W-O_x最佳配比.采用XRD、N_2-BET、PyIR、SEM以及XPS等表征分析催化剂的固相结构、比表面积、酸量、表面形貌和表面元素.结果表明:当Mn/Mo/W元素摩尔比为10∶0.5∶1,载体为TiO_2时,催化剂的催化性能最优.适量Mo掺入Mn-W-O_x催化剂可以增大其比表面积,提高催化剂表面L酸酸量以及Mn~(4+)离子浓度,从而有效提高了催化剂高温活性.载体替换为TiO_2时催化剂的比表面积和酸量明显提高,从而增强了催化剂的脱硝性能.     

Monolith Manganese-Based Catalyst Supported on ZrO2-TiO2 for NH3-SCR Reaction at Low Temperature

Monolith catalysts were prepared using TiO₂ and ZrO₂-TiO₂ as supports with MnO₂ as active component and Fe₂O₃ as promoter. The catalytic activities at low temperature and stability at high temperature for selective catalytic reduction of NO_x with NH₃ (NH₃-SCR) in the presence of excessive O₂ were studied after the catalysts calcined at different temperatures. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), specific surface area measurements (BET), oxygen storage capacity (OSC), and temperature programmed reduction (H₂-TPR). The results indicated that the catalyst supported on ZrO₂-TiO₂ had excellent stability at high temperature, and possessed high specific surface area and oxygen storage capacity, and had strong redox property. The results of the catalytic activities indicated that the monolith manganese-based catalyst using ZrO₂-TiO₂ as support had evidently improved the activity of NH₃-SCR reduction reaction at low temperature, and it showed great potential for practical application.     

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.