非贵金属催化剂上CO氧化的研究与进展

非贵金属催化剂催化CO氧化反应研究，不仅拓展了非贵金属的应用，而且为探求可替代贵金属催化CO氧化反应的催化剂提供了新机遇，成为当前催化研究中的热点课题之一。本文综述了近年来铜、钴等非贵金属催化剂体系催化CO氧化反应的研究进展。     

半导体多相光催化应用研究进展

本文综述了半导体多相光催化应用研究现状, 对有代表性的光催化剂和新型反应装置作了介绍, 阐述与评价了光催化在环境保护、卫生保健、金属催化剂制备、贵金属回收与物质合成等几个主要方面的应用研究成果, 并对今后工作的重点提出了一些意见。     

有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用进展

在燃料电池阴极氧还原反应以及阳极小分子氧化反应中,结构有序的金属间化合物由于具有可控的组成和结构表现出良好的电催化活性和催化稳定性,受到科研工作者的广泛关注。本文基于课题组多年来在有序金属间化合物电催化剂方面的研究情况,综述了贵金属基有序金属间化合物电催化剂的研究现状。重点介绍了结构有序金属间化合物的结构特点、表征方法、可控制备以及其在燃料电池电催化剂中的应用。此外,对这类材料当前存在的问题以及未来发展方向进行了讨论及展望,以期为燃料电池电催化剂的发展开拓新的思路。     

烟气中二噁的催化降解

催化降解是一种工业烟气的末端处理技术,该技术基于催化氧化还原反应能够实现烟气中二噁(PCDD/Fs)在温和条件下的有效去除。目前研究较多的催化剂主要有两类:一类是Pt、Pd、Lr等贵金属型催化剂,另一类是V、Cr、W等过渡金属氧化物型催化剂。在实际应用方面,选择性催化还原(SCR)是目前最具有代表性的技术,采用V2O5/W(Mo)O3-TiO2催化剂能够同时脱除烟气中的PCDD/Fs和NOx。本文阐述了贵金属和金属氧化物两种催化剂在温和条件下降解烟气中PCDD/Fs的反应机理和研究进展,并着重介绍了负载型V基催化剂降解PCDD/Fs的配方优化研究和影响因素,最后评述了SCR的应用情况和应用条件,以及在应用过程中催化剂的失活和中毒情况,并对该技术发展方向加以展望。     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展（英文）

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂.由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低、热稳定性差、单质汞氧化效率低、二氧化硫氧化、氨逃逸、碱金属中毒等问题,人们开始尝试通过对传统SCR催化剂进行改性,以期改善其综合性能.本文从(1)拓宽催化剂的反应温度窗口,尤其是向低温区扩展,(2)提高催化剂的热稳定性,(3)协同氧化单质汞,(4)控制氨逃逸,(5)降低SO_2至SO_3的转化率和(6)提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基SCR催化剂的研究进展,总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明,某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基SCR催化剂的表面酸度、活性位点及氧化还原性能,非金属的掺杂还可以抑制TiO_2载体由锐钛矿向金红石型转化、增加表面氧空位,从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能;硅、钨、钡和稀土金属等的添加也可抑制TiO_2的金红石化过程,锆、钾则改变了钒氧化物的存在形态,抑制其高温聚合,提高了钒钛基催化剂的热稳定性;贵金属、过渡金属、金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制,均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化;贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时,实现单质汞及逃逸氨的高效去除,在SCR尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水;被铜、氧化钡、氧化硅等物质改性后,更多的钒以低价态存在,使催化剂的氧化还原性能降低,并抑制了二氧化硫的吸附,从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性,还可降低碱金属的吸附量,铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能.此外,本文还汇总了包括贵金属(如银、钌)、过渡金属(如锰、铁、铜、锆等)、稀土金属(铈、镨)等金属、金属氯化物(如氯化铜、氯化钙)及非金属(氟、硫、硅等)改性钒钛基SCR催化剂的优缺点.基于前人研究及作者观点,改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能,具有巨大的发展潜力,也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

壳聚糖及其衍生物负载过渡金属催化剂在有机反应中的应用进展

壳聚糖因其与金属化合物的良好络合性能成为金属催化剂的优良载体,壳聚糖及其衍生物负载金属及金属络合物的催化性能研究近年来引起人们的广泛关注.以反应类型为主线,对这类催化剂在不对称催化、烯丙基取代、偶联反应、加成反应、氧化反应、还原反应等各类有机反应中的应用进行了综述.     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂. 由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低?热稳定性差?单质汞氧化效率低?二氧化硫氧化?氨逃逸?碱金属中毒等问题, 人们开始尝试通过对传统 SCR 催化剂进行改性, 以期改善其综合性能. 本文从 (1) 拓宽催化剂的反应温度窗口, 尤其是向低温区扩展, (2) 提高催化剂的热稳定性, (3) 协同氧化单质汞, (4) 控制氨逃逸, (5) 降低 SO2至 SO3的转化率和 (6) 提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基 SCR 催化剂的研究进展, 总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明, 某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基 SCR 催化剂的表面酸度?活性位点及氧化还原性能, 非金属的掺杂还可以抑制 TiO2载体由锐钛矿向金红石型转化?增加表面氧空位, 从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能; 硅?钨?钡和稀土金属等的添加也可抑制 TiO2的金红石化过程, 锆?钾则改变了钒氧化物的存在形态, 抑制其高温聚合, 提高了钒钛基催化剂的热稳定性; 贵金属?过渡金属?金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制, 均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化; 贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时, 实现单质汞及逃逸氨的高效去除, 在 SCR 尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水; 被铜?氧化钡?氧化硅等物质改性后, 更多的钒以低价态存在, 使催化剂的氧化还原性能降低, 并抑制了二氧化硫的吸附, 从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性, 还可降低碱金属的吸附量, 铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能. 此外, 本文还汇总了包括贵金属 (如银?钌)?过渡金属 (如锰?铁?铜?锆等)?稀土金属 (铈?镨) 等金属?金属氯化物 (如氯化铜?氯化钙) 及非金属 (氟?硫?硅等) 改性钒钛基 SCR 催化剂的优缺点. 基于前人研究及作者观点, 改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能, 具有巨大的发展潜力, 也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

非贵金属催化剂上CO氧化的研究与进展

非贵金属催化剂催化CO氧化反应研究,不仅拓展了非贵金属的应用,而且为探求可替代贵金属催化CO氧化反应的催化剂提供了新机遇,成为当前催化研究中的热点课题之一。本文综述了近年来铜、钴等非贵金属催化剂体系催化CO氧化反应的研究进展。     

气相金属催化反应综述

金属催化剂在工业、环境、能源以及生物等过程具有重要的应用.设计具有特定活性、环境友好型以及室温下具有反应活性的催化剂,需要在分子水平对金属催化剂的基元步骤,活性位点的结构以及催化反应微观机理有充分的认识.然而,由于宏观催化剂表面结构异常复杂,催化反应常受到溶剂、压力、金属颗粒团聚、催化剂表面缺陷等因素的干扰,利用现有实验仪器,从微观角度探索金属催化反应机理仍具有较大挑战,因此,对金属催化剂活性位的结构以及反应微观机理的认识还不十分清楚.质谱方法结合现代量子化学理论计算,提供了在气相条件下实验探索化学反应微观机理的有力工具,团簇反应可在隔离外界条件、可控以及可重复条件下进行,可以排除一些难以控制因素的干扰,可在化学键和分子结构水平认识金属活性位的结构以及催化反应的微观机理.气相金属团簇离子可用多种实验方法制备,与反应物分子反应后可利用多种质谱仪器探测,根据实验上所得的具有反应活性的团簇,结合现代量子化学理论模拟,得到金属催化反应的基元步骤以及微观反应机理信息,所得反应机理信息为宏观催化剂的设计提供重要理论研究基础.本综述总结了团簇实验上已经探测到的金属单原子离子、金属团簇、金属氧化物团簇和金属化合物催化的气相反应.反应物分子囊括了大量的无机和有机分子,包括CO,H2,CH4,C2H2,C2H4,C6H6,CH3OH,HCOOH,CH3COOH等.本综述主要介绍了以下三类催化反应:(1)CO催化氧化;(2)CH4催化转化;(3)催化脱羧反应,并重点关注贵金属单原子掺杂团簇独特的催化反应性.单原子催化剂可最大限度地利用有限的贵金属.在化学反应方面,单原子催化剂具有特异的反应活性,选择性以及稳定性.本综述对气相团簇反应中报道的两个重要的贵金属单原子掺杂团簇的催化反应进行了详细介绍:(1)金原子掺杂的AuAl3O3-5+团簇为首次报道的可以利用分子氧催化氧化CO的团簇单原子催化剂,我们对Au原子起催化作用的本质原因进行了介绍:(2)铂原子掺杂的PtAl3O5-7-团簇能利用分子氧催化氧化CO,该研究提出了"电负性阶梯"效应来解释Pt原子催化的微观机理,且此效应有望对大部分贵金属适用.此外,本综述对CO催化氧化反应和CH4催化转化反应的研究现状以及尚未解决的问题进行了剖析.相比CO的催化氧化反应,科学家对CH4催化转化反应机理的认识还不够深入,还需要进一步实验研究,而团簇单原子催化剂有望在此领域有所突破.     

氧还原反应前沿与进展

主要介绍氧还原反应的研究意义、反应机理以及研究现状。氧还原反应作为燃料电池的阴极反应,其能否高效进行将直接影响燃料电池的转化效率。目前,氧还原反应的反应机制仍存在较大争议,包括活性位点及反应步骤等。商业碳载铂虽然活性很高,然而其在实际应用中却会受到多方面限制。本文着重介绍了近些年报道的非金属及非贵金属催化剂。非金属及非贵金属催化剂在自然界中资源丰富、价格低廉、制备简单、导电性及稳定性良好,且不会被小分子毒化。所以,对非金属及非贵金属材料的氧还原研究可为新型能源装置的应用提供参考。     

Comparison of the substrate dependent performance of Pt-, Au- and Ag-doped TiO2 photocatalysts in H2-production and in decomposition of various organics

Pt-, Au- and Ag-deposited Degussa P25 photocatalysts [at 1% (m/m) noble metal loading] were prepared in which the noble metals are most likely to be very finely dispersed on the surface of the TiO₂ nanocrystals. Deposition of noble metals increased the photocatalytic efficiency (relative to the bare photocatalyst) in the decomposition of oxalic- and formic acid, while decreased it in phenol containing systems. In H₂-production, a very high quantum yield has been found for the Pt–TiO₂ photocatalyst in the presence of oxalic and formic acids as sacrificial reagents, which opens the possibility for the economic use of industrial side products (e.g., oxalic- and formic acid) for photocatalytic H₂-production.     

Surface modification of phosphate ion to promote photocatalytic recovery of precious metals

Photocatalytic recovery,a novel precious metal recycling technology,dedicates to solving the environmental and energy consumption problems caused by traditional technologies.The activation of molecular oxygen (O₂) is one of the most critical steps in the whole process.Herein,we regulated the different adsorption intensity of oxygen on the surface by designing phosphate (PO₄^3-) modified titanium oxide(Ti O₂).The results show that the adsorption of oxyge...     

ZnO纳米粒子的表面光电压谱和光催化性能

采用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了不同粒径的ZnO纳米粒子，而用粒径 最小的作为光催化剂，通过光还原过程分别得了贵金属质量分数为0.5%和0.75%的 Pd/ZnO或Ag/ZnO复合纳米粒子。利用XRD，TEM，XPS，SPS和EFISPS等测试技术对样 品进行了表征，并通过光催化氧化气相正庚烷评估了样品的光催化活性，考察了微 晶尺寸和贵金属Pd或Ag的沉积对ZnO纳米粒子表面光电压信号以及光催化活性的影 响，探讨了样品表面光电压谱与其光催化活性的关系，说明了可以通过表面光电压 谱的测试来初步地评估纳米粒子的光催化活性。结果表明：随着ZnO纳米微晶尺寸 的减小，其SPS信号强度逐渐变弱，而光催化活性逐渐升高；沉积适量的贵金属Pd 或Ag后，ZnO纳米粒子的SPS信号强度明显下降，而其光催化活性却有所升高。此外 ，对ZnO纳米粒子光催化剂的失活机理进行了分析。     

Effects of molybdenum substitution on the photocatalytic behavior of BiVO4

Transition metal doping has always suffered from the disadvantage of reduction of photocatalytic activity because the dopant ions can form a discrete level in the forbidden band of the photocatalyst resulting in low mobility of electrons and holes in the dopant level and thus lowered activity. However, in this study the photocatalytic activity of an efficient visible-light sensitive photocatalyst, BiVO4, for water oxidation or organic compound degradation was found to be remarkably enhanced by molybdenum doping. The role of molybdenum doping in enhancing the photocatalytic activity of BiVO4 was investigated and discussed based on the changes of the surface acidity of the photocatalyst.     

Cu/Ni助催化剂对TiO2光催化制取苯酚性能的影响

以TiO₂纳米粒子为主催化剂, 采用“浸渍-还原法”构筑了铜、镍共负载的二氧化钛基光催化系统。以苯为起始原料, H₂O₂为氧化剂, 研究了Cu/Ni助催化剂对TiO₂可见光催化制取苯酚性能的影响并对Cu/Ni助催化剂的作用机制进行了探讨。结果表明, 在可见光照射下, 纯TiO₂纳米粒子对苯氧化制取苯酚反应没有催化活性。铜、镍的引入可以明显地增强TiO₂可见光催化制取苯酚的活性。当使用负载有铜、镍的TiO₂作为催化剂时, 苯酚的产率可达到18%。结果还表明Cu、Ni之间存在着很强的协同作用。在该协同作用下, Cu、Ni共负载的TiO₂纳米粒子表现出了较单一金属负载的TiO₂纳米粒子高得多的光催化活性。     

Cu/Ni助催化剂对TiO2光催化制取苯酚性能的影响

以TiO₂纳米粒子为主催化剂,采用"浸渍-还原法"构筑了铜、镍共负载的二氧化钛基光催化系统。以苯为起始原料,H₂O₂为氧化剂,研究了Cu/Ni助催化剂对TiO₂可见光催化制取苯酚性能的影响并对Cu/Ni助催化剂的作用机制进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,纯TiO₂纳米粒子对苯氧化制取苯酚反应没有催化活性。铜、镍的引入可以明显地增强Ti₀₂可见光催化制取苯酚的活性。当使用负载有铜、镍的TiO₂作为催化剂时,苯酚的产率可达到18%。结果还表明Cu、Ni之间存在着很强的协同作用。在该协同作用下,Cu、Ni共负载的TiO₂纳米粒子表现出了较单一金属负载的TiO₂纳米粒子高得多的光催化活性。     

Stable Isolated Metal Atoms as Active Sites for Photocatalytic Hydrogen Evolution

The process of using solar energy to split water to produce hydrogen assisted by an inorganic semiconductor is crucial for solving our energy crisis and environmental problems in the future. However, most semiconductor photocatalysts would not exhibit excellent photocatalytic activity without loading suitable co‐catalysts. Generally, the noble metals have been widely applied as co‐catalysts, but always agglomerate during the loading process or photocatalytic reaction. Therefore, the utilization efficiency of the noble co‐catalysts is still very low on a per metal atom basis if no obvious size effect exists, because heterogeneous catalytic reactions occur on the surface active atoms. Here, for the first time, we have synthesized isolated metal atoms (Pt, Pd, Rh, or Ru) stably by anchoring on TiO₂, a model photocatalystic system, by a facile one‐step method. The isolated metal atom based photocatalysts show excellent stability for H₂ evolution and can lead to a 6–13‐fold increase in photocatalytic activity over the metal clusters loaded on TiO₂ by the traditional method. Furthermore, the configurations of isolated atoms as well as the originality of their unusual stability were analyzed by a collaborative work from both experiments and theoretical calculations.     

石墨烯-二氧化钛复合催化剂对光催化性能的提高(英文)

以石墨烯氧化物和钛酸四丁酯为原料,通过水热法、无氧煅烧转晶合成了graphene-TiO2复合催化剂,并采用透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等手段对其进行了表征.结果表明,TiO2全部为锐钛矿晶型,呈纳米颗粒状附着在薄膜状的graphene表面.以亚甲基蓝为目标物,评价了graphene-TiO2催化剂的光催化性能.结果表明,graphene-TiO2的光催化降解能力明显优于相同方法制备的纳米TiO2颗粒,且具有较好的稳定性,空穴在降解过程中起主要作用,碱性溶液更有利于催化剂对MB的降解.     

Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子的SPS和XPS研究

用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了ZnO纳米粒子，采用光还原沉积贵金属的方法分别得到了质量分数为0.5％的Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子，并利用XRD、TEM、XPS和SPS等测试技术对样品进行表征.初步探讨了贵金属在ZnO纳米粒子表面形成原子簇的原因及沉积贵金属对ZnO纳米粒子表面光电压信号的影响.以光催化氧化气相正庚烷为模型反应，考察了沉积贵金属对ZnO纳米粒子光催化活性的影响，并探讨了光催化活性有所提高的内在原因.结果表明， ZnO纳米粒子沉积贵金属后，其表面光电压信号明显下降，而光催化活性却大大地提高，这说明可以通过表面光电压谱的测试来初步的评估纳米粒子的光催化活性，即粒子的表面光电压信号越弱，其光催化活性越高.     

Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子的制备、表征及光催化活性

 用焙烧前驱物碱式碳酸锌的方法制备了ZnO纳米粒子，采用光还原沉积贵金属的方法制备了Pd／ZnO和Ag／ZnO复合纳米粒子，并利用ICP，XRD，TEM和XPS等测试技术对样品进行了表征，初步探讨了贵金属在ZnO纳米粒子表面形成原子簇的原因．以光催化氧化气相正庚烷为模型反应，考察了样品的光催化活性以及贵金属沉积量对催化剂活性的影响．结果表明：沉积适量的贵金属，ZnO纳米粒子光催化剂的活性大幅度提高．同时，深入探讨了表面沉积贵金属的ZnO纳米粒子光催化剂活性有所提高的内在原因．