氮掺杂碳纳米管担载CuCoCe对合成气制低碳醇的催化性能

以三聚氰胺为氮源,控制其与碳纳米管混合比例,经过高温焙烧得到不同氮含量的氮掺杂碳纳米管(xN-CNTs)载体;通过浸渍法制备x N-CNTs担载的CuCoCe催化剂,研究了氮掺杂对其催化合成气制低碳醇性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,分析催化剂结构特性,关联了构效关系。结果表明,氮的掺杂量会影响催化剂活性组分Cu的存在状态及分散情况,减少可还原Co物种的数量,降低催化剂表面酸强度及酸量,使得长链烃类的生成受到抑制,总醇选择性明显提高。分析认为,掺杂在碳管上N的形态分布及掺杂量是影响上述因素的关键。     

碱金属阳离子对Cu+Y催化甲醇氧化羰基化性能影响的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论方法构建并优化了CuMY(M为碱金属阳离子)分子筛的稳定构型, 采用速控步骤CO插入CH₃O形成CH₃OCO反应, 研究了碱金属阳离子对Cu⁺Y分子筛中活性中心周围电子环境及催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能的影响. 计算结果表明, Li⁺, Na⁺和K⁺稳定落位于Y分子筛小笼中, 且随着金属离子半径的增大, CH₃OH, CO, CH₃O在CuMY上的吸附能和CO/CH₃O的共吸附能均逐渐增加, CO插入CH₃O反应的过渡态结构稳定性逐渐降低, 活化能逐渐上升, 相应的反应活性逐渐下降. 而落位在超笼中Ⅱ^*位的Rb⁺与Cs⁺则随着离子半径的增大, 反应过渡态的结构稳定性提高, 克服的活化能降低, 反应活性升高. 不同CuMY分子筛上催化活性顺序为CuLiY-Ⅰ'>CuCsY-Ⅱ^*>CuNaY-Ⅰ'>CuRbY-Ⅱ^*>CuKY-Ⅰ'>CuCuY-Ⅰ', 其中CuLiY-Ⅰ'分子筛克服速控反应的活化能垒(52.74 kJ/mol)最低.     

助剂含量对CuLi/AC 催化剂结构及甲醇氧化羰基化反应性能的影响

采用微波辐射法制备出不同助剂含量的CuLi/AC(活性炭)催化剂, 考察了其在甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中的催化性能, 使用X射线衍射、 扫描电子显微镜、 比表面积、 H₂程序升温还原、 X射线光电子能谱和CO程序升温脱附对催化剂的结构进行了表征. 研究结果表明, 添加适量的Li有助于铜物种还原为低价态的Cu⁰, 形成颗粒尺寸更小、 分布更加均匀的铜纳米颗粒, 并高度分散在活性炭载体表面. 催化剂活性与表面单质铜的含量有关, 即Cu⁰是催化剂的主要活性物种, 并且Cu⁰的晶粒尺寸越小, 催化剂活性越好. 添加Li后增加了催化剂表面的CO弱吸附位, 有利于CO对Cu-OCH₃的插入反应, 因此提高了催化活性. 随着Li含量的增加, DMC的时空收率逐渐升高, 当Li添加质量分数达到0.15%时, DMC的时空收率达到最高值540.6 mg·g^-1·h^-1, 甲醇转化率为4.5%, DMC选择性为81.4%.     

制备方法对Mn-Ce/ZSM-5催化剂低温选择性催化还原NO性能的影响

采用浸渍法、氨水共沉淀法和机械混合法制备了Mn-Ce/ZSM-5催化剂, 并研究了其对氨选择性催化还原(NH\-3-SCR)NO反应的催化性能. 结果表明, 采用氨水共沉淀法制备的Mn-Ce/ZSM-5催化剂显示出优越的NH₃-SCR催化活性, 不仅具有好的低温催化活性和宽的反应温度窗口, 而且具有高的热稳定性. 铈的含量对催化活性也存在着明显的影响. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)和等离子体发射光谱(ICP)等技术对不同方法制备的Mn-Ce/ZSM-5催化剂的体相和表面结构进行了表征. 结果发现, Mn-Ce/ZSM-5催化剂中Ce主要以Ce⁴⁺的形态出现, 并与锰有较强的协同作用. Mn以多种氧化物的形态共存, 采用氨水共沉淀法制备更有利于低价态的锰氧化物Mn₂O₃, Mn₃O₄等的形成, 并且更易于氧物种(O_1s)在催化剂表面富集, 这可能是导致氨水共沉淀法所制备的Mn-Ce/ZSM-5样品活性最佳的原因.     

“短接触”CH4CO2两步反应和CO2加氢研究

 在以往研究工作的基础上,针对交替进料方式存在的局限性,采用在两步进料的间隙通入惰性气体来实现“短接触”反应. 结果表明,“短接触”可有效地抑制CH4-CO2两步反应中副产物的生成,提高目的产物的选择性; 对于CO2加氢反应,“短接触”可使含氧化合物的生成速率和选择性得到显著提高. 同时,在“短接触”的CO2加氢反应中,醇是初级产物,其生成速率较快,链增长方式可用烯醇缩合机理解释,不受表面活泼碳氢物种的影响; 烃是次级产物,其生成速率较慢,链增长方式可用表面活泼碳氢物种聚合机理解释. “短接触”反应有可能成为CO2或CO加氢中提高醇收率和选择性的有效方法.     

完全液相法制备的Cu-Zn-Si-Al浆状催化剂一步法合成二甲醚的失活研究

采用完全液相法制备了Cu-Zn-Si-Al浆状二甲醚合成催化剂, 分析研究了其在浆态床合成气一步法合成二甲醚过程中的失活现象和机理. 采用X射线粉末衍射、 N_2吸附测试、 X射线光电子能谱以及元素分析等表征方法对催化剂使用前后的变化情况进行了分析. 结果表明, 完全液相法制备的Cu-Zn-Si-Al浆状催化剂的失活与传统方法制备的催化剂不尽相同, 没有发现催化剂Cu晶粒的长大和比表面积降低等失活因素;催化剂失活与Si的存在有关, Cu组分的流失是其失活的主要原因.     

神东煤镜质组结构模型红外光谱的量子化学计算

为了煤的洁净、高效和高附加值利用,需要从分子水平上了解煤的结构。在文献[5]中,作者以元素分析和13C核磁共振为依据构建了神东煤镜质组(SV)的结构模型,所建模型的13CNMR模拟计算结果能很好的和实验结果比对,为了进一步验证该模型的准确性,以半经验量子化学计算方法VAMP对SV模型结构的红外谱进行了计算。结果显示模拟计算得到的红外谱图与实验谱图相比峰形相似,但整个计算谱明显偏向高波数区域。经过对相关模型化合物的红外谱进行计算,其原因是半经验方法计算所得官能团结构的振动频率均高于实验测试结果。依此对SV结构模型的红外模拟谱进行修正,修正后实验和模拟谱图能很好地吻合,这进一步证实SV结构模型可以真实的反映神东煤镜质组的结构组成特点。     

CuCl与SiO_2-TiO_2载体相互作用的密度泛函理论研究

以SiO2簇模型为基体,通过Ti原子取代建立Ti中心原子上连接0个或1个OH基团的典型SiO2-TiO2复合氧化物模型来模拟处于体相中和表面上的四配位Ti(IV)中心.采用广义梯度近似的密度泛函理论(DFT-GGA)研究了CuCl与SiO2-TiO2载体的相互作用.计算结果表明,在SiO2基体中嵌入Ti(IV)离子可以大大加强CuCl与氧化物载体之间的相互作用,使CuCl/SiO2-TiO2催化剂的结构更稳定.分子前线轨道表明Cu(I)作为催化剂的活性中心贡献了HOMO轨道,容易失去电子;Ti(IV)中心原子贡献LUMO轨道,容易得到电子,计算结果与实验事实相一致.     

Zr对CuO/ZnO/Al_2O_3前驱体物相、催化剂结构及其合成甲醇性能的影响

采用并流共沉淀法,在CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂中加入第四组分Zr,考察了沉淀温度对四元催化剂的前驱体物相组成及浆态床合成甲醇催化活性的影响。通过XRD、DTG、TPR、FTIR、CO-TPD、XPS、HR-TEM等对所制备催化剂及其前驱体的微观结构进行了表征。研究表明:Zr促进了绿铜锌矿(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相的生成,使催化剂前驱体中绿铜锌矿含量增加,焙烧后的催化剂铜锌协同作用增强,CuO分散度提高,CuO晶粒平均直径只有4.18nm,同时还原温度显著降低为150℃,CO吸附能力增强,结果显著提高了浆态床合成甲醇催化活性和稳定性。与CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂相比,80℃沉淀制备的含4%Zr的CuO/ZnO/Al2O3/ZrO2四元催化剂的甲醇时空收率提高了8.67%,失活率降低了65.12%。     

离子热法合成二维共价有机框架材料及其电化学性能

以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸乙酯盐（[Emim]ESe）为溶剂,通过常压缩聚合成两种二维（2D）共价有机框架材料（COFs）,分别被记为BTA-TAPT COF和TFPB-TAPT COF。将TFPB-TAPT COF材料组装到三电极体系中,对该材料的电化学性能进行研究。结果表明：在电压窗口为0~1 V,电流密度为0.5 A/g时,质量比电容为96 F/g。此外,TFPB-TAPT COF材料表现出良好的循环稳定性,在电流密度为0.5 A/g下循环5000次,具有93 F/g的初始质量比电容,经5000次循环后仍有62 F/g（初始值的67%）的质量比电容。