水相介质中负载纳米金催化CO高选择性还原糠醛

近年来可再生资源以及化工原料的多元化备受关注,生物资源成为其中的一个新亮点。糠醛是一种可由生物质转化而来的重要化工原料,将其催化还原直接转化为糠醇是构建以糠醛为平台化合物的生物基呋喃衍生物价值链的重要环节。长久以来,糠醛制糠醇研究主要集中在以 H2作氢源的加氢工艺及相关催化剂配方的优化、改进等方面,尽管在工业上已获得成功应用,但由于需大量消耗源于化石燃料的 H2,使得该路线总体上仍依赖于化石能源。此外,大量使用 H2所涉及的储存、运输和使用条件苛刻以及如何有效控制目标产物的选择性等问题也一直是糠醛传统催化加氢所面临的挑战。因此,寻求可替代传统氢气作氢源,更为经济实用且高效的糠醛高选择性催化还原制糠醇路线,对于发展以糠醛转化为技术核心的新一代糠醛基化工产业链,以及实现诸如5-羟甲基糠醛等其它重要生物质基平台化合物的还原转化,均具有重要意义。本文旨在通过实证性实验,考察以价廉且来源丰富的 CO替代 H2来实现高选择性液相糠醛催化转化制糠醇的可行性。众所周知, CO不但是 C1化学工业中至关重要的基础原料,在发展并完善面向未来的低碳能源及化学品清洁合成新技术等方面也有着非常大的应用潜力。鉴于 CO也是炼钢焦炉气的重要组成部分,因此开发新颖的基于 CO的还原转化和相关反应新技术,不但可有效拓展 CO的潜在应用范围,对于实现传统高能耗行业的节能减排和转型升级也有着重要的启示和借鉴意义。我们近期利用 CO/H2O为还原介质,在温和条件下实现了纳米 Au催化取代硝基或羰基化合物高效、高化学选择性还原,本文系统研究了包括传统铂族金属在内的各类高分散贵金属催化剂、反应温度、反应压力以及反应时间等对糠醛转化率和糠醇选择性的影响。通过优化催化剂制备和反应条件,发现以 CO/H2O作为氢源,在金红石单相 TiO2负载纳米 Au(Au/TiO2-R)的催化作用下,于90oC, CO压力为4 MPa,糠醛与 Au的摩尔比为200的条件下反应4 h即可实现糠醛至
　　糠醇的定量转化。研究表明,上述过程中催化剂可多次循环使用;反应温度或反应压力的增加均有利于反应进行,且在糠醛与纳米 Au的摩尔比高达2000甚至5000时,反应仍可完全进行到底。尤其值得一提的是,该催化体系对于反应原料中含有相当杂质的非新鲜提纯的粗糠醛亦具有很好的耐受性,甚至可直接以各种 H2/CO比例的来源广泛的合成气为氢源,实现目标反应,表明该体系是一种极具开发和应用潜力的糠醛转化制糠醇新技术。     

Cu/ZrO2催化剂中的氢和水逆溢流效应及其对甲醇分解反应的影响

应用漫反射红外和质谱在线技术对H₂, H₂O及甲醇在ZrO₂及Cu/ZrO₂上的程序升温脱附(TPD)及程序升温反应(TPSR)行为进行了研究. 结果表明, Cu/ZrO₂催化剂中铜锆组分间表现出显著的氢和水组分“逆溢流”效应. 对Cu/ZrO₂催化体系中ZrO₂表面线式及桥式羟基物种浓度随还原预处理温度变化的进一步分析表明, 由于氢和水“逆溢流效应”的存在, 使得Cu/ZrO₂在较低的还原温度下活化的同时, 在铜锆界面处形成较丰富的氧阴离子和氧空穴活性位, 而后者的形成与存在直接影响并决定了甲醇在Cu/ZrO₂催化剂上的低温催化分解行为.     

电解银表面氧物种转化的原位拉曼光谱表征

 首次采用原位共焦显微激光拉曼光谱研究了经纯氧预处理后电解银表面吸附的不同氧物种在升温过程中相互转化的情况. 结果发现,当温度低于423 K时, Ag-O2物种缓慢转化为超氧物种 Ag［O-O］-; 温度升高至423 K时, Ag［O-O］-物种将随着时间的延长转化为 Ag-O(α) 物种; 继续升高温度, Ag-O(α) 物种首先转化为 Ag-O-O-Ag 物种,再进一步转化为电解银表面最稳定的 Ag-O(γ) 次表层氧物种并保持至973 K以上. 结合实际反应体系,低温下电解银表面吸附的氧物种主要是分子氧,在类似乙烯环氧化反应的条件下这些分子氧将转化成 Ag-O(α) 物种,而在类似甲醇选择氧化制甲醛的反应条件下又转化为在高温下较稳定的 Ag-O(γ) 物种,根据具体的转化细节推测了可能的机理.     

光纤光栅特性的研究

提出了一种计算光纤光栅的光学特征的方法,即将光纤光栅视为一系列均匀薄膜的膜系,利用每一层薄膜的传输矩阵相乘获得光栅的反射分布,相位响应及时延特性,并以之计算了典型的均匀光栅,线性啁啾光栅和去趾线性啁啾光栅的光学特性,结果表明,这种方法能够能较好地计算光纤栅的光学性质,对光纤光栅的开发有一定的指导意义。     

Cu/ZrO2催化剂中的氢和水逆溢流效应及其对甲醇分解反应的影响

应用漫反射红外和质谱在线技术对H₂, H₂O及甲醇在ZrO₂及Cu/ZrO₂上的程序升温脱附(TPD)及程序升温反应(TPSR)行为进行了研究. 结果表明, Cu/ZrO₂催化剂中铜锆组分间表现出显著的氢和水组分“逆溢流”效应. 对Cu/ZrO₂催化体系中ZrO₂表面线式及桥式羟基物种浓度随还原预处理温度变化的进一步分析表明, 由于氢和水“逆溢流效应”的存在, 使得Cu/ZrO₂在较低的还原温度下活化的同时, 在铜锆界面处形成较丰富的氧阴离子和氧空穴活性位, 而后者的形成与存在直接影响并决定了甲醇在Cu/ZrO₂催化剂上的低温催化分解行为.     

ZrO2修饰Cu催化剂对甲醇吸附原位红外表征

通过原位红外漫反射实验比较研究了甲醇在Cu及ZrO2/Cu催化剂表面的吸附与反应,并且采用不同还原温度来处理催化剂,改变催化剂表面的氧含量,并进一步研究甲醇吸附和反应性能随着催化剂表面氧含量的变化规律.结果表明,甲醇在Cu催化剂表面反应生成吸附态甲醛物种,进一步生成CO2,而在ZrO2/Cu表面形成甲酸盐物种,并与表面氧进一步反应生成CO2.随着催化剂还原温度的升高,反应中间物进一步生成CO2的反应速率变慢,说明催化剂表面的氧物种含量决定着催化剂甲醇吸附中间物种的形成及反应速率.     

草酸盐固相化学法制备高性能Cu/ZnO甲醇水蒸气重整催化剂

采用草酸盐前驱物固相化学法制备了用于甲醇水蒸气重整制氢反应的Cu/ZnO催化剂, 并与传统液相共沉淀方法制备的Cu/ZnO催化剂在相同条件下的催化性能进行了比较. 结果表明, 通过该“干法”合成的Cu/ZnO催化剂具有比传统液相共沉淀法所制备的催化剂更高的催化活性和制氢选择性, 以及更好的稳定性. N₂O吸附和原位XRD分析结果证实固相反应时间对Cu/ZnO催化剂的金属铜表面及晶格微应力等微结构性质可产生重要的调控作用, 从而大大改善其催化活性和制氢选择性.     

铝诱导表面织构玻璃及其对硅薄膜陷光作用的影响

采用铝诱导表面织构方法在玻璃衬底上制备了蜂窝状的凹坑结构;使用热丝化学气相沉积技术在该类衬底上制备了硅薄膜.扫描探针显微镜(SPM)图像表明,通过改变刻蚀时间、刻蚀溶液比例、Al膜厚度和退火时间等制备条件,可以有效控制玻璃表面凹坑结构的尺寸,使其在直径上从0.5μm到6μm,深度上从60 nm到700 nm可调.光吸收谱测试表明此类衬底对硅薄膜的光吸收有着明显的增强效果,以凹坑平均直径为2.3 μm,深度为358nm的铝诱导表面织构玻璃为衬底所制备的厚度为150 nm的硅薄膜,在350～1200 nm波长范围内的光吸收与使用平面玻璃为衬底的样品相比可提高28.5;.凹坑的尺寸大小对光吸收增强效果有重要影响.     

Rh/H-BEA催化剂上甲烷和二氧化碳的碳交换反应

 13C原位魔角旋转固体核磁共振光谱研究发现,573 K时甲烷和二氧化碳在Rh/H-BEA催化剂上发生碳交换反应. 原位红外光谱检测到HnCO(n=1,2,3)中间体,说明甲烷与二氧化碳在Rh/H-BEA上可以发生低温活化. 提出了发生碳交换反应的可能途径.     

基于聚类赋权的科学发展评价模型及实证

根据坚持以人为本,树立全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展的科学发展观内涵,以权威机构典型观点的高频指标为基础,从经济、生态、社会、人的全面发展、科学技术等五个方面构建了地级市科学发展评价指标体系。建立了基于聚类赋权的科学发展评价模型,并采用辽宁省地级市2007年的数据进行实证研究。本文的创新及特色一是根据有、无特定指标两种状态对评价对象聚类结果影响的大小来确定这个指标的权重。反映了对评价结果影响越大的指标、其权重应该越大的思路,改变了现有研究在确定权重时忽略指标对评价结果影响程度大小的问题。二是影响地级市科学发展的指标的重要性程度从大到小依次是:科技进步贡献率、人均公园绿地面积、万元GDP综合能耗、工业固体废物综合利用率、人均绿色GDP、恩格尔系数、工农业总产值比率、基尼系数、财政支出占GDP比重和全社会劳动生产率等10个指标。