TiO2–ZrO2的表征及其异丙醇催化转化性能

用共沉淀法制备了TiO2-ZrO2复合氧化物. 采用N2吸附、XRD、TEM、NH3和CO2吸附量热、NH3吸附红外对TiO2-ZrO2体系的结构及酸碱性等进行了表征. 结果表明: 与单纯的氧化物相比, 形成的复合氧化物为无定形物相, 有介孔结构, 表面积明显提高, 可达218 m2·g-1; 初始吸附热差别不大, 但具有更多的表面B酸位; 随着TiO2掺入量的增大, 复合氧化物表面碱位减少. 异丙醇催化转化, 在无氧条件下, ZrO2、TiO2和TiO2-ZrO2复合氧化物上丙烯的选择性大于90%, 说明这些氧化物具有强的表面酸性; 在有氧条件下, ZrO2和TiO2丙酮的选择性达到70%～85%, 主要体现为氧化还原性; 而在复合氧化物上丙烯选择性增大到70％左右, 丙酮的选择性下降为30%左右, 表明生成的复合氧化物表面上的氧化还原性削弱, 酸性增强.     

以非惰性材料为阳极的电解实验研究与分析

在中学化学课堂和所有教参中都有这样的结论：电解时,当阳极为惰性材料,则考虑溶液中阴离子的放电顺序,还原性强的离子先放电;当阳极为非惰性材料,则考虑阳极材料放电,而与溶液中阴离子无关。     

CO_2含量对污泥再燃还原NO的影响研究

在模拟水泥分解炉的实验台架上研究CO_2浓度(体积分数0-35%)对污泥再燃还原性气体析出特性及其对污泥与污泥焦还原NO反应的动态变化规律的影响。结果表明,污泥再燃产生的还原性气体主要为HCN、NH_3、CH_4及CO;当CO_2浓度从0增加到25%时,由于CO_2与污泥焦气化作用增强,导致HCN、NH_3及CH_4的析出量缓慢下降,而CO析出量显著增加,最终促进NO还原率从51%增加至61%;继续增加CO_2浓度至35%,由于CO_2的辐射吸收导致局部热不稳定性增强,气化作用的减弱导致CO析出量下降,且HCN析出量有较大幅度下降,NH_3析出量变化不大,CH_4析出量有一定幅度上升,综合影响使得NO的还原率逐渐下降至55%。研究表明,实验室条件下污泥再燃能较高效地对烟气中NO进行还原;机理研究表明,污泥再燃过程中同时存在对NO的气气均相还原反应和气固异相还原反应,实验确定污泥焦对NO的气固异相还原率仅为18%,因此,污泥脱硝以气气均相还原反应为主。     

ZrO2基复合金属氧化物催化剂上CO2温和氧化乙苯制苯乙烯

苯乙烯(SM)是聚合物化学中最重要的单体之一,由其生产的聚合物产品(如PS,SBR和ABS等)具有独特的性能,因而SM的需求逐年增加.乙苯(EB)催化脱氢工艺提供了90％的SM需求,该过程在K促进的氧化铁催化剂上于600-650℃进行.这是一个吸热且体积增大的反应,因此需要绝热反应器和大量的过热过饱和蒸汽以提供热量和降低反应分压,从而有利于反应平衡向SM方向移动,也可避免或消除积碳.同时,也造成大量潜热被浪费;热点也降低了整个反应活性和催化剂寿命.在蒸汽中加入空气或富氧空气,使得副产H2与O2反应,产生的热量可供随后乙苯脱氢反应,同时H2的移除也有利于提高EB单程转化率,并保持高的SM选择性.但是,该过程需要2个催化剂,反应器的设计和催化剂的装填比较复杂,且存在爆炸的危险.因此,人们尝试了多种氧化剂和新型的催化剂.最近也有人提出软氧化剂的概念.这为开发新催化体系提供了可能.相对于O2,CO2的氧化性很弱,但可用作温和氧化剂去除脱氢单元中副产的H2,降低了反应温度,且不影响反应活性和选择性;同时,具有较大的经济性和环保性,在工业上也是切实可行的.除了负载型的碱金属促进的氧化铁催化剂外,各种金属或金属氧化物也用于催化CO2氧化EB脱氢反应中,如Fe,Cr,V和La的氧化物为活性金属,碳材料、MgO、SiO2、Al2O3、Ga2O3、ZrO2、TiO2、水滑石类化合物及分子筛为载体.Park课题组研究了Fe,V和Cr基催化剂,即设计氧化还原的催化剂表面以解离CO2,产生的O用于逆水汽反应.其中以Al2O3负载的V和V-Sb氧化物催化剂性能最为突出;但存在积碳失活和V物种的深度还原等问题.为了进一步提高催化剂性能,该课题组开发了多种ZrO2基复合氧化物催化剂,包括MnO2-ZrO2,TiO2-ZrO2,CeO2-ZrO2和SnO2-ZrO2.这些催化剂具有酸碱特性,在反应中表现出较高的催化性能.因此,本文简要总结了用于CO2氧化EB脱氢反应的ZrO2基催化剂最新研究进展.研究发现,在CO2氧化EB脱氢制SM反应中,CO2在提高催化剂活性和稳定性方面起着非常重要的作用,可被定义为软氧化剂:氧化催化剂表面以保持其表面氧含量,移除催化剂表面产生的积碳和副产物H2,为反应体系提供较高的热容以克服反应平衡限制,从而达到较高的转化率.ZrO2基复合金属氧化物是具有改善的织构特性的纳米粒子,且具有酸碱两性和氧化还原性能.改性可提高催化体系的热稳定性和活性.其中CeO2-V2O5/TiO2-ZrO2催化剂具有恰当的氧化还原性和酸碱两性,二者协同作用,因而催化性能最佳.氧化还原稳定剂Sb的添加进一步提高了其催化性能.碱金属和碱土金属可优化其酸碱性,增加比表面积,从而提高反应活性和选择性以及CO2转化率.继续加强抑制积碳和促进CO2活化方面的研究,可有望进一步提高单程转化率(75％以上)、选择性(98％)和CO2转化率(30％).总之,CO2氧化EB脱氢制SM是一个高度经济性和环境友好的新过程,在未来有望满足SM日益增长的需求.另外,该过程的开发可减少CO2排放,其副产的CO还可用于多种化工过程.然而,该过程仍面临诸多挑战:如何抑制积碳,单程转化率和催化剂寿命有待进一步提高.这些挑战也给我们未来的研究提供了方向.深入理解反应机理、积碳机理和CO2的活化过程也有利于我们开发出更适合工业应用的催化剂.     

儿茶酚及其衍生物的性质及应用

儿茶酚类化合物普遍存在于自然界,具有多功能性,可参与大多数生化进程.它具有较强的氧化还原性,pH响应性和显著的螯合性;而且儿茶酚中的邻位羟基可通过多种方式与不同材料相互作用,特别是与三价铁离子具有很强的螯合作用.由于儿茶酚类化合物性质的多样性,其可以存在于单分子体系、超分子体系、金属离子络合体系或通过共价键相连的聚合物.儿茶酚的多功能性使其参与多种自然过程,其作用表现在众多方面,从海洋生物的粘附性到对过渡金属的储存均得力于儿茶酚类化合物.由于儿茶酚性质的多样性,引起研究者们的广泛兴趣,近年来对其研究日益增多,旨在制备新型的功能性材料和涂层.     

不同的沉淀剂对铁酸铜催化剂水煤气变换活性和热稳定性的影响(英文)

以氢氧化钾、碳酸钠和碳酸氢钠为沉淀剂,采用共沉淀法制备3种铁酸铜催化剂,并对其水煤气变换活性和热稳定性进行了评价。测试发现,以氢氧化钾为沉淀剂制得的催化剂表现出优异的水煤气变换活性。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、N2物理吸附(N2-physisorption)、H2-程序升温还原(H2-TPR)、CO2-程序升温脱附(CO2-TPD)和循环伏安法(CV)等技术手段研究了不同的沉淀剂对催化剂的微观结构和表面性质的影响。结果发现,氢氧化钾能有效促进CuFe2O4的生成、抑制CuO和CuFe2O4晶格的长大、促使CuO在催化剂表面的较好分散、增强催化剂的还原能力、增加弱碱性位点的数量。它们显著改善了催化剂的催化活性和热稳定性。     

CeO2负载的PdO与Ce1‒x Pd x O2‒δ 物种的甲烷催化燃烧性能

通过调控Pd前驱物在CeO₂上的沉积方式, 分别制备了以PdO和离子态的Ce_1?x Pd _x O_2?δ 物种为主的 Pd/CeO₂催化剂, 并采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼(Raman)光谱确证了这两种Pd物种的存在. 氧气程序升温脱附(O₂-TPD)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)的表征结果显示, 相比于与载体相互作用较弱的PdO物种, 与CeO₂相互作用较强的Ce_1?x Pd _x O_2?δ 物种具有更加稳定的Pd—O键. 催化剂的甲烷燃烧反应起燃活性测试结果显示, 以PdO物种为主的催化剂表现出了良好的低温催化性能, 在原料气配比为1%CH₄/4%O₂-Ar, 空速为60000 mL·{\mathrm{g}}_{\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}}^{-\mathrm{1}}·h^?1的条件下, T₁₀和T₉₀分别为275和367 ℃, 而两种以Ce_1?x Pd _x O_2?δ 物种为主的催化剂的T₁₀均超过420 ℃. 催化剂的甲烷程序升温还原(CH₄-TPR)表征结果表明, 在升温过程中只有当PdO或Ce_1?x Pd _x O_2?δ 物种被CH₄还原后, 催化活性才开始上升. 由于PdO物种的Pd—O键强度较弱, 有利于Pd物种上的晶格氧在较低温度下参与CH₄的氧化过程. 而Ce_1?x Pd _x O_2?δ 物种的Pd—O键较稳定, 且在反应条件下离子态Pd²⁺与反应体系中氧物种的作用较强, 进而抑制了其与CH₄的反应, 因此反应的起燃温度较高. 以γ-Al₂O₃为载体采用相同的方法制备了Pd/γ-Al₂O₃催化剂, 相关的表征结果进一步证实, 与载体相互作用较弱的PdO物种更容易被CH₄还原, 进而具有较高的催化活性. 据此可以认为Pd/CeO₂上氧化态的Pd物种被CH₄的还原性能是决定其甲烷催化燃烧反应活性的重要因素之一.     

不可还原材料负载的纳米金催化剂:理性设计与优化

近年来,负载型金催化剂被视为多相催化工业化进程中的机遇和挑战,因而广受研究.载体的选取可以有效调控纳米金催化剂的化学结构及催化活性.针对载体本身对反应是否具有活性,可将其分为活性载体与惰性载体.活性载体主要为具有还原性的金属氧化物;而惰性载体,诸如碳基材料、氧化硅、氧化铝等,多为反应条件下不具备还原性或不可进行还原处理的材料,不释放活性氧物种,通常不具备显著催化活性.一般情况下,活性载体负载的金纳米粒子(Au NPs)在CO氧化反应、醇类选择性氧化反应、水煤气变换等多相催化反应中均展现出优越的催化活性及目标产物的选择性;而以传统不可还原性材料负载Au NPs时,若非采用特殊的优化手段,该类金催化剂的活性及稳定性通常差强人意.尽管如此,不可还原材料作为惰性载体,亦展现出无与伦比的独特优势,例如其多具有易于调控的表面性能、可调变的多样化微观结构,丰富的地壳储量和易于大规模产业化的优势等.因此,针对不可还原材料负载的纳米金催化剂,探讨创新性的改性手段及其对金催化剂活性与稳定性的理性调控,成为近年来纳米金催化领域中最引人关注的研究课题之一.然而到目前为止,基于惰性载体负载金催化剂的系统性总结工作仍未见报道.作者及其所在团队围绕Au-载体/助剂表界面性质的精准调控及理性验证,以CO氧化与醇类选择氧化等反应为探针,对基于不可还原材料的纳米金催化剂的设计理念和改性手段进行了多尺度的探索.基于本组研究工作及近十年相关文献报道,本综述将以几种典型的不可还原材料为例,针对负载型金催化剂的研究进展进行详尽的阐述.从催化剂设计的理论设想和实践方案入手,对特殊结构材料的独创性研制手段、二元金属掺杂及表面功能化手段、特殊氛围处理等备受关注的改性手段进行归纳.并进一步对改性手段影响表面化学结构、电子结构、Au-载体/助剂间的相互/协同作用、催化剂形貌的实例以及水物种参与对反应的影响等方面展开对比讨论.本综述旨在为致力于金催化研究工作及有志在该领域一展抱负的研究者拓展新的方向,全面诠释不可还原材料作为惰性载体在金催化领域的巨大应用前景,进一步激发不可还原载体负载金催化剂开发的新思路,推动纳米金催化的工业化进程.     

甲基丙烯酸(N,N-二甲氨基)乙酯的自引发催化氧化聚合

作为一种自身还原性单体,甲基丙烯酸(N,N-二甲氨基)乙酯(DMAEMA)可与部分氧化剂构成氧化还原引发剂体系,并引发自身的聚合.为验证该假设,进行了以CuCl2络合物催化DMAEMA的本体氧化聚合.动力学研究表明,所得聚合物的分子量随着聚合时间的延长而逐渐增加.核磁波谱分析表明,低转化率下所得低聚物同时含有甲基丙烯酸酯末端和C-Cl端基,显示DMAEMA的二甲氨基(N-CH3)被CuCl2氧化成单体自由基(N-CH2·),并通过原子转移自由基聚合(ATRP)机理形成聚合物.由于叔胺广泛地用作ATRP的络合物,由此可见,在传统ATRP体系中,来自CuCl2/叔胺的氧化还原引发不可忽略.