模板-聚合法Pd/Al2O3催化剂制备及其蒽醌加氢性能研究

以丙烯酸铵为模板剂,由油柱成型法制备了系列球形Al2O3载体,采用XRD、BET等分析测试手段对其晶体结构、比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,结果表明,600℃焙烧的球形γ-Al2O3载体具有介孔结构,并且比表面较不使用模板剂的样品有大幅度增加。焙烧温度升至960℃得到δ-Al2O3,介孔结构消失,但由于结构记忆效应,载体的大表面特性得以保持。以δ-Al2O3为载体制备Pd/Al2O3催化剂,采用氢-氧滴定(HOT)方法测定发现,比表面的增加显著提高了Pd金属的分散度,从而大幅度提高了催化剂的蒽醌加氢活性,氢化效率最高可达10.5 g.L-1。     

Pd-基金属-酸-碱多功能催化剂的制备及其丙酮一步法合成MIBK性能研究

甲基异丁基酮 (MIBK) 是一种重要的化学品, 广泛应用于涂料以及有机合成领域, 下游产品包括特种涂料溶剂、高品质脱蜡溶剂和高性能橡胶防老剂等. 近年来随国民经济的快速发展, 甲基异丁基酮的年需求量与价格逐年上升, 应用领域也不断拓宽. 因此, 开展 MIBK 绿色合成工艺的研究对提高原子经济性、打破国际技术壁垒以及满足国内市场需求具有重要意义. 目前生产 MIBK 最绿色、高效的生产方法是丙酮一步法, 包括缩合、脱水以及加氢等一系列反应过程, 该工艺顺利实施的关键在于所使用的催化剂. 根据丙酮一步法合成 MIBK 反应特点, 所用催化剂表面必须具备多种催化活性中 心, 从而保证缩合、脱水以及加氢反应的顺利进行, 实现从反应物到产物的高效转化. 因此, 高活性和高选择性多功能催化剂的制备是提高 MIBK 生产效率的有效途径.本文采用浸渍法将具有加氢活性的贵金属 Pd 负载在表面具有丰富酸性位点或碱性位点的固体酸或固体碱氧化物载体上, 制备了 Pd/MOx(M = Ti, Ce, Al, Si, La, Ca和Mg) 双功能催化剂, 并用于丙酮一步法合成 MIBK 反应中. 结果表明, Pd基金属-酸/碱双功能催化剂均可以催化该连串反应的进行, 其性能高于 Pd 基金属-酸双功能催化剂, 其中 Pd/MgO 催化剂上丙酮转化率为30.67%, MIBK 产率可达27.61%. 构效关系研究显示, 催化剂表面酸性位点和碱性位点对于该连串反应的各反应步骤催化性能有所不同, 其中碱性位点有利于丙酮缩合反应, 而酸性位点有利于二丙酮醇脱水反应, 且强路易斯碱性中心位点可以更好的催化缩合反应的进行, 同时中强度路易斯酸性中心位点具有最佳的催化脱水反应的能力. 此外, 表面具有最强路易斯碱性中心位点 Pd/La2O3催化剂并未表现出最高的MIBK产率, 说明在丙酮一步法合成MIBK反应中, Pd基双功能催化剂表面各位点间的协同对其催化性能具有重要的影响.本文进一步采用水热法和沉淀沉积法制备了系列MgTiOx、MgAlOx和CaTiOx二元复合氧化物 (MMO) 以及 CaMgAlOx和 TiMgAlOx三元MMO, 并以其为载体, 通过浸渍焙烧还原制备 Pd 基多功能催化剂, 并用于丙酮一步法合成MIBK反应中,发现Pd/MgAl-MMO多功能催化剂具有最高的催化活性及 MIBK 产率. 对其表面多功能位点数量进行调变, 并通过 XRD、CO2-TPD、NH3-TPD、吡啶红外、CO2红外和HRTEM等进行表征, 结果表明, 经过450 ℃焙烧酸碱中心摩尔量比为0.4的0.1%Pd/Mg3Al-MMO多功能协同催化剂三种催化活性中心位点协同作用最佳, 其丙酮转化率为38.20%, MIBK产率可达31.63%. Pd/Mg3AlMMO多功能协同催化剂三种活性位点接近性研究表明, 在多功能催化剂中分离酸中心活性位点、碱中心活性位点以及加氢活性位点后, 获得的双功能催化剂产率均明显下降, 说明Pd/Mg3Al-MMO多功能催化剂在三种活性位点相互接近时才能更好催化反应的进行. 根据多功能催化剂构效关系研究结果, 对各催化活性中心的密度及分布进行调控, 结果显示, 通过沉淀沉积法制备的Pd/Mg3Al-MMO催化剂性能进一步提高, 丙酮转化率为42.11%, 产率高达37.20%.     

球形SiO2-Al2O3的制备、结构和性能

将Na2SiO3·9H2O 溶液通过强酸性阳离子树脂进行离子交换得到酸性硅溶胶,再将硅溶胶与铝溶胶及六次甲基四胺混合后采用油柱成型法制备了球形SiO2-Al2O3复合氧化物. 通过XRD、BET 及TPD等手段对样品进行测试和表征, 结果表明, 600 ℃焙烧得到的SiO2-Al2O3中SiO2以无定型形式存在, 其比表面、孔容与表面酸性随SiO2含量的增加而提高, 孔径、堆密度随SiO2含量的提高而减小, 压碎强度基本保持不变.     

逆微乳液法合成六铝酸盐甲烷燃烧催化剂

采用逆微乳液为媒介合成六铝酸盐及其金属取代系列甲烷燃烧催化剂.首先研制了由表面活性剂、助剂、油相和水相四组分逆微乳液拟三元体系相图,选择十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,脂肪醇为助剂,正辛烷为油相和水相[或Al(NO3)3溶液].研究了助剂脂肪醇链长、表面活性剂与助剂相对量和盐浓度对微乳液体系形成和稳定性影响,并以电导率随水含量变化的规律很好地印证了微乳液体系的相行为.选取相图中稳定微乳区合成了具有高温稳定性的甲烷催化燃烧催化剂六铝酸镧[La(Mnx/Fex)Al12-xO19-δ].用BET、TG-DTA和XRD表征了催化剂的物性和结构,并在微型固定床反应器中考察了对甲烷燃烧的催化活性.结果表明,利用逆微乳液作为反应介质使催化剂前驱体分散更充分,使六铝酸盐晶相形成的温度有效地降低到950℃.Fe取代的六铝酸盐具有较好高温催化活性和热稳定性,而Mn取代的同晶体则具有较好的低温催化活性,Fe和Mn离子同时对Al3 进行取代时,由于两者之间存在的协同效应明显提高了催化剂的催化活性和比表面,T10仅为475℃,T90为660℃.     

超分子结构水杨酸根插层水滑石的组装及结构与性能研究

以锌铝水滑石ZnAl-CO3 LDHs为前体（主体），以乙二醇为分散介质，用离子 交换法组装了水杨酸根（客体）插层水滑石ZnAl-[o-HO(C6H4)COO]LDHs，并用XRD ，FT-IR，TG-DTA等手段对样品进行了表征。结果表明，能过控制离子交换条件， 水杨酸根阴离子可取代锌铝水滑石前体层间的CO3^2-离子，组装得到晶体结构良好 的水杨酸根插层水滑石。通过研究发现，主体水滑石层板与客体以静电力和氢键相 互作用，得到的超分子结构材料紫外阻隔作用增强并具有较好的稳定性，从而成为 一种集屏蔽和吸收双重功能的新型无机-有机得合紫外阻隔材料。     

TiO2微球的合成及其作为散射层在量子点敏化太阳能电池中的应用

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,通过TiCl₄在乙醇水溶液中的直接水解,制备了介孔TiO₂微球. X射线衍射（XRD）结果表明所制备的微球晶型为金红石,扫描电镜（SEM）结果显示微球的直径大约为700 nm,由粒径约为16 nm的小颗粒堆积而成. 通过刮涂法制备了在TiO₂小颗粒层上涂覆有作为散射层的TiO₂微球和未涂覆微球的薄膜. 并通过化学浴沉积（CBD）的方法在膜上生长CdS/CdSe量子点,得到了量子点敏化太阳能电池（QDSCs）. 紫外吸收和漫反射结果表明,这种微球结构有利于量子点的沉积,具有较强的光散射作用,有效地增加了光线的收集,从而提高了电池的光电流,最终得到了4.5%的光电转换效率,比不加散射层的电池的效率高27.7%,也比利用传统散射层（由20 nm TiO₂ 小颗粒和400 nm TiO₂ 固体颗粒组成）的电池效率高10.2%. 我们把电池效率的提升归因于较强的光散射作用和较长的电子寿命.     

氧化镁表面修饰稀土催化材料的制备和气敏性能

本文采用湿化学过程的柠檬酸络合法、可控化学沉淀法和溶胶-凝胶法合成了纳米复合金属氧化物LaFeO3,利用各种分析方法对材料的物性和结构进行了分析和表征;并测定了材料对氧化性气体和还原性气体的气敏性能．研究结果表明LaFeO3复合物对NO2在350℃灵敏度高达127．83,特别通过添加MgO对基材进行表面修饰灵敏度提高到845．37,约添加前的70倍．本文还进一步考察了添加质和添加量对基材的结构和气敏性能的影响,并通过研究材料表面对气体的吸脱附性能和元素电子结合能的变化对敏感作用机制进行了深入分析和探讨．     

电解液对水系可充电池MnO2正极电化学性能的影响

研究了水系电解液中Li⁺、Zn²⁺和Mn²⁺阳离子对具有不同晶型结构和形貌的MnO₂正极电化学性能的影响,探讨其储能机理。结果表明,在不含Mn(II)离子的水溶液中,MnO₂电极所表现的电化学性能趋同,容量低,衰减快。含有Zn²⁺离子的水溶液中,MnO₂电极因二价锌离子的嵌入-脱出,容量明显提升,但衰减严重。当溶液中同时含有Zn²⁺、Mn²⁺离子时,基于Mn²⁺和Zn²⁺离子之间的协同作用和Mn²⁺离子氧化/还原反应过程的作用,有效抑制MnO₂颗粒的聚集和结构塌陷,削弱碱式硫酸锌杂质不利的影响,保持了锌离子在MnO₂电极中嵌入-脱出的高容量特性(200 mAh·g^-1,电流密度：100 mA·g^-1),及良好的循环稳定性。     

球形TiO2-Al2O3的制备、结构和理化性能研究

将Ti(SO4)2溶于稀盐酸合成酸性钛溶胶,再将其与铝溶胶和六次甲基四胺溶液混合后采用油柱成型法制备了球形TiO2-Al2O3复合氧化物。通过XRD、低温氮吸附-脱附与NH3-TPD等手段对样品进行表征,结果表明600℃焙烧得到的球形TiO2-Al2O3中TiO2以无定型形式存在;随TiO2含量的增加,球形TiO2-Al2O3的比表面积、孔容和平均孔径呈增加趋势;TiO2的引入没有对球形TiO2-Al2O3的强酸和弱酸中心的强度产生影响,弱酸中心数量显著增加,强酸中心数量稍有增加;球形TiO2-Al2O3的堆密度和压碎强度随TiO2含量的增加而减小,颗粒直径基本保持不变。     

BaMnxAl12-xO19-δ六铝酸盐催化剂上甲烷催化燃烧性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了六铝酸盐甲烷燃烧催化剂（BaMnxAl12-xO19,x≤4）,利用XRD（X射线衍射）,BET（BET比表面积测定）,TEM（透射电子显微镜）和TPR（程序升温还原）等表征方法对催化剂进行了表征,并在微型固定床反应器中考察其对甲烷的催化活性。结果表明,经过1200~C焙烧后,六铝酸钡（BaAl12O19）中仍有铝酸钡（BaAl2O4）相存在,经Mn离子取代后可以得到单一的六铝酸盐相,过量Mn的加入（当x=4时）,催化剂中又出现了杂质相,且XRD的衍射峰强度变小。TPR表征结果表明,Mn在六铝酸盐结构中以＋2和＋3混合价态存在,Mn^3＋离子的比例随x的增大而增多。实验结果表明：与普通干燥法相比较,超临界干燥法可大大提高催化剂的比表面积,它对甲烷燃烧的催化活性也有增加。未取代活性离子的六铝酸钡基质对甲烷燃烧催化活性很低,经Mn离子取代后活性大大提高,当x=3时催化活性最高。