高比表面CexTi1-xO2催化剂的结构表征及其HCl催化氧化性能

以硝酸铈,硫酸钛为前驱体,用氨水共沉淀法制备了一系列CexTi1-xO2催化剂.利用XRD、Raman、N2吸附-脱附、H2-TPR对催化剂进行了表征并考察了其催化HCl氧化制Cl2的性能.结果表明:复合氧化物较CeO2和TiO2更加分散甚至高度弥散,大大增加了其比表面积,最高可达170.5 m2·g-1,同时CeO2与TiO2之间的相互作用显著提高了其可还原氧物种数目,改善了其氧化还原性能.催化反应结果表明,复合氧化物的活性较CeO2和TiO2显著提升,Ce0.1Ti0.9O2表现出了良好的氯化氢催化氧化能力和较好的催化稳定性,在430℃时氯气产率可以达到0.90 gCl2·gcat-1·h-1,反应60 h后,氯气产率稳定在0.76 gCl2·gcat-1·h-1.     

非晶态ZrO_2镶嵌的超细CeO_2催化HCl氧化

采用不同方法制备了铈锆复合氧化物催化剂用于催化HCl氧化反应。自发沉积策略制备的CeO_2@ZrO_2催化剂中,超细CeO_2纳米粒子均匀的镶嵌于非晶态ZrO_2中。CeO_2粒子显著的"尺寸效应"使得该催化剂具有更高的Ce~(3+)和氧空位浓度,而较高的Ce~(3+)和氧空位浓度使得催化剂具有优异的低温氧化还原性能和储释氧能力。催化性能测试表明,CeO_2@ZrO_2催化剂展现出最好的催化活性(1.90 gCl2·gcat~(-1)·h~(-1)),同时CeO_2粒子周围非晶态的ZrO_2阻碍CeO_2的高温烧结,提高了该催化剂的稳定性。     

载体焙烧温度对RuO_2/TiO_2催化HCl氧化性能的影响

以不同温度焙烧TiO(OH)_2得到的TiO_2为载体,采用湿法浸渍法制备RuO_2/TiO_2-C(C=450、550、650及750℃)催化剂,利用XRD、N_2吸附-脱附、TEM和H_2-TPR等表征手段研究催化剂的物理化学性质,并对其在HCl氧化反应中的催化性能进行考察.结果表明:载体焙烧温度对催化剂的结构与活性有显著影响.随着载体焙烧温度(≤650℃)的升高,RuO_2与TiO_2之间的晶面匹配度逐渐变高,促进了RuO_2在TiO_2表面的分散,其中RuO_2/TiO_2-650催化剂表现出最优的催化性能.而当载体焙烧温度过高时,RuO_2/TiO_2-750催化剂的反应活性大大下降,可能是由于过高的焙烧温度导致载体出现严重的烧结团聚现象,以及RuO_2与TiO_2之间过强的相互作用,阻碍了HCl氧化反应的进行.此外,减小RuO_2的粒径可以促进HCl氧化活性的提升.动力学结果显示,催化剂表面的HCl氧化反应主要受O_2分压的影响,表明O_2从催化剂表面的解离吸附为决速步骤.     

天然粘土基催化剂的制备及HCl氧化制氯性能

分别以廉价易得的天然粘土为载体,制得CeCuK/高岭土、CeCuK/膨润土、CeCuK/活性白土催化剂,并进行了BET、XRD、Raman、H2-TPR、ICP、SEM等表征及HCl催化氧化性能研究.结果显示:CeCuK/活性白土具有较大的比表面积、孔容和平均孔径,活性组分CuO晶粒在活性白土载体上分散较好;在3种催化剂上CuO物种还原顺序为:CeCuK/活性白土CeCuK/膨润土CeCuK/高岭土;CeCuK/活性白土表现出较好的催化性能,当反应温度为430℃,HCl的质量空速为1.53 h-1时,V(HCl)∶V(O2)=1∶1,催化剂上HCl的反应能力为749 L·kg-1·h-1.     

限域纳米空间制备高效HCl氧化CuO-CeO_2催化剂

利用KIT-6的有序介孔作为限域空间制备了一系列的介孔Cu O-Ce O2催化剂.借助XRD、BET、Raman、ESEM、TEM和H2-TPR等手段对催化剂进行表征,并考察其在HCl氧化反应中的催化性能.结果表明:铜含量35%时,Cu O物种高度分散在催化剂的表面或者进入Ce O2晶格,催化剂具有高比表面积(140 m2·g-1)和较小的晶粒尺寸,其中25Cu O-Ce O2催化剂具备最高的表面氧空位浓度和最优的低温氧化还原性能,并在HCl氧化反应中表现出最佳的催化活性,O2/HCl=6,370℃时转化率达到90%.反应动力学结果表明,25Cu O-Ce O2中更多的高分散的Cu O促进了HCl在催化剂表面的吸附和活化,更高浓度的氧空位增强了氧分子的吸附和活化.     

铈基复合氧化物的结构及其对HCl催化氧化性能的影响

采用氨水共沉淀法制备了一系列铈基复合氧化物(Ce0.9M0.1O2,M=Cu、Cr、Zr、Ti、La),借助XRD、Raman、N2吸附-脱附、ESEM和H2-TPR等手段对复合氧化物的结构进行了表征,并考察了其在HCl催化氧化制Cl2过程中的性能.结果显示:Cu、Cr和Zr掺杂能显著减小复合氧化物晶粒尺寸,提高复合氧化物的比表面积和孔容,并提供更多的低温可还原氧物种.而La和Ti的掺杂可以获得较大的表面氧空位浓度以及增加高温可还原氧物种数目.复合氧化物结构和表面性质的变化显著影响了其HCl催化氧化活性,在430℃下铈基复合氧化物催化剂活性顺序为:Ce0.9Cu0.1O2Ce0.9Cr0.1O2Ce0.9Zr0.1O2Ce0.9Ti0.1O2Ce O2Ce0.9La0.1O2,低温可还原氧物种数目直接与催化剂活性有关.反应动力学测试显示催化剂低温可还原氧物种有利于HCl在催化剂表面的吸附和活化,而催化剂表面的氧空位可以促进氧分子的吸附和活化.     

高限制等离子体表面波槽形结构

基于等离子体表面波的物理机理,提出一种具有高限制因子的二维亚波长槽形结构.该结构能在二维上都限制在亚波长尺寸,其能量主要限制在芯区中,当芯区横截面尺寸为200 nm×800 nm,能量限制因子高达98.5%,横向模式尺寸近似于芯区宽度;当金属墙厚度大于截止厚度,横向模式尺寸能够达到深亚波长尺寸.该结构的基模分量Ex限制在芯区中,而分量Ey只在矩形介质芯区四个与金属接触的直角处被激励,并且关于x轴、y轴具有反对称性.     

γ石墨炔衍生物结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一原理计算,系统研究了γ石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子性质.γ石墨炔衍生物的结构是由碳六元环以及连接六元环间的碳链组成,碳链上的碳原子数为N=1—6.研究结果表明,碳链上碳原子数的奇偶性对γ石墨炔衍生物的结构稳定和相应的原子构型、电子结构性质具有很大的影响.其奇偶性规律为:当六元环间的碳原子数为奇数时,体系中的碳链均为双键排布,系统呈现金属性;当六元环间的碳原子数为偶数时,系统中的碳链形式为单、三键交替排列,体系为直接带隙的半导体.直接带隙的存在能够促进光电能的高效转换,预示着石墨炔在光电子器件中的应用优势.N=2,4,6的带隙分布在0.94—0.84 eV之间,带隙的大小与碳链上三键的数量和长度有关.研究表明,将碳原子链引入到石墨烯碳六元环之间,通过控制引入的碳原子个数可以调控其金属和半导体电子特性,为设计和制备基于碳原子的可调控s-p杂化的二维材料和纳米电子器件提供了理论依据.     

Al-PILC负载铜铁复合氧化物在NH_3选择性催化还原NO中的协同作用

以铝柱撑黏土(Al-PILC)为载体采用旋蒸-浸渍法制备了铜、铁单组分催化剂(Cu/Al-PILC、Fe/Al-PILC)和铜铁复合氧化物催化剂(CuFe/Al-PILC),并测试其对NH3选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)的催化性能。相比Cu/Al-PILC和Fe/Al-PILC,CuFe/Al-PILC活性组分之间有较强的协同效应,显著提高了催化剂的脱硝性能。CuFe/Al-PILC在290~450℃的宽温区NO脱除效率保持90%以上,最高可达97%。此外,CuFe/Al-PILC有很好的抗水抗硫性能,催化活性不受反应气氛中水蒸气和SO2的影响。XRD、UV-vis、XPS和N2吸附脱附表征结果表明,CuFe/Al-PILC中活性组分相互作用生成CuFe2O4,有利于活性组分在载体表面分散,提高催化剂的比表面积和孔容;H2-TPR表征结果表明,CuFe/Al-PILC活性组分在载体表面生成的CuFe2O4改善了催化剂氧化还原性能,有利于NH3对NO选择性的还原;NH3-TPD表征结果表明,CuFe/Al-PILC在较宽温区范围内对NH3都有很好的吸附,这有利于提高催化剂表面还原物种的浓度,从而保证催化剂在较宽温区范围内具有较好的NO脱除效率。     

非晶态ZrO2镶嵌的超细CeO2催化HCl氧化

采用不同方法制备了铈锆复合氧化物催化剂用于催化HCl氧化反应。自发沉积策略制备的CeO₂@ZrO₂催化剂中,超细CeO₂纳米粒子均匀的镶嵌于非晶态ZrO₂中。CeO₂粒子显著的“尺寸效应”使得该催化剂具有更高的Ce³⁺和氧空位浓度,而较高的Ce³⁺和氧空位浓度使得催化剂具有优异的低温氧化还原性能和储释氧能力。催化性能测试表明,CeO₂@ZrO₂催化剂展现出最好的催化活性（1.90 g_Cl2·g_cat^-1·h^-1）,同时CeO₂粒子周围非晶态的ZrO₂阻碍CeO₂的高温烧结,提高了该催化剂的稳定性。