稀土和锕系配合物促进的氮气活化与转化研究

氮气分子具有高的化学惰性, 氮气的活化与转化充满挑战. 含氮有机物在国民经济发展中具有广泛且重要的价值, 实现温和条件下由氮气直接转化为含氮有机物在科学和经济上均具有重要意义. 目前对氮气的活化与转化的研究主要集中在主族与过渡金属配合物, 稀土和锕系元素由于具有特殊的电子结构, 在氮气的活化与转化领域展现出了区别于主族和过渡金属的特殊反应活性. 我国作为稀土和钍资源大国, 开展稀土及锕系元素的固氮转化研究具有重要的战略意义. 本综述归纳和总结了过去五年内稀土和锕系金属氮气配合物的合成, 以及由稀土和锕系配合物促进的以氮气为原料生成含氮有机物的研究.     

纳米Pd的形貌和尺寸可控制备及其1,4-丁炔二醇加氢性能

采用化学还原法合成Pd纳米立方体,并将其作为晶种,进一步合成大尺寸的纳米Pd立方体以及具有不同{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体.将形貌和尺寸可控的纳米Pd溶胶应用于1,4-丁炔二醇催化加氢的反应中,反应结果表明,纳米Pd的催化性能取决于其尺寸和形貌.{111}晶面的催化活性高于{100}晶面,PVP稳定的Pd胶体对1,4-丁烯二醇均具有较高选择性,具有适当{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体对1,4-丁烯二醇的选择性可达96%.     

Co_2Si@C催化剂的合成及其加氢脱硫性能

采用微波法制备了Co_2Si@C催化剂并对其在加氢脱硫反应中的催化性能进行了研究.通过XRD、 XPS、 TEM和N_2-物理吸附表征分析Co_2Si@C催化剂的组成和结构. Co_2Si@C催化剂具有一致的介孔结构,高钴含量(21%)、高比表面积(116.6 m~2·g~(-1))和均匀分布的纳米粒子.由于硅原子对钴原子结构和参数的修饰、纳米粒子效应和高金属含量等因素, Co_2Si@C催化剂在温和的反应条件下(340℃和3.0 MPa)具有良好的加氢脱硫活性和对直接脱硫(DDS)反应途径的高选择性,产物联苯的选择性超过了60%.     

炔醇选择加氢催化剂研究进展

炔醇选择加氢制备相应的烯醇在医药、农药、食品添加剂、香精、香料和聚合物单体等众多高端精细化学品合成中是一个非常重要的化工过程.通过一系列复杂的平行和连续的反应,炔醇可加氢生产若干个关键中间体.提高对烯醇的选择性和保持催化剂的效率是工业生产的关键,也是一个巨大的挑战.迄今为止,各种有效的贵金属和非贵金属催化剂得到了广泛的发展,尤其是钯基和镍基多相催化剂取得了显著进展.从经典的Lindlar催化剂和Raney-Ni催化剂到生物基金属催化新材料,本文系统综述了近几十年炔醇选择加氢催化剂的设计,从催化剂本身的金属活性中心、助剂(第二金属、有机配体和稳定剂)的作用、载体的性质(孔结构、酸碱性、金属与载体强相互作用)以及反应条件等因素对催化活性、目标产物的选择性和稳定性的影响进行了系统的综述.借助先进的表征技术、理论计算和实验研究,本文还阐述了炔醇选择加氢反应的机理.研究发现:(1)在所有贵金属催化剂中,Pd基催化剂对炔醇半加氢制烯醇的效率最高,且选择性最好.稳定剂和抑制剂的加入可以提高中间体的选择性,但在一定程度上降低了催化活性.此外,Zn,In和Cu等第二金属的掺杂可以调节金属Pd的几何效应和电子结构,从而调节底物和中间产物的吸附,并抑制过度加氢.与传统的Lindlar型催化剂相比,这种Pd基合金或金属间化合物可广泛应用于炔醇的选择性加氢反应,显著提高烯醇的选择性,且不需要引入有毒添加剂.(2)Ni基材料作为可替代贵金属催化剂,可分别实现炔醇的高选择性加氢制备烯醇或烷醇.然而,与贵金属催化剂相比,其反应条件相对苛刻.炔醇加氢产物分布很大程度上取决于助剂的引入和载体的酸性.此外,碳物种易沉积在Ni表面造成活性位点被覆盖,且在水热环境下Ni颗粒因团聚而失活,因此,用于炔醇选择加氢反应的镍基催化剂稳定性仍有待提高.尽管炔醇选择加氢反应在学术界和工业界都有广泛研究,但对于这些催化体系,特别是催化剂的结构性能关系和反应机理,仍有待进一步明确.(1)原位表征技术和理论计算的发展,将有助于人们理解炔醇选择性加氢的催化过程,并指导研究者根据炔醇加氢的特点设计出具有良好选择性的高效催化剂.(2)烯醇类产品一般应用于医药中间体和高分子单体,对产品纯度要求较高.因此,在不引入有毒添加剂的情况下,设计高效、高选择性催化剂至关重要.(3)水相或醇相中炔醇选择加氢反应对催化剂的水热稳定性有很高的要求.通过锚定和包覆来增强金属与载体的相互作用,抑制金属纳米粒子的聚集和流失是一种有效的手段.此外,在炔醇选择加氢反应中引入耐水载体可以有效提高催化剂的稳定性.(4)短碳链炔醇催化选择加氢反应一直是研究的热点.然而,关于长碳链炔醇的选择加氢反应过程,国内外报道相对较少.基于长碳链炔醇底物分子的空间位阻效应,有必要设计具有特殊孔道结构的选择加氢催化剂.(5)目前,绝大多数炔醇选择加氢过程还处于间歇性操作.随着市场对烯醇的需求不断增加,为了获得高品质的产品,连续化操作将是一个必然趋势.     

Ni-intAlx催化剂的化学合成及萘选择加氢性能

非（类）金属掺杂金属形成金属间隙或金属间化合物是一种设计高效、高选择性催化剂的重要手段.我们以萘基锂为强还原剂,NiCl₂与AlCl₃为原料,在室温下化学合成了Ni-^intAl_x纳米催化剂,并采用pXRD、N₂物理吸附、XPS、TEM、H₂-TPR、H₂-TPD等手段对催化剂进行表征.以萘选择加氢为探针反应,结果显示Ni-^intAl_x催化剂对萘选择加氢制四氢萘具有高活性及单一选择性.其中Ni-^intAl₁催化剂具有比Ni样品更纯的FCC晶型,比Ni-^intAl_1/3更适宜的铝掺杂量,及比Ni-^intAl₃更适宜的活性组分含量.镍铝之间的电子效应在一定程度上可调变中间产物四氢萘的吸附性能,避免过度加氢,在优化条件下萘转化率和四氢萘选择性分别达97%和98%,铝可用作第二金属掺杂以提高金属位点的活性和对中间产物的选择性.     

多次激波诱导正弦扰动预混火焰界面失稳的数值研究

激波诱导火焰失稳是实际中常见的现象,为深入研究火焰失稳特性,采用三维单步化学反应的Navier-Stokes方程和9阶weighted essentially non-oscillatory (WENO)的高精度格式,对不同马赫数的入射激波及其反射激波多次诱导正弦型预混火焰界面失稳的现象进行了三维数值模拟,并对计算结果的可靠性进行了验证。研究结果显示,在激波的多次作用下,火焰界面的演变过程主要受Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定特性和化学反应特性的双重影响,且随着入射激波强度的增强,上述2种特性均得到进一步强化。为构造体现反应性RM不稳定特性的参数,根据火焰界面混合区平均涡量和化学反应速率,提出了表征界面受不稳定性和化学反应影响的量纲一参数。通过分析发现,在同一入射激波强度下,该参数的对数形式随入射激波和反射激波的多次作用呈基本相同的线性增长趋势;对不同马赫数的入射激波,该参数对数形式的线性增长率也基本一致。这样的变化表明该量纲一参数能够反映反应性RM不稳定过程中火焰界面发展的内在规律。     

AlCo金属间催化剂的合成及炔烃选择加氢性能

以CoCl_2与LiAlH_4为原料,通过化学合成法经过160℃下12 h的化学反应与650℃的退火热解制备了Al-Co金属间化合物纳米粒子.通过改变原料中钴和铝的摩尔比,可调变Al-Co金属间化合物的组成.采用XRD、SEM、EDX、TEM、XPS等技术对催化剂进行系统表征.并以苯乙炔和二苯乙炔的选择加氢为探针反应,结果显示Al-Co金属间化合物对烯烃表现出高选择性,且AlCo的催化活性明显高于其他物相的催化剂.在苯乙炔和二苯乙炔加氢反应中,中间产物苯乙烯和顺-1,2-二苯乙烯的选择性分别高达80%和90%.     

MOF热解法制备Ni/C核壳材料及其催化苯乙炔加氢性能研究

通过水热合成法以硝酸镍和2,5-二羟基对苯二甲酸为原料成功合成Ni-MOF-74.以此为前体,在Ar气氛下热解制备了一系列介孔结构丰富、尺寸均匀的纳米Ni/C核壳催化剂.Ar气氛下通过延长热解时间（400℃,6 h）或提高热解温度（≥500℃）可以得到完全热解产物,粒子尺寸随热解温度的升高而增大.H₂-TPR结果表明随着热解温度的提高,镍与表面碳层之间的相互作用增强,材料还原性能降低.TEM和Ar离子溅射XPS给出了Ni/C纳米材料为核壳结构的直接证据.由于表面碳层的化学惰性,隔离作用和电子调控作用,使得部分镍物种能够以单质镍（Ni⁰）形式稳定存在.其次,表面碳壳的存在减弱了颗粒间的相互作用,有利于催化剂在反应体系中均匀分散.以苯乙炔选择加氢反应为探针,在高压釜式反应器中测试Ni/C的催化性能.研究发现Ni/C在苯乙炔加氢反应中表现出了非常优异的催化活性（0.833 mmol•min^-1•g_cat.^-1）和稳定性.其与几种催化剂的加氢活性由弱到强的顺序为：Ni < NiSi_x < 负载型Ni₂Si < Ni/C < Pd < Pt.     

Influence of mode competition on beam quality of fiber amplifier

Theoretical and experimental studies of the influence of the mode competition on the output beam quality of fiber amplifiers are presented. Rate equations and modal decomposition method are used in the theoretical model. In the experiment, the output beam-quality factor of a fiber amplifier, which is based on a Yb-doped double-clad large mode area fiber as a function of the seed beam quality and the pump power of the amplifier, is measured. The experimental results are consistent with the theoretical analysis.