Pt在MgAl2O4载体上的分散程度对催化苯甲醛加氢反应影响

构建催化剂特别是在亚纳米尺度下分散的贵金属催化剂的构效关系是多相催化研究领域中的主要任务之一.我们采用与金属Pt具有强相互作用的MgAl2O4尖晶石作为载体,通过简单浸渍法制备了在纳米、亚纳米和单原子尺度上分散的Pt催化剂.首先利用X射线衍射和原子分辨的球差校正电镜,确定了Pt在MgAl2O4尖晶石载体表面上随负载量增大逐渐形成孤立的和相邻的单原子Pt,然后逐渐形成无定形Pt聚集体和小晶粒;然后利用电感耦合等离子体光谱和CO化学吸附测定了催化剂中Pt的含量和分散度;进一步通过测定CO在Pt表面吸附的红外光谱,区分了载体表面单原子和金属颗粒表面原子的CO吸附特征结构,并据此对不同结构的Pt原子进行了半定量估算.考察了具有不同Pt分散结构的Pt/MgAl2O4催化剂的催化苯甲醛选择性加氢能力,发现以载体表面Pt单原子物种为主的催化剂,可在较宽的温度区间内保持较高的部分加氢产物苯甲醇的选择性(60–150oC,苯甲醇选择性99.4–97.9％,甲苯选择性～0.4％),而以Pt纳米颗粒为主的催化剂上苯甲醇选择性降低显著,同时生成较多深度加氢产物甲苯(60–150oC,苯甲醇选择性99.0–93.1％,甲苯选择性0.7–5.0％).此外,我们测定了各催化剂在不同转化率(～20–90％)时催化剂加氢反应的质量比活性和转化频率(TOF),并在较低苯甲醛转化率(～20％)时,估算了不同结构Pt物种对苯甲醛加氢反应的本征活性,发现Pt纳米颗粒表面原子比MgAl2O4载体表面Pt单原子本征活性更高(4807 h–1 versus 3277 h–1).综上,Pt单原子催化剂具有贵金属原子利用率高,本征活性和加氢选择性高等优点;Pt纳米催化剂表面原子深度加氢能力强,加氢选择性较差,虽本征活性更高,但不足以补偿贵金属原子利用率降低带来的活性损失,Pt质量比活性显著低于单原子催化剂.此外,MgAl2O4尖晶石负载的单原子Pt催化剂也具有良好的催化反应循环稳定性,是一种较为理想的催化苯甲醛选择性加氢制苯甲醇催化剂.     

Pt在MgAl_2O_4载体上的分散程度对催化苯甲醛加氢反应影响（英文）

构建催化剂特别是在亚纳米尺度下分散的贵金属催化剂的构效关系是多相催化研究领域中的主要任务之一.我们采用与金属Pt具有强相互作用的Mg Al_2O_4尖晶石作为载体,通过简单浸渍法制备了在纳米、亚纳米和单原子尺度上分散的Pt催化剂.首先利用X射线衍射和原子分辨的球差校正电镜,确定了Pt在Mg Al_2O_4尖晶石载体表面上随负载量增大逐渐形成孤立的和相邻的单原子Pt,然后逐渐形成无定形Pt聚集体和小晶粒;然后利用电感耦合等离子体光谱和CO化学吸附测定了催化剂中Pt的含量和分散度;进一步通过测定CO在Pt表面吸附的红外光谱,区分了载体表面单原子和金属颗粒表面原子的CO吸附特征结构,并据此对不同结构的Pt原子进行了半定量估算.考察了具有不同Pt分散结构的Pt/Mg Al_2O_4催化剂的催化苯甲醛选择性加氢能力,发现以载体表面Pt单原子物种为主的催化剂,可在较宽的温度区间内保持较高的部分加氢产物苯甲醇的选择性(60–150oC,苯甲醇选择性99.4–97.9%,甲苯选择性~0.4%),而以Pt纳米颗粒为主的催化剂上苯甲醇选择性降低显著,同时生成较多深度加氢产物甲苯(60-150oC,苯甲醇选择性99.0–93.1%,甲苯选择性0.7–5.0%).此外,我们测定了各催化剂在不同转化率(~20–90%)时催化剂加氢反应的质量比活性和转化频率(TOF),并在较低苯甲醛转化率(~20%)时,估算了不同结构Pt物种对苯甲醛加氢反应的本征活性,发现Pt纳米颗粒表面原子比Mg Al_2O_4载体表面Pt单原子本征活性更高(4807 h–1 versus 3277 h–1).综上,Pt单原子催化剂具有贵金属原子利用率高,本征活性和加氢选择性高等优点;Pt纳米催化剂表面原子深度加氢能力强,加氢选择性较差,虽本征活性更高,但不足以补偿贵金属原子利用率降低带来的活性损失,Pt质量比活性显著低于单原子催化剂.此外,Mg Al_2O_4尖晶石负载的单原子Pt催化剂也具有良好的催化反应循环稳定性,是一种较为理想的催化苯甲醛选择性加氢制苯甲醇催化剂.     

纳米氧化镍的表面沉积修饰及催化氧化选择性调控应用研究

采用液相沉积表面改性修饰纳米NiO制备NiO@xSi复合材料,利用XRD、SEM、XPS、H₂-TPR分别对样品的物相、形貌尺寸、表面性质、氧化还原能力等进行表征,并研究其在丙烷选择性催化氧化脱氢制丙烯反应中的性能。表征分析结果表明,经表面沉积修饰后,NiO@xSi依然可保持10nm左右的尺寸粒径,表面Si与NiO之间存在强烈的电子相互作用,NiO主体的深度氧化能力有所抑制。在丙烷选择性催化氧化脱氢制丙烯反应中,NiO@xSi表现出较好的丙烯选择性调控能力,以NiO@1.0Si为例在相同活性转化率下表现出优于NiO样品2～3倍的丙烯选择性。该表面沉积修饰策略有助于研究其他选择性催化氧化反应的产物选择性调控。     

纳米碳纤维的微观结构及对丙烷氧化脱氢反应的催化性能

 采用化学气相沉积法制备了具有不同微观结构的纳米碳纤维,并用丙烷程序升温吸脱附和热重实验对纳米碳纤维进行了表征,考察了纳米碳纤维在丙烷氧化脱氢反应中的催化性能. 结果表明,纳米碳纤维表面的含氧基团可能是催化活性中心; 纳米碳纤维不仅具有较好的催化性能,而且在反应条件下具有较高的热稳定性. 在550 ℃下,鱼骨式纳米碳纤维上丙烷转化率为44.9%时,丙烯选择性为33.0%,其催化性能与V-Mg-O等金属氧化物催化剂相当. 不同微观结构纳米碳纤维的催化性能相差较大,这是由于其表面化学性质不同所致.     

负载型介孔Au/NiO催化剂的制备、表征与光谱特性研究

采用还原法和沉积-沉淀法制备了介孔Au/NiO催化剂,并运用XRD、N2吸附-脱附、UV-Vis、FTIR、和XPS等方法对其进行了表征,考察了制备方法对Au/NiO催化剂物理化学性质和丙烷氧化脱氢制丙烯反应催化性能的影响.实验结果表明Au/NiO催化剂具有一定的低温催化活性,而还原法制备的催化剂催化性能好于沉积-沉淀法制备的催化剂,反应温度350℃时,还原法制备的Au/NiO催化剂的丙烷转化率和丙烯选择性分别达到25.1%和39.8%.制备方法对表面Au的价态分布、颗粒大小及分散度均有影响.催化剂表面Auδ+物种是催化剂的主要活性组分.     

负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒在无溶剂苯甲醇氧化中有效抑制甲苯的生成

醇类化合物的选择性氧化是实验室和工业应用中一类重要的官能团转化反应.以分子氧为氧化剂,在液相无溶剂条件下温和氧化符合绿色化学的要求.负载型Pd基催化剂因其优异的催化活性而在该反应中得到广泛应用.但是,单金属Pd催化剂对反应目标产物醛类化合物的选择性还有待提高.例如,在苯甲醇液相无溶剂氧化中,甲苯是在单金属Pd催化剂上的主要副产物.针对这一问题,除了对载体进行改性和修饰外,开发双金属Pd基催化剂也是一种有效的选择性调控策略.虽然已有的Pd-Au双金属催化剂可以在一定程度上降低甲苯的选择性,但是在较高温度和较高转化率下仍然难以控制甲苯的大量生成.本文采用固相合金化法合成了负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒.该方法首先以硝酸镍为镍的前驱体浸渍介孔二氧化硅,然后负载钯纳米颗粒.在高温固相还原条件下,作为种子的钯纳米颗粒和镍通过原子迁移和生长,形成Pd-Ni双金属纳米颗粒.扫描透射电镜、能量色散X射线光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征证实了Pd-Ni双金属纳米颗粒的生成.上述催化剂用于苯甲醇液相无溶剂氧化,催化结果显示Ni的加入可以抑制副产物甲苯的生成,并且随Ni负载量增加,甲苯的选择性(在80%等转化率下)由22.6%(单金属Pd)降低至1.6%(双金属Pd1Ni20).尽管Ni的加入降低了单金属Pd的活性,但是由于提高了目标产物苯甲醛的选择性,醛的最终产率得到提升.进一步催化研究表明,Ni的加入可以抑制无氧氛围下甲苯的生成,说明Ni可以抑制歧化反应和降低表面氢浓度.这种作用可归结于Pd-Ni双金属的协同效应.该效应得到了CO吸附的傅里叶变换漫反射红外光谱和密度泛函理论研究的证实.双金属的几何效应和电子效应均减弱了苯甲醇在双金属纳米颗粒表面的解离吸附和相互作用,导致苯甲醇的吸附减弱,同时C–O键断裂不易进行.另外,由于Ni的亲氧性,双金属纳米颗粒表面有利于氧的吸附,降低吸附氢的浓度,减少C–H键生成,从而抑制甲苯的生成.     

负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒在无溶剂苯甲醇氧化中有效抑制甲苯的生成（英文）

醇类化合物的选择性氧化是实验室和工业应用中一类重要的官能团转化反应.以分子氧为氧化剂,在液相无溶剂条件下温和氧化符合绿色化学的要求.负载型Pd基催化剂因其优异的催化活性而在该反应中得到广泛应用.但是,单金属Pd催化剂对反应目标产物醛类化合物的选择性还有待提高.例如,在苯甲醇液相无溶剂氧化中,甲苯是在单金属Pd催化剂上的主要副产物.针对这一问题,除了对载体进行改性和修饰外,开发双金属Pd基催化剂也是一种有效的选择性调控策略.虽然已有的Pd-Au双金属催化剂可以在一定程度上降低甲苯的选择性,但是在较高温度和较高转化率下仍然难以控制甲苯的大量生成.本文采用固相合金化法合成了负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒.该方法首先以硝酸镍为镍的前驱体浸渍介孔二氧化硅,然后负载钯纳米颗粒.在高温固相还原条件下,作为种子的钯纳米颗粒和镍通过原子迁移和生长,形成Pd-Ni双金属纳米颗粒.扫描透射电镜、能量色散X射线光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征证实了Pd-Ni双金属纳米颗粒的生成.上述催化剂用于苯甲醇液相无溶剂氧化,催化结果显示Ni的加入可以抑制副产物甲苯的生成,并且随Ni负载量增加,甲苯的选择性(在80%等转化率下)由22.6%(单金属Pd)降低至1.6%(双金属Pd1Ni20).尽管Ni的加入降低了单金属Pd的活性,但是由于提高了目标产物苯甲醛的选择性,醛的最终产率得到提升.进一步催化研究表明,Ni的加入可以抑制无氧氛围下甲苯的生成,说明Ni可以抑制歧化反应和降低表面氢浓度.这种作用可归结于Pd-Ni双金属的协同效应.该效应得到了CO吸附的傅里叶变换漫反射红外光谱和密度泛函理论研究的证实.双金属的几何效应和电子效应均减弱了苯甲醇在双金属纳米颗粒表面的解离吸附和相互作用,导致苯甲醇的吸附减弱,同时C–O键断裂不易进行.另外,由于Ni的亲氧性,双金属纳米颗粒表面有利于氧的吸附,降低吸附氢的浓度,减少C–H键生成,从而抑制甲苯的生成.     

锆促进纳米氧化镍催化剂的制备及其对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能

 用尿素均匀沉淀法制备了不同含量锆促进的纳米氧化镍催化剂,并考察了其对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能. 结果表明,纯纳米氧化镍在优化条件下的最高乙烯收率为21.7%; 而锆促进的纳米氧化镍催化剂对乙烯选择性和高温抗乙烷裂解性能都有明显改善. 15%ZrO2-NiO表现出最佳的催化性能,在410 ℃下,乙烷转化率为61.5%,乙烯选择性为68.6%,乙烯收率为42.2%; 该催化剂在420 ℃经36 h反应,乙烯收率仅下降约4%,粒子没有发生明显的团聚,表现出较好的稳定性. XRD结果表明,锆促进的纳米氧化镍粒子较纯纳米氧化镍粒子小,平均粒径为5～7 nm; 助剂锆以无定形的ZrO2形式存在. O2-TPD-MS结果表明,锆的加入提高了催化剂中较高温度下脱附的氧物种量,降低了较低温度下脱附的氧物种量. H2-TPR结果显示,锆促进的纳米氧化镍催化剂较纯纳米氧化镍难以完全还原.     

丙烷氧化脱氢M-Fe-O催化剂的研究

采用微波加热草酸盐共沉淀法制备了一系列M-Fe-O(M=V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn)催化剂,考察了其对丙烷氧化脱氢制丙烯反应的催化性能,并对催化剂进行了BET、XRD、H2-TPR、电导测量等表征.实验结果表明V-Fe-O和Cr-Fe-O催化剂表现出较好的丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能.反应温度为873 K时,以V-Fe-O为催化剂时丙烷转化率34.46%,丙烯选择性30.91%;在Cr-Fe-O为催化剂上丙烷转化率36.31%,丙烯选择性34.22%.     

Rh/CeO2-SiC催化乙醇部分氧化制氢

设计合成了Rh/CeO2-SiC新型催化剂,X射线衍射和透射电镜等表征结果表明,SiC表面均匀分散了4nm左右的CeO2纳米颗粒,进而可很好地分散Rh纳米粒子.该催化剂在乙醇部分氧化制氢反应中显示出优越的催化性能,乙醇转化率及H2选择性随反应温度的提高而提高,700oC时乙醇转化率为100%,H2选择性为50%,CO选择性仅为13%,且反应40h未见明显失活,反应后催化剂表面没有明显的积炭生成.该催化剂上较低的CO选择性及抗积炭性能可归因于SiC的热传导性能以及CeO2中活泼晶格氧的作用.     

不同孔道结构的氧化硅负载钒氧化物催化丙烷氧化脱氢

采用固定床微型反应装置,结合催化剂的原位电子自旋共振光谱、程序升温表面反应和紫外漫反射光谱等技术,研究了丙烷氧化脱氢的介孔氧化硅负载钒氧化物催化剂的性能和表面氧物种的状态及其反应性.结果表明,催化剂载体孔结构是影响钒氧物种分散状态乃至催化性能的一个重要因素.SBA-15负载钒氧化物催化剂因具有较大的比表面积和较大的孔径,不仅具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性,而且具有较高的丙烯选择性.复合型钒氧化物催化剂表面与V离子相连的晶格氧物种是丙烷氧化脱氢牛成内烯的主要活性物种,载体表面高度分散的钒氧物种具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性.负载型钒氧化物催化剂晶格氧物种是丙烷氧化脱氢转化为丙稀的主要活性物种,CO_2分子可以再生钒氧化物催化剂的晶格氧物种,同时它对丙烯的深度氧化作用较弱,因此在负载型钒氧化物催化剂上CO_2氧化丙烷可高选择性地生成丙烯.     

钼掺杂LaVO4上丙烷氧化脱氢

研究了钼掺杂LaVO4催化剂的丙烷氧化脱氢催化性能.加入钼对丙烷氧化脱氢反应有很好的助催化作用.当丙烷转化率恒定在10％和20％时，丙烯选择性在LaMo0.1V0.9O4.05上分别达到了56％和43％，而在LaVO4上仅为36％和22％，这归结为钼掺杂催化剂上有利于丙烯生成的可活动氧物种的增加和催化剂氧化还原性的改变.     

固相球磨法制备丙烷氧化脱氢V2O5/NiO催化剂

以不同温度焙烧制备的NiO和V2O5为前驱物,采用固相球磨法制备了V2O5/NiO催化剂,考察了前驱物的焙烧温度对该催化剂丙烷氧化脱氢制丙烯反应性能的影响,并采用x射线衍射、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱、透射电子显微镜、H2程序升温还原和x射线光电子能谱等对催化剂进行了表征.结果表明,固相球磨法制备的V2O5/NiO催化剂表现出较好的丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能,当以400℃焙烧的氧化物为前驱体时,V2O5/NiO催化剂表面含有较多的未完全还原氧物种Oδ-,因而表现出了较高的丙烯选择性.在475℃反应时,丙烷转化率可达20.1%,丙烯选择性达到71.2%.     

SBA-15 负载 β-Mg2V2O7 催化剂的制备及其催化丙烷选择氧化脱氢的性能

 以 MgO 修饰的 SBA-15 为载体, 采用浸渍法制备了负载 β-Mg2V2O7 催化剂, 并运用 X 射线衍射、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱和 H2 程序升温还原等技术对催化剂 V 中心的结构和还原性能进行了表征. 结果表明, β-Mg2V2O7 具有与 α-Mg2V2O7 相同的结构单元, 但其催化丙烷氧化脱氢 (ODH) 反应的初始活性和初始选择性均低于后者. 与体相 β-Mg2V2O7 相比, 负载的 β-Mg2V2O7 上 V 中心分散度以及丙烷 ODH 反应活性和选择性更高, 520 oC 时丙烷 ODH 反应的初始活性提高了约 20 倍, 丙烯初始选择性也从体相的 88.3% 提高到 94.1%, 接近于 α-Mg2V2O7 (94.6%), 并且在 20% 的丙烷转化率时也表现出相似的规律. 这与表征催化剂选择性的两个本征动力学参数 k1/k2 (丙烷初级 ODH 和燃烧反应速率常数之比) 和 k3/k1 (次级丙烯燃烧和初级丙烷 ODH 反应速率常数之比) 反映出的规律一致. 这些对体相和负载的 Mg2V2O7 催化剂催化丙烷 ODH 反应本征特性的认识将有助于设计合成更高效的 Mg-V-O 催化剂, 如基于 α-Mg2V2O7 结构的高分散催化剂, 以获得更高的丙烷 ODH 反应活性和选择性.     

氧化铈的结构对其热稳定性及催化丙烷氧化脱氢反应性能的影响

采用湿化学法制备了低维氧化铈的纳米棒和纳米颗粒,通过原位X射线粉末衍射、透射电镜和N2物理吸附等技术研究了氧化铈纳米结构对其热稳定性的影响.结果表明,氧化铈纳米棒的稳定性更高.采用浸渍法制备了氧化铈负载的氧化钒催化剂,并用于丙烷氧化脱氢反应中,发现以氧化铈纳米棒为载体的催化剂表现出更高的丙烯选择性,这可能是由于棒状结构的开放性有利于产物丙烯的直接扩散.     

理性设计核-壳Rh@沸石催化材料用于二烯烃选择加氢反应（英文）

不饱和烃类如二烯烃和炔烃催化转化为单烯烃是制药和有机合成领域中的重要反应。催化剂的理性设计在实现这一过程中起到关键作用,而控制二烯烃分子的吸附姿态是常用的策略。对金属纳米颗粒的定向修饰可以实现这一策略。例如,将Bi元素引入Rh纳米颗粒后,RhBi/SiO_2在1,4-己二烯的转化率为95%时对于2-己烯的选择性达到90%,这是因为1,4-己二烯内部C=C键的吸附受到抑制。但是,这种策略却大大降低了纳米颗粒的活性,未修饰的Rh/SiO_2比RhBi/SiO_2的活性高了约27倍。二烯烃分子的吸附姿态也可以通过在金属纳米颗粒周围构筑多孔孔道来调控。例如,金属有机骨架(ZIF-8)或中孔二氧化硅(MCM-41)包裹的贵金属纳米颗粒对末端C=C键的加氢具有很高的选择性。然而,这些催化剂的热/水热稳定性却并不能令人满意。相比之下,沸石却具有非常高的稳定性,但却较少用于半加氢反应。我们最近发现,固定在沸石晶体(例如ZSM-5和Beta)中的金属纳米颗粒可以有效地选择加氢多取代的化合物。受这些工作的启发,我们通过转晶合成方法将Rh纳米颗粒封装在CHA沸石晶体中。这种催化剂首先是将Rh物种引入到Y沸石中(Rh@Y),然后在水热条件下将Y沸石转化为CHA沸石而合成的。XRD图谱,N_2吸附等温线,SEM和TEM照片以及探针反应均表明Rh纳米颗粒是封装在CHA沸石晶体内部的。和设想的相同,Rh@CHA催化剂对二烯烃的氢化具有很高的选择性。在催化1,4-己二烯加氢反应过程中,Rh@CHA给出了86.7%的2-己烯选择性和91.2%的1,4-己二烯转化率。在同样条件下,常规方法制备的Rh纳米颗粒催化剂(Rh/CHA)的2-己烯选择性仅为37.2%。考虑到Rh@CHA和Rh/CHA具有相同的CHA沸石晶体和相似的Rh纳米颗粒尺寸,Rh@CHA催化剂的高选择性主要归因于二烯烃分子在CHA沸石的微孔孔道控制下只能以直立的姿态吸附在Rh纳米颗粒上。本文的工作表明,具有核-壳结构的沸石封装金属纳米颗粒催化剂对于催化二烯烃选择加氢具有较好的效果。     

MoO3和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上短链烷烃燃烧反应的不同促进作用

贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的意义.本文制备了MoO3或Nb2O5修饰的Pt/ZrO2催化剂并用于短链烷烃的燃烧反应.研究发现,MoO3助剂对甲烷燃烧有明显的抑制作用,但对乙烷,丙烷和正己烷燃烧反应具有促进作用,促进作用随着烷烃碳链的增长逐渐增加;Nb2O5助剂对甲烷、乙烷、丙烷和正己烷燃烧反应均具有促进作用,然而促进作用随着碳链的增长而逐渐减弱.MoO3和Nb2O5助剂的不同促进作用与助剂影响催化剂表面酸性以及Pt物种的氧化或还原态有关.NH3-TPD结果表明,MoO3助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面强酸位点数量,而Nb2O5助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面中强酸位点数量.HTEM结果表明,两种助剂的添加都不会明显改变Pt物种的颗粒尺寸.在Pt-Mo/ZrO2催化剂上,MoO3覆盖部分Pt物种形成丰富的Pt-MoO3界面,促进了金属Pt物种和强表面酸性位点的生成,提高了丙烷燃烧反应活性;Pt-Nb/ZrO2催化剂上载体表面的部分Nb2O5被Pt物种包覆,使得生成的表面Pt-Nb2O5界面低于Pt-Mo/ZrO2催化剂,但由于催化剂表面酸性位的提升,也促进了丙烷燃烧反应活性的提高.XPS结果表明,在甲烷燃烧反应中,Pt-Nb/ZrO2催化剂上Ptn+物种能够更加稳定地存在,这可能是Nb2O5助剂提高Pt-Nb/ZrO2催化剂上甲烷燃烧活性的关键.而Pt-Mo/ZrO2催化剂上Ptn+物种在甲烷反应中可以更容易地被还原,并且由于MoO3的包裹导致暴露的Pt位点数量降低,使催化剂催化甲烷燃烧的活性受到抑制.可见,MoO3助剂更有利于C–C键活化,而Nb2O5助剂更有利于高键能的C–H键活化.综上,本文系统性地研究MoO3助剂和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上不同短链烷烃的燃烧反应的影响,证实了两种助剂的促进作用与碳链长度的关系是截然不同的.     

N,O共修饰的Ni纳米颗粒/氮掺杂介孔碳CO2高效电还原催化剂

利用可再生电力能源将CO2电还原(CO2RR)为高附加值燃料和化学品(CO、甲酸盐和碳氢化合物等)是一种高效、绿色的CO2资源化利用新技术.然而,由于CO2分子中双键难以活化,且存在析氢竞争反应,即使对于CO2电还原为CO这一简单反应,除少数贵金属(Au、Ag和Pd及其合金)外,当前大多数电催化剂对产物CO的选择性和活性仍较低.因此,开发高效、稳定且廉价的CO2RR催化剂具有重要意义.过渡金属Ni储量高、成本低,是潜在的CO2RR催化剂.然而,受限于Ni对*H及*CO等中间物种相对强的吸附能力,Ni基催化剂催化生成产物CO的活性和选择性较低.近年来研究表明,通过对Ni基材料进行表面修饰,可以调控Ni表面与中间物种的吸附强度,从而有效提升Ni基催化剂对CO2RR反应的活性和选择性.鉴于此,本文通过N,O共调控的策略对负载于N掺杂介孔碳上的Ni纳米颗粒进行表面修饰,制得的N,O-Ni/CMK3催化剂能够高效、高选择性地将CO2电还原为CO.X射线衍射、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和X射线光电子能谱等表征结果表明,N,O-Ni/CMK3中的Ni纳米颗粒由金属Ni核和N掺杂的NiO壳组成,即Ni纳米颗粒表面被N,O共调控,这种独特的表面使其表现出与金属Ni不同的CO2RR催化性能.电化学测试结果表明,在0.5 M KHCO3电解液中,N,O-Ni/CMK3催化剂表现出较好的选择性(生成CO法拉第效率达97％)、活性(CO分电流密度为13.01 mA cm?1)和转换频率(4.25 s?1).表征结果表明,N,O共同调控的Ni是该催化反应的活性中心.此外,得益于N,O共调控的Ni表面,N,O-Ni/CMK3催化剂比O调控的Ni催化剂具有更好的电化学稳定性.本文通过调节Ni催化剂的表面化学环境来调控催化剂与反应中间物种的吸附强度,显著提高了Ni基催化剂对CO2RR反应的催化活性和CO选择性,为开发高活性、高选择性的过渡金属催化剂提供了新思路.     

金属含量对Ni-Pd/H-Y上正癸烷加氢异构化反应活性和产物选择性的影响

在Y分子筛上浸渍0.1 wt% Pd和0.1–0.5 wt% Ni,用X射线衍射表征了该催化剂的结晶度,用透射电镜测得平均金属粒径.催化剂中Pd和Ni的化学态用X射线光电子能谱测定,其酸性则用氨-程序升温脱附进行了表征,发现一些酸位被Ni2+离子交换.采用程序升温还原表征了HY分子筛负载的Pd, Ni和Pd-Ni催化剂的还原性能.正癸烷加氢异构化反应在200–450 oC和1 atm条件下进行.结果发现,当0.1 wt% Pd/HY中Ni添加量增至0.3 wt%时,正癸烷转化率和异构化选择性增加.单支链和双支链异构体选择性的增加表明该反应遵循质子化环丙烷中间体机理. Ni添加量超过阈值导致活性和异构化选择性急剧下降.综上可见,双金属催化剂更有利于选择性生成双支链异构体,其辛烷值更高.     

Mg的添加对PtNa/Sn-ZSM-5催化丙烷脱氢反应性能的影响

通过X射线衍射(XRD)、N2吸附、透射电镜(TEM)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)和O2程序升温氧化(O2-TPO)等多种表征手段及催化反应性能评价,研究了镁助剂的添加对PtNa/Sn-ZSM-5催化丙烷脱氢反应性能的影响.结果表明:适量Mg的添加(0.3%和0.5%,质量分数)能促进催化剂表面金属粒子的分散,减少反应过程中积碳的产生.Mg的引入能有效抑制催化剂中Sn组分的还原,使更多量的Sn组分以氧化态形式存在,有利于丙烷脱氢反应的进行.但是,过量Mg的加入导致催化剂表面金属颗粒易于发生团聚,高温下Sn组分易于被还原,不利于反应的进行.在本实验中,0.5%Mg加入后PtNa/Sn-ZSM-5催化剂显示出最佳的反应性能,反应7h后,丙烷转化率仍然高达38.7%,对应的丙烯选择性能够维持在95%以上.