Cu-V-O氧化物催化燃烧甲苯的活性和抗硫性

采用溶胶-凝胶法制备一系列不同Cu/V比例的Cu-V-O催化剂,利用XRD、BET、H₂-TPR等手段对催化剂进行了表征,并考察其催化燃烧甲苯的活性和抗硫性。结果表明,适量的Cu掺杂会提高催化剂比表面积,而且Cu-V可以形成Cu₃V₂O₈晶型结构,使V₂O₅晶格氧活动增加,提高催化剂氧化-还原能力。其中,Cu_0.15V_0.85催化剂表现出最佳的活性和抗硫性;通过TiO₂负载可以进一步提高催化剂对甲苯的催化燃烧活性和抗硫性。     

ZrO2修饰Cu催化剂还原以及反应过程中表面组成的变化

通过热分解法制备Cu模型催化剂,然后经浸渍制备ZrO₂/Cu催化剂,采用SEM、XPS考察了催化剂表面形态和组成,并采用in-situ Raman考察了催化剂在还原和吸附CO和水的过程中随时间的变化。结果表明,还原前Cu催化剂表面主要存在CuO物种,而在ZrO₂/Cu表面,除了CuO物种,还存在着大量的表面羟基物种。ZrO₂/Cu相对Cu更加容易还原为Cu⁰,同时,ZrO₂在催化剂表面聚集形成絮状态,而Cu催化剂还原后主要形成Cu₂O物种。Cu催化剂表面吸附CO后,除了形成Cu-CO外,Cu₂O物种均会迅速消失形成CO₂。Cu催化剂对水的作用比较弱,但是ZrO₂/Cu催化剂和水作用较强,并且通过Cu-OH中间物形成Cu₂O物种。     

金属掺杂Ce-M(M=Fe、Ni和Cu)催化剂的CO低温氧化性能研究

采用水热合成法制备了一系列不同金属掺杂的Ce-M（M=Fe、Ni和Cu）复合氧化物,运用低温N₂吸附-脱附、XRD、H₂-TPR、拉曼光谱和XPS等表征技术对Ce-M复合氧化物的结构与其CO低温氧化反应性能之间的关系进行了关联。结果表明,将Fe、Ni和Cu掺入CeO₂明显提高了其氧空位的含量,提升了晶格氧的流动性,从而使Ce-M催化剂的还原能力和催化活性高于纯CeO₂。其中,CeCu催化剂氧空位最多、还原能力最好,催化活性最高,130 ℃下即可将CO完全氧化;其次是CeNi催化剂,180 ℃时实现CO完全氧化;与之相比,CeFe催化剂的活性最差,200 ℃时的CO转化率仅为92%。     

宽工作温度烟气脱硝催化剂制备及反应机理研究

以溶胶-凝胶法制备介孔TiO₂载体,采用分步浸渍法制备了V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,借助BET、NH₃-TPD、H₂-TPR、SEM、活性评价、In-situ FT-IR等手段,考察了催化剂的结构、酸性、还原性、脱硝活性及反应机理等。介孔TiO₂载体比表面积为158.6 m²/g,制成催化剂后比表面积略有降低,约为136.7 m²/g。针对模拟烟气在φ_NH3/φ_NO=0.8的条件下测试催化剂的脱硝活性温度窗口为250~400 ℃,脱硝转化率达到80%。NH₃-TPD和H₂-TPR表征结果表明,催化剂在活性温度范围内具有典型的表面酸性位,载体TiO₂与V₂O₅之间存在的相互作用使得V₂O₅还原温度降低。利用In-situ FT-IR研究NH₃和NO在V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂表面吸附和氧化的反应过程发现,NH₃可同时吸附在L酸位和B酸位,NH₃在活性位上氧化脱氢形成NH₂物种是SCR脱硝反应的控制步骤。研究NO+O₂+NH₃反应时发现,吸附NH₃的催化剂引入NO和O₂后,共价吸附的NH₃首先消失。选择性催化还原反应发生在吸附态NH₃和气态或弱吸附态的NO之间,该反应遵从Eley-Rideal反应机理。     

利用原位APXPS与STM研究H2在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面的活化

Cu/ZnO/Al₂O₃是工业中最广泛使用的甲醇合成催化剂。然而该催化反应的活性位点和机理目前仍存争议。H₂作为反应物之一,研究其在ZnO表面的活化和解离对于弄清甲醇合成反应的催化机理具有重要的帮助。本工作利用近常压光电子能谱(APXPS)和扫描隧道显微镜(STM)原位研究了H₂在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面上的活化和解离。APXPS结果表明：在0.3 mbar (1 mbar = 100 Pa)的H₂气氛中,室温下ZnO表面形成羟基(OH)吸附物种。STM实验发现通入H₂后ZnO表面发生了(1×1)到(2×1)的重构。上述结果和原子H在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面的吸附结果一致。然而吸附H₂O可以导致同样的现象。因此,我们还开展了H₂O在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面吸附的对比实验。结果表明：H₂气氛中ZnO表面发生0.3 eV的能带弯曲,而H₂O吸附实验中几乎观察不到能带弯曲发生。同时,热稳定性实验表明H₂气氛中ZnO表面的OH不同于H₂O解离吸附产生的OH,前者具有更高的脱附温度。因此,本工作的结果表明常温和常压下H₂在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面发生解离吸附。这一结果和以往超高真空下未发现H₂在ZnO(10${\rm{\bar 1}}$0)表面上的解离不同,说明H₂的活化是一个压力依赖过程。     

Fe改性Mn/CeO2催化剂低温下同时脱硝与脱甲苯实验研究

本研究采用浸渍法制备了Fe改性的Mn/CeO₂催化剂,并测试了催化剂在低温条件下同时脱硝与脱甲苯的性能。结果表明,Fe₅Mn/CeO₂催化剂表现出最佳的催化性能,甲苯的转化效率在175℃达到90%,NO转化率在95-300℃达到90%。通过BET、SEM、XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD和O₂-TPD等表征手段对催化剂的理化性质进行分析。XPS结果表明,Fe₅Mn/CeO₂催化剂中Ce³⁺和Mn⁴⁺的含量增加,促进氧空位和不饱和化学键的形成,提供了更多的活性位点,从而有利于在低温下高效脱除NO和甲苯。H₂-TPR、NH₃-TPD和O₂-TPD表征表明,与其他催化剂相比,Fe₅Mn/CeO₂催化剂具有优异的氧化还原能力、更强的酸性和更好的氧迁移能力。此...     

预处理Fe基催化剂CO加氢合成低碳烯烃选择性影响研究

研究了Fe₂O₃在CO和H₂气氛下预处理对催化剂物相、表面组成和性质的影响及CO加氢合成低碳烯烃反应行为。结果表明,300℃ H₂预处理后催化剂主要物相结构为Fe₃O₄和α-Fe,250℃ CO预处理后主要物相为Fe₃O₄,随着CO预处理温度的升高,有碳化铁生成。表面碳化物含量随着CO预处理温度的升高而增加。CO较H₂预处理表面碱性增强,CO₂和CO吸附显著增加,随着预处理时间的延长,表面积炭降低了CO₂和CO吸附。经CO预处理的催化剂具有较高的烯烃选择性,H₂预处理的催化剂烯烃选择性相对较低。     

芬顿试剂改性ZSM-5分子筛上丙烯齐聚反应研究

采用浸渍法分别制备了芬顿试剂及其原料FeSO₄和H₂O₂改性的ZSM-5分子筛，并与未改性的母体ZSM-5分子筛进行了对比实验。通过一系列表征手段及丙烯齐聚反应考察了各催化剂的理化性质和催化性能。结果表明，芬顿试剂、FeSO₄、H₂O₂的改性处理均会引起ZSM-5分子筛脱铝，从而导致其硅铝比升高。但与FeSO₄改性相比，芬顿试剂由于其产生的大量羟基自由基更容易将Fe引入分子筛，形成新的活性中心，同时芬顿试剂改性还能使分子筛的比表面积和介孔的体积增大，调节催化剂的酸性。与母体ZSM-5相比，Fenton-ZSM-5催化剂具有优异的催化活性和稳定性。初始丙烯转化率和柴油选择性分别高达98.3%和92.4%，24 h内转化率和选择性维持在80%和82%以上。     

负载型LaCoO3/MO2催化氧化甲苯与NO的性能研究

本研究采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了一系列不同载体负载的LaCoO₃/MO₂催化剂（M=Zr、Ti、Ce）,研究考察其催化氧化甲苯与NO的性能及关键机制。结果发现,以CeO₂为载体的LaCoO₃/CeO₂催化剂表现出最佳的催化氧化性能,其甲苯的t₉₀为245℃,同时在300℃时NO转化率可达68%。通过BET、XRD、H₂-TPR和XPS对各负载型钙钛矿催化剂的理化性质进行表征。结果表明,负载型钙钛矿催化剂拥有更大的比表面积,从而有效提供了更多的吸附位点,同时负载型钙钛矿催化剂具有更活跃的晶格氧和更好的氧化还原性能。其中,LaCoO₃与载体CeO₂在接触界面上观察到Co离子与Ce离子之间存在着相互作用,形成晶格缺陷,这有利于氧空位的形成。利用原位漫反射红外光谱进一步探寻了反应机理,LaCoO₃/CeO₂催化剂上NO氧化符合Langmuir-Hinsh...     

合成气直接转化制低碳烯烃催化剂设计及反应条件优化

采用水热法合成了相同粒径、不同硅铝比的ZSM-5分子筛,并通过浸渍法将Fe基（Fe-Cu-K）催化剂负载于ZSM-5上,系统考察了分子筛硅铝比变化对合成气制烯烃（FTO）反应的影响。结果表明,反应条件、分子筛酸性对CO转化率和低碳烯烃选择性有显著影响。当ZSM-5分子筛硅铝比为50时负载型催化剂有着最高的CO转化率（84.71%）和低碳烯烃选择性（32.08%）。H₂-TPR结果表明,硅铝比为50的Z50/FeCuK中Fe物相的还原度最高。原位漫反射红外光谱（DRIFTS）、热重差热分析（TG-DTA）、X射线粉末衍射（XRD）等结果表明,Z50/FeCuK催化剂表面吸附的碳酸盐和烃类吸附物种最多,且其反应后形成了较多的FeC_x晶相。最后对反应条件进行了优化,结果表明,温度为310 ℃,H₂/CO （volume ratio）=2和压力为1.0 MPa时FTO的催化性能最优。     

焙烧气氛对二甲醚低温选择氧化MoO3-SnO2催化剂结构及性能的影响

采用共沉淀法制备了Mo/Sn物质的量比为1：3的MoO₃-SnO₂催化剂,考察了焙烧气氛（O₂、air、N₂和H₂）对催化剂结构及二甲醚（DME）低温氧化制甲酸甲酯（MF）性能的影响。结果表明,在O₂中焙烧的催化剂上DME转化率高达25.10%,MF选择性为72.21%,催化剂具有较高的反应活性。而在H₂中焙烧催化剂上DME转化率仅为7.01%,MF选择性为75.82%。不同气氛焙烧催化剂上DME转化率由大到小的顺序：O₂> air> N₂> H₂。采用XRD、Raman、XPS及ESR等对催化剂进行深入表征。结果表明,共沉淀制备Mo1Sn3催化剂中钼物种以高分散MoO_x形式存在。O₂中焙烧催化剂表面Mo=O及存在于Mo-Sn界面处五配位钼氧化物中Mo⁵⁺含量均高于其他三种催化剂,即低聚态MoO_<em>x末端Mo=O可能是反应活性位点之一,五配位钼氧化物中Mo⁵⁺的存在有利于催化剂活性的提高,也有助于MF的生成。结合in suit DRIFTS证实了吸附于Mo⁵⁺上的CH₃O,在催化剂表面Mo=O作用下氧化为HCHO后与另一分子CH₃O耦合为MF。     

Cu/Hβ催化剂NH3选择性催化还原NO性能研究

采用浸渍法制备了以Hβ分子筛为载体的负载氧化铜催化剂,考察了Cu负载量对催化剂NH₃选择性催化还原NO反应(NH₃-SCR)性能的影响,通过XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、NO-TPD、H₂-TPR、EDS和XPS等表征技术研究了催化剂的物理化学性质和SO₂存在条件下催化剂活性降低的原因。结果表明,反应气体不含SO₂,Cu负载量为3%,即Cu(3)/Hβ催化剂有较高的反应活性,t₉₅为169℃;反应气体含SO₂,Cu负载量为2%时,即Cu(2)/Hβ催化剂的反应活性较好,t₉₅为225℃。反应前后催化剂的分析结果表明,SO₂存在条件下催化剂活性降低的主要原因是在低温条件下,SO₂与NH₃反应生成的硫铵盐覆盖了催化剂活性中心。     

Ga对0.3Ga-WOx/SBA-15催化顺式-环辛烯环氧化的促进作用(英文)

本工作研究了镓(Ga)对Ga-WO_x/SBA-15催化H₂O₂与顺式-环辛烯环氧化反应活性的促进作用。最佳催化剂0.3Ga-WO_x/SBA-15的TOF为112 h^-1，是WO_x/SBA-15(57 h^-1)的近两倍。相较于WO_x/SBA-15(64.0 kJ/mol),0.3Ga-WO_x/SBA-15的低表观反应活化能(49.6 kJ/mol)与其优异的环氧化性能一致。动力学分析表明，H₂O₂在0.3Ga-WO_x/SBA-15表面上的吸附更强，这有助于H₂O₂的活化。基于催化剂的表征和环氧化的性能表明，Ga添加剂的提升作用归因于Lewis酸位点的增加和亲电性的增强。此外，金属过氧化氢(M-OOH)被鉴定为主要中间体。     

SCR脱硝过程中SO2催化氧化的原位红外研究

采用工业用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,基于傅里叶原位红外光谱(FT-IR)技术考察SO₂的氧化过程及烟气组分对SO₂氧化行为的影响;结果表明,SO₂在催化剂表面氧化主要是首先吸附在催化剂表面V₂O₅活性位上,占据其O原子,以SO^2-₃形式存在,后与催化剂表面V⁵⁺-OH发生反应,生成金属硫酸盐(VOSO₄)中间产物,O₂重新氧化催化氧化过程中由于被SO₂夺取O原子而被还原的V₂O₅物种,使V⁴⁺转化为V⁵⁺,促进金属硫酸盐(VOSO₄)向SO₃转化;SO₂与NO、NH₃的竞争吸附阻碍SO₂在V₂O₅活性点位上的氧化;在SCR中,NO的脱除与SO₂的氧化是相互抑制的关系。     

SO2存在条件下M/REY催化剂NH3选择性还原NO性能研究

采用浸渍法制备了以REY为载体负载金属氧化物催化剂。采用XRD、NH₃-TPD、NO-TPD、H₂-TPR和XPS对催化剂进行表征,并在固定床微型反应器上评价SO₂存在条件下催化剂在NH₃选择还原NO反应中的活性。实验结果表明,活性组分种类及负载量均影响催化剂性能,Cu(3)/REY催化剂在NH₃选择还原NO反应中表现出较好的低温活性,在SO₂存在条件下,254~390℃时NO的转化率大于95%。催化剂表征结果显示,Cu(3)/REY催化剂的催化活性与其良好的氧化还原性和对NO的吸脱附性能相关。     

H2分子在Mg3N2表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法,通过计算表面能确定Mg₃N₂（011）为最稳定的吸附表面,分别研究了H₂分子在Mg₃N₂（011）三种终止表面的吸附性质.研究发现H₂分子平行表面放置更有利于吸附,表面能最低的终止表面Model Ⅱ上吸附H₂分子最稳定,主要存在三种化学吸附方式：第一种吸附方式,H₂分子解离成2个H原子分别吸附在N原子上形成双NH基,这是最佳吸附方式;此时H₂分子与Mg₃N₂表面间主要是H原子的1s轨道和N原子的2s、2p轨道发生作用,N-H之间为典型的共价键.第二种吸附方式中H₂分子部分解离,两个H原子吸附在同一个N原子上形成NH₂基.第三种吸附方式中H₂分子解离成两个H原子,一个H原子和表面N原子作用形成NH基,另一个H原子和表面Mg原子作用形成MgH结构.三种吸附方式不存在竞争关系,形成双NH基的吸附方式反应能垒最低,最容易发生.除此之外H₂还能以分子的形式吸附在晶体表面,形成物理吸附.     

SiO2-Al2O3玻纤载体负载CuO-CeO2对挥发性有机化合物催化燃烧性能研究

采用等体积共浸渍法制备了CuO-CeO₂整体式催化剂,评价了催化剂对乙酸乙酯、异丙醇及甲苯的催化燃烧性能。采用N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）以及挥发性有机化合物脱附等手段对催化剂进行了表征。表征数据显示,氧化铜以高分散态均匀分散存在于载体表面,氧化铈则是小的纳米颗粒,氧化铈颗粒粒径随着Cu/Ce物质的量比的减小而增大。添加铈氧化物会显著增加总酸量,特别是路易斯酸酸位的量,同时增强了乙酸乙酯和异丙醇的吸附量,吸附量的增加提高了催化剂对乙酸乙酯和异丙醇的催化燃烧性能。从甲苯的催化燃烧实验可以看出,大量添加CeO₂稍微增加了甲苯的吸附容量,减弱了催化剂的还原性、降低了活性氧的含量,最终导致甲苯的低转化率。催化行为由氧化铜、氧化铈以及载体三者之间的共同作用决定,这三者的协同作用不仅影响着表面氧的活性同时影响着催化剂对甲苯的吸附能力。     

Pt-CeO2/ZSM-22催化正庚烷异构化反应性能研究

结合浸渍法和物理混合法调控金属活性中心Pt的位点，使其单独落位到ZSM-22分子筛或氧化铈载体上，从而分别得到金属-酸双中心位点的间距达到原子级接触的Pt-ZSM-22/CeO₂催化剂和保持纳米级间距的Pt-CeO₂/ZSM-22催化剂。利用球差电镜、XRD、BET、H₂-TPR和XPS等手段，表征了两种催化剂的物化性质，并对其正庚烷异构化反应性能进行了研究。另外，考察了不同还原温度下Pt-CeO₂/ZSM-22催化剂的物化性质和反应性能变化。结果显示，金属-酸中心保持纳米级间距Pt-CeO₂/ZSM-22催化剂具有更高的正庚烷异构化活性和异构烃收率，这是由于Pt在CeO₂载体上呈原子级分散的原因。在Pt-CeO₂/ZSM-22催化剂还原过程中，CeO₂载体释放更多的氧空位有助于延缓金属Pt的聚集且有利于庚烷分子的吸附。当还原预处理温度为300℃时，庚烷转化率和庚烷异构烃收率分别为79.2%和75.4%，异构化选...     

H2,CO和H2/CO在ZrO2催化剂上吸附行为研究

用insituFTIR法研究了H₂、CO及CO/H₂在ZrO₂表面的吸附行为.结果表明,H₂在ZrO₂表面吸附存在两种形态的羟基(即ZrOH和ZrOHZr),吸附温度增加,羟基数量增加.CO在200℃易与ZrO₂表面羟基作用形成甲酸盐物种,吸附温度升高时,该物种逐渐分解生成CO和ZrOH.当CO和H₂共存时,表面甲酸盐的量明显增加,并随温度增加,逐渐加氢形成甲氧基,最后生成甲烷.甲氧基的加氢过程较慢,所需反应温度也较高,被认为是CO加氢合成醇的速控步骤.     

钛副族金属氧化物催化合成气转化性能的研究

将超临界法制备的钛副族纳米金属氧化物（TiO₂、ZrO₂、HfO₂）分别与ZSM-5分子筛和石英砂混合得到双功能催化剂（Ti/HZ、Zr/HZ、Hf/HZ）和金属氧化物催化剂（Ti/Si、Zr/Si、Hf/Si）。研究了金属氧化物的晶体结构、表面氧空位和合成气吸附性能对金属氧化物催化剂和双功能催化剂催化CO加氢性能的影响。结果表明,双功能催化剂可以直接催化合成气制芳烃。金属氧化物表面氧空位浓度、氧空位电子性质和金属氧化物的H/C比（CO和H₂吸附量之比）共同决定着金属氧化物表面中间体产物的种类。ZrO₂表面的碳氢氧（CH_xO^*）中间体产物有利于Zr/HZ获得芳烃高选择性（71.15%）,而TiO₂和HfO₂中的CH₃^*则导致Ti/HZ和Hf/HZ的催化产物CH₄选择性较高。