Pd/TiO2催化剂上氢气选择性催化还原NOx的研究

氮氧化物(NO_x)的控制是当前环境催化领域研究的热点.氢气选择性催化还原NO_x (H_2-SCR)近年来引起研究者的高度关注.在H_2-SCR反应中, NO_x可在较低的温度(100–300°C)下被还原,并且过量氢气会与氧气反应生成水,不会导致二次污染.研究表明, Pd基催化剂在H_2-SCR反应中具有良好的活性,并且其催化活性与Pd的化学价态密切相关, Pd~0较Pd2+具有更高的催化活性.鉴于Pd的化学价态与催化剂的制备方法密切相关,本文通过浸渍法、沉积–沉淀法和聚乙二醇还原法分别制备了Pd/TiO_2 (IM)、Pd/TiO_2 (DP)和Pd/TiO_2 (PR)催化剂,研究了不同方法制得的Pd/TiO_2催化剂对H_2-SCR的催化性能.实验结果表明,与Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP)相比, Pd/TiO_2 (PR)催化剂的催化活性明显提高,并且温度窗口显著拓宽.为了揭示Pd/TiO_2 (PR)催化剂具有高活性的原因,对Pd/TiO_2 (IM)、Pd/TiO_2 (DP)和Pd/TiO_2 (PR)催化剂进行了一系列分析表征.XRD分析表明,在三种不同方法制备的Pd/TiO_2催化剂上,活性组分Pd高度分散在TiO_2表面.TEM结果也证实了Pd高度分散在TiO_2表面,并且在Pd/TiO_2 (PR)催化剂上, Pd颗粒粒径(1.02 nm)最小,这可能是Pd/TiO_2 (PR)催化剂具有高活性的原因之一.XPS分析表明,在Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP)催化剂中, Pd主要以Pd2+的形式存在;而在Pd/TiO_2 (PR)中, Pd则以Pd~0的形式存在,高分散的Pd~0有利于H_2-SCR反应的进行.同时, Pd/TiO_2 (PR)中表面吸附氧(Oα)含量明显高于Pd/TiO_2 (IM)和Pd/TiO_2 (DP),较高含量的Oα能有效促进NO_x的吸附与活化,从而促进NO_x还原反应的进行.通过原位漫反射红外光谱(In-situDRIFTS)分析发现,与Pd/TiO_2 (IM)催化剂上NO+O_2稳态吸附的光谱相比, Pd/TiO_2(PR)催化剂上螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根的特征峰明显增强.同时观测到Pd~0上吸附的单齿亚硝酰基特征峰,由此进一步证实在Pd/TiO_2 (PR)催化剂中Pd以Pd~0的形式存在.NO+O_2→H_2 (或H_2+O_2)→NO+O_2瞬态吸附研究表明, Pd/TiO_2 (PR)催化剂上吸附的NO_x具有高的反应活性,并且吸附态NO_x和H_2(或H_2+O_2)反应可生成中间产物NH3, NH3可进一步与NO_x反应.Pd/TiO_2 (PR)催化剂上高分散的Pd~0以及在反应条件下表面生成的更多螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根反应中间体是其具有高H_2-SCR催化性能的主要原因.     

助剂对Pd/γ-Al2 O3催化剂上NO选择催化还原的影响

研究了含氧条件下钯催化剂上进行丙烯选择催化还原NO的反应,考察浸渍法制备的Pd/γ-Al2O3催化剂中加入碱(土)金属或稀土氧化物助剂对NO转化率的影响,并对催化剂进行了XRD表征及在氧化气氛中饱和吸附NO后的TPD研究.结果表明,助剂CeO2、 Li2O能较大幅度提高催化剂的低温活性,使NO的最高转化率增加1～3.5倍.Pd/CeO2-Al2O3、 Pd/Li2O-Al2O3催化剂有较高的Pd分散度及较强的NO解离吸附能力.并讨论了NO、 N2O、 NO2-和NO3-等吸附态物种在催化剂表面的形成及脱附特性对催化剂选择催化还原NO性能的影响.     

Sn/Cu电极电化学还原CO2的研究

采用电沉积法制备Sn/Cu电极,由SEM观察并研究了电沉积电流密度对电极形貌的影响.在碱性三电极体系中考察了Sn/Cu电极对析氢、CO2还原的影响.发现10 mA.cm-2和15 mA.cm-2电沉积电流密度下制得的电极活性较高,尤以15 mA.cm-2时电极性能更佳,并指出了电还原CO2关键材料的结构特性.     

负载金属助催化剂MgAl-LDO/TiO2的光催化还原CO2性能

通过原位光沉积将不同贵金属Cu、Ag、Au、Pt、Rh、Pd和Cu-Pt、Cu-Pd、Pt-Pd、Au-Ag作为助催化剂负载在MgAl层状双金属氧化物(MgAl-LDO)/TiO_2催化剂表面,研究了助催化剂种类对MgAl-LDO/TiO_2的光催化还原CO_2性能的影响.结果表明:沉积Cu、Ag、Au、Rh和Ag-Au时,还原反应倾向于生成CO,而沉积Pt、Pd、Cu-Pt、Cu-Pd和Pt-Pd时,反应倾向于生成CH_4.在所选择的助催化剂体系中,Au是最佳的单一金属助催化剂,Cu-Pt则是最佳的双金属助催化剂体系.     

Pd/C气体扩散电极电化学降解4-氯酚的比较研究

分别采用氢气还原法和甲醛还原法制备了Pd/C催化剂, 利用XRD、TEM及XPS对催化剂进行了表征, 并由催化剂制备成Pd/C气体扩散阴极, 采用先通氢气后通空气的方式在隔膜电解体系中对4-氯酚进行降解, 比较了不同电极体系下4-氯酚的去除效果. 结果表明, 制备的Pd/C气体扩散阴极既对4-氯酚具有还原脱氯作用(通入H₂时), 又能够促进O₂还原生成H₂O₂(通入O₂时), 它们对4-氯酚的去除效果要好于不掺杂Pd的气体扩散阴极. 使用氢气还原法制备出的Pd/C催化剂中Pd表面的活性点比甲醛还原法制备出的要多, 电极稳定性好, 反应60 min后 4-氯酚转化率和脱氯率接近100%, 120 min后阴极室COD去除率为87.4%.     

偏硼酸锶/碳酸锶复合催化剂光催化还原CO2生成CH4的研究

采用溶胶-凝胶法制备出SrB₂O₄和SrCO₃复合催化剂(SrB₂O₄/SrCO₃). 紫外光催化还原CO₂生成CH₄的实验证明, SrB₂O₄/SrCO₃复合催化剂的光催化活性已超过SrB₂O₄和TiO₂(P25)催化剂. 利用X 射线电子衍射(XRD)谱、透射电子显微镜(TEM)和等温氮气吸附-脱附分析确定了催化剂的晶相结构、粒子尺寸和比表面积.利用紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)的价带谱和荧光光谱(PL)确定了催化剂的能带结构, 结果表明: SrB₂O₄/SrCO₃复合催化剂异质结构有利于光生载流子的分离, 从而抑制了光生电子和光生空穴的复合, 提高了光生电子和光生空穴在固液界面参加光催化反应的利用率. 因此, SrB₂O₄/SrCO₃复合催化剂的紫外光催化活性得到了有效的提高.     

配位还原制备膦酸功能化Pd/C催化剂及其应用

采用活性炭为载体,乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMPA）作为配位剂和稳定剂,氯化钯（PdCl₂）为前驱体,硼氢化钠（NaBH₄）为还原剂,通过一步还原制备得到膦酸功能化的超细高分散Pd/C催化剂.透射电子显微镜（TEM）及X射线衍射（XRD）分析结果表明,制得的Pd/C催化剂中Pd粒子的平均粒径为2.7 nm,分散度为37.1%,高于同类型商业化催化剂.制得的催化剂对罗丹明（RhB）和对硝基苯酚（4-NP）的催化加氢反应的活化能分别为27.18和16.79 kJ/mol,明显低于商业化Pd/C催化剂（57.12和55.71 kJ/mol）.     

铜基电催化剂还原CO2

温室气体CO₂的大量排放给全球气候造成潜在威胁,电化学还原CO₂为有用的化工产品作为一种人为的碳循环的方式,拓展了新的利用CO₂的可能性,并且是一种很有前景的显著改善环境、促进可持续发展的方法。然而,在转化CO₂为有价值的产品过程中,最大的挑战是抑制析氢副反应的同时达不到高效率、高选择性。铜因其在电催化还原CO₂过程中优异的催化性能而得到广泛关注。本文重点介绍了近年来电催化还原CO₂的发展以及电化学转化CO₂的优缺点,介绍了CO₂RR的热力学与动力学研究并概述了Cu电极、Cu MOFs材料电极以及通过氧化、合金化、纳米化和表面修饰等方法修饰的铜电极的进展,但是电催化还原CO₂的反应机理尚不太确定。最后,讨论了未来铜基电极催化剂高效率地选择性转化CO₂会面临的挑战和可能研究的方向。     

Pd/CNT Catalysts for Glycerol Electro‐oxidation: Effect of Pd Loading on Production of Valuable Chemical Products

Glycerol (C₃H₈O₃), a waste product of biodiesel, is considered as a suitable substrate for electro‐oxidation process to generate high value‐added products. A suitable active catalyst could improve the yield of desirable organic compounds from electro‐oxidation of glycerol. In this work, palladium nanoparticles supported over activated multi‐walled carbon nanotubes (MWCNTs) with varying loadings of 5 %–40 % were prepared using chemical reduction method and used to study their potential for electro‐oxidation of glycerol to produce various high value‐added products. The catalysts were characterized by different physicochemical methods, such as X‐ray diffraction (XRD), N₂ adsorption‐desorption, and Transmission electron microscopy (TEM), whereas the electro‐oxidation activity of the catalysts was analysed using cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA), and the products were identified by high performance liquid chromatography (HPLC). The electrochemical surface area (S_ESA) and mass activity (MA) were increased from 176.98 m² g^?1 to 282.29 m² g^?1 and 12.22 mA mg^?1 to 49.53 mA mg^?1 by increasing the Pd‐loading from 5 % to 20 %, respectively. While the further increase to 40 % Pd loading, the S_ESA and MA values decreased to 231.45 m² g^?1 and 47.63 mA mg^?1respectively. The results found that the optimum 20 % Pd‐loading showed the excellent electrochemical properties due to uniform distribution of Pd‐metal particles over MWCNTs. High performance liquid chromatography (HPLC) showed the tartronic acid, glyceric acid and glyceraldehyde as dominant products. Mechanism of the reaction has also been proposed based on product distribution.     

石墨烯基二氧化碳电化学还原催化剂的研究进展

利用电催化技术将CO₂转化为小分子燃料或高值化学品是实现原子经济、构建人工碳循环的绿色能源技术之一。电催化还原CO₂ (ECR)的反应条件温和、产物多样(C₁、C₂和C₂₊),有极大的发展潜力。然而,ECR技术面临一些需要解决的挑战性问题,包括电极过电势高、C₂及C₂₊产物选择性低、伴随析氢反应等。解决这些问题的关键在于创制低成本、高性能电催化剂。近年来,石墨烯基电催化剂的研究成为ECR领域的热点之一,原因包括：1)在电化学环境中稳定性好;2)表面原子、电子结构可调,进而实现材料催化活性的调控;3)维度可调,易暴露较大的比表面积和形成层次孔结构;4)耦合石墨烯的高导电性与特定材料的高活性,可协同提升ECR催化性能。本文评述了石墨烯基材料在ECR中的研究进展,详述了石墨烯基电催化剂的构筑方法,探讨并梳理了石墨烯的点/线缺陷、表面官能团、掺杂原子构型、金属单原子种类、材料表界面性质等与ECR性能之间的本征构效关系。最后展望了石墨烯基催化剂在ECR领域中的挑战和未来发展。     

CO2电还原用氮掺杂碳基过渡金属单原子催化剂

温和条件下将CO₂电催化还原(CO₂RR)为高能量密度燃料和高附加值碳产品是降低大气中CO₂浓度、储存间歇性可再生能源、实现碳中和的重要途径之一。设计和开发对电催化CO₂RR兼具高活性、高选择性、高稳定性、且对析氢反应(HER)具有显著抑制作用的高性能廉价催化剂是CO₂RR研究的关键。单原子催化剂(SACs)由于其独特的电子结构和几何结构对许多重要化学反应(如CO氧化反应、加氢反应、析氧反应、氧还原反应、析氢反应等)显示出优异的催化活性而广受关注。近年来,N掺杂多孔碳载体过渡金属单原子催化材料(M-N-C)显示出对电化学二氧化碳还原的广阔前景、并有望成为在水相电解质中还原CO₂的贵金属(Au,Ag)催化剂的替代品。本文从单原子催化材料M-N-C的制备、影响电催化性能的因素及MN_x活性基团三个方向介绍了单原子催化剂M-N-C电催化CO₂RR的研究现状和进展。最后,就目前该方向研究中尚待解决的问题进行了总结、并对下一步的研究进行了展望。     

制备温度对Pd/C加氢脱氯催化剂失活的影响

制备温度对Pd/C加氢脱氯催化剂失活的影响;失活;积炭;Pd/C;加氢脱氯     

过渡金属单原子电催化剂还原CO2制CO

电催化二氧化碳还原(ECR)技术是实现“碳中和”目标的一种理想途径,而过渡金属单原子催化剂具有电子结构可调、原子利用率高和活性位点均一等特点,在ECR研究中具有显著优势。本文首先介绍了单原子电催化剂在还原CO₂尤其是在选择性生成CO研究中的优势,然后综述了近年来Fe、Co、Ni及其他单原子电催化剂的反应位点调控策略与电催化选择性的调控机制,重点对质子耦合CO₂还原生成CO的中间过程调控进行了归纳总结,并简要展望了发展方向,以期为推动单原子催化剂在ECR中规模化应用提供指导和参考。     

Catalytic Potential of Post-Transition Metal Doped Graphene-Based Single-Atom Catalysts for the CO2 Electroreduction Reaction

Catalysts are required to ensure electrochemical reduction of CO₂ to fuels proceeds at industrially acceptable rates and yields. As such, highly active and selective catalysts must be developed. Herein, a density functional theory study of p-block element and noble metal doped graphene-based single-atom catalysts in two defect sites for the electrochemical reduction of CO₂ to CO and HCOOH is systematically undertaken. It is found that on all of the systems considered, the thermodynamic product is HCOOH. Pb/C₃, Pb/N₄ and Sn/C₃ are identified as having the lowest overpotential for HCOOH production while Al/C₃, Al/N₄, Au/C₃ and Ga/C₃ are identified as having the potential to form higher order products due to the strength of binding of adsorbed HCOOH.     

Effect of Halide Anions on the Electroreduction of CO2 to C2H4: A Density Functional Theory Study**

The halide anions present in the electrolyte improve the Faradaic efficiencies (FEs) of the multi-hydrocarbon (C₂₊) products for the electrochemical reduction of CO₂ over copper (Cu) catalysts. However, the mechanism behind the increased yield of C₂₊ products with the addition of halide anions remains indistinct. In this study, we analysed the mechanism by investigating the electronic structures and computing the relative free energies of intermediates formed from CO₂ to C₂H₄ on the Cu (100) facet based on density functional theory (DFT) calculations. The results show that formyl *CHO from the hydrogenation reaction of the adsorbed *CO acts as the key intermediate, and the C−C coupling reaction occurs preferentially between *CHO and *CO with the formation of a *CHO-CO intermediate. We then propose a free-energy pathway of C₂H₄ formation. We find that the presence of halide anions significantly decreases the free energy of the *CHOCH intermediate, and enhances desorption of C₂H₄ in the order of I⁻>Cl⁻>Br⁻>F⁻. Lastly, the obtained results are rationalized through Bader charge analysis.