三维介孔KIT-6上高分散Ni纳米粒子用于CO甲烷化:助剂对催化性能的影响

作为煤制天然气的核心技术之一,CO甲烷化工艺的开发基础便是高效催化剂的研制.目前,CO甲烷化催化剂主要采用Ni作为活性组分,但如何保持其具有较高的催化活性和优异的高温稳定性,仍为当今不得不面临的棘手问题.本文以乙二醇改性的三维介孔KIT-6为载体,利用其较高的比表面积、可调孔径、独特的双螺旋三维孔道结构等特点,通过湿式浸渍法成功制备了由助剂改性的Ni基催化剂,探讨了V,Ce,La,Mn等不同助剂对Ni基催化剂CO甲烷化催化性能的影响.分别采用X射线衍射、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附、傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜、能量色散X射线光谱、激光拉曼光谱和热重分析等手段对催化剂特性进行了表征.结果显示,Ni-V/KIT-6具有最高的Ni纳米粒子分散性(26.5%)和催化还原性,产生了最多的活性位,同时,Si–O–V的形成增强了金属-载体间相互作用,并因载体的三维介孔限制效应而形成较小Ni纳米粒子,这些均有助于提升Ni基催化剂CO甲烷化的催化性能和稳定性.在常压、250–400 oC和60000 mL/(g·h)空速的实验条件下对催化剂进行了催化活性评价测试.结果表明,助剂提高了CO甲烷化低温催化活性,其中,Ni-V/KIT-6在350oC的条件下实现了CO的完全转化,CH4产率也高达85%;其在常压、500oC和60000mL/(g·h)空速的操作条件下所进行的稳定性测试结果还显示,Ni-V/KIT-6也具有优异的抗烧结和抗积碳能力,展示了良好的高温稳定性.因此,Ni-V/KIT-6是一种具有广阔应用前景的CO甲烷化催化剂.     

硅烷基Schiff碱共价修饰纳米二氧化硅负载过渡金属催化乙烯齐聚性能

将3种水杨醛Schiff亚胺配合过渡金属（Si-Schiff-M,M=Ni,Co,Cr）通过共价键接枝到纳米二氧化硅,制备了3种硅烷基Schiff碱共价修饰纳米二氧化硅负载过渡金属催化剂（Si-Schiff-SiO₂-M）,并对其催化乙烯齐聚性能进行了研究;采用元素分析、红外光谱、扫描电子显微镜和电感耦合等离子色谱表征了3种Si-Schiff-SiO₂-M的结构和形貌。以甲基铝氧烷（MAO）为助催化剂,研究了反应条件及催化活性中心种类对3种Si-Schiff-SiO₂-M催化乙烯齐聚产物性能的影响。结果表明,当Si-Schiff-SiO₂-M用量为7 μmol, n（Al）/n（M）（M=Cr,Ni,Co）为500,反应温度为35 ℃,反应压力为0.5 MPa和反应时间为30 min时, Si-Schiff-SiO₂-Cr、Si-Schiff-SiO₂-Ni和Si-Schiff-SiO₂-Co催化乙烯齐聚活性分别为1.92×10⁵ g/（mol Cr·h）、2.17×10⁵ g/（mol Ni·h）和2.07×10⁵ g/（mol Co·h）,且3种催化剂催化乙烯齐聚产物主要是C4和C6烯烃。Si-Schiff-SiO₂-M由于载体的限域效应,其催化乙烯齐聚活性低于相应的均相催化剂（Si-Schiff-M）,但产物分布较均相催化剂窄。Si-Schiff-SiO₂-M具有良好的循环利用性,3次循环使用后,3种负载型催化剂催化乙烯齐聚活性分别为1.39×10⁵ g/（mol Cr·h）、1.68×10⁵ g/（mol Ni·h）和1.42×10⁵ g/（mol Co·h）。     

以TiO2多孔微球为载体的CuO/TiO2催化剂的制备、表征及CO氧化催化性能

利用高分子反相悬浮聚合技术结合溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2晶粒组成的多孔微球. 以TiO2多孔微球为载体, 利用浸渍法制备了CuO/TiO2催化剂, 用示差扫描量热法、热重分析、X 射线衍射和X射线光电子能谱(XPS)对TiO2多孔微球和催化剂进行了表征, 并对其进行了CO催化氧化性能的评价. 结果表明, 于500 ℃焙烧的TiO2多孔微球基本为锐钛矿型结构, 其粒径为19.5 nm. XPS结果表明, 催化剂中载体和活性组分存在相互作用, Cu除了以Cu2+的形式存在外, 还以部分Cu+和Cu0的形式存在. CO催化氧化研究结果表明, 催化剂的催化活性与浸渍液的浓度和催化剂的焙烧温度有关. 用0.5 mol/L Cu(NO3)2·3H2O溶液浸渍得到的催化剂和于200 ℃焙烧得到的催化剂具有较好的催化活性.     

Au/SnO2的制备及其低温CO氧化催化性能

用沉积-沉淀法制备了不同金含量的Au/SnO2催化剂.采用XRD和UV-Vis等手段对催化剂样品进行了表征并考察了沉积溶液的pH值、金的负载量、焙烧温度和气氛等对Au/SnO2催化CO氧化活性的影响.结果表明：当沉积溶液的pH=9～10时,所制得的金属金的平均粒径最小；随着金的负载量的增大,金属金的粒径增大, Au/SnO2的催化活性降低；在所研究的条件下, Au/SnO2前驱体在空气中473 K下焙烧4 h,得到的催化剂活性最高；在氢气中373 K下处理2 h的Au/SnO2的催化活性在所有样品中是最高的.     

铂族金属催化剂低温 CO氧化研究近期进展

CO氧化可能是多相催化领域最常见的反应,它不仅能作为探针反应研究催化剂结构、反应活性位等,而且在诸多实际过程如空气净化、汽车尾气污染物控制、燃料电池所用氢源净化等扮演重要角色.最早的 CO氧化催化剂为霍加拉特剂,其组分主要为 CuO与 MnO2混合氧化物,然而在实际应用过程中存在低温活性低、吸湿易失活等缺点.1987年, Haruta等发现湿化学法制备的氧化物负载 Au催化剂表现出非常高的低温 CO氧化活性及耐水稳定性,其 Au粒子以纳米尺度分散,进而引发了催化研究领域的“淘金热”及纳米催化研究热潮.而 CO氧化通常作为考察 Au催化剂结构性质的探针反应,也成为考核其它金属催化剂是否具有高活性的判据之一. Pt族金属上 CO氧化反应从 Langmuir等研究开始至今已有100多年,然而低温下该金属催化剂活性与 Au催化剂相比要低一个数量级.本质原因为 Pt族金属上 CO吸附较强, O2吸附与活化受到抑制,而该步骤被认为是 CO氧化的速控步,因而表现出较低的催化活性.通常 Pt族金属催化剂需要100oC以上 CO才能脱附, O2进而得以吸附.目前研究人员采取多种策略,其基本原则为削弱 Pt族金属上 CO吸附强度或者提供其它活性位供 O2吸附与活化.本综述将概括近十年来Pt族金属催化剂 CO氧化研究进展,主要总结室温甚至超低温条件下的研究成果.高活性 CO氧化催化剂主要是通过采用可还原氧化物为载体或助剂,或者改变催化剂表面性质如使表面富 OH基物种来形成. Au催化剂的研究发现,改变金属粒子尺寸极有可能获得不同寻常的催化性能,而常规的 Pt族金属催化剂研究主要是在纳米尺度.近期人们发现逐渐减小 Pt族金属粒子尺寸,从纳米到亚纳米甚至单原子时,其电荷状态逐渐呈正价形式,这有利于削弱其 CO吸附强度.此外,可通过增强金属载体间的相互作用,改变金属载体接触方式,如从核壳到交叉结联结构,构筑出更多的金属载体界面,使得 O2更容易吸附与活化或稳定更多的 OH基物种进而在此界面与吸附的 CO反应.伴随着表征技术的发展, CO氧化机理的认识也更加深入,这给催化剂的设计带来更多新的思路.(1)改变 CO吸附活化位,将 CO吸附活化位从金属转移到载体上,从而大大降低 CO吸附强度,活化的 CO物种在反应过程中容易溢流到金属载体界面处,这甚至有利于超低温度下(–100oC左右) CO氧化.(2)改变 O2活化形式. O2通常在 Pt族金属上容易以解离氧原子形式存在,通过改变载体、金属载体界面性质使得 O2以分子氧形式活化,如形成超氧或过氧物种,这有利于降低 CO氧化的活化能垒,进而提高其低温甚至超低温下 CO氧化活性.今后,设计并合成出在超低温度下能够氧化 CO的 Pt族金属催化剂将成为 CO氧化催化剂研究的重要方向之一.     

Kinetic studies of methanol synthesis from CO_2+H_2 over copper based catalysts

The catalytic activity for the synthesis of methanol from carbon dioxide and hydrogen wasmeasured on various binary and ternary catalysts containing copper oxide under a pressure of 10 atm.Among these samples the catalysts, CuO/ZnO/γ-Al_2O_3, demonstrated the highest activity andselectivity to methanol; MnO, as third component, had no promotional effect on the activity of meth-anol formation. Based on a simple power rate law the apparent activation energy estimation and par-tial pressure dependence measurement were accomplished over eight catalysts. The activation energiesvaried from 40 to 120 kJ / mol depending on the composition of catalysts. The rates of methanol for-mation to be 0.3 -- 0.9 order in H_2 and about 0.1 -- 0.2 order in CO_2 were reported.     

Multiwalled Carbon Nanotubes Modified with Silylated-salicylaldimine Co(II) and Pd(II) Complexes as Precatalysts in Ethylene Oligomerization

MWCNTs-Co(II) and Pd(II) were prepared through grafting silylated-salicylaldimine Pd(II) and Co(II) on multiwalled carbon nanotubes(MWCNTs) for ethylene oligomerization. The structures of the two MWCNTs-supported catalysts were characterized by means of scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy, thermogravimetric analyses(TGA) and nitrogen adsorption and desorption. And the influence of the supported pattern on the catalytic properties for ethylene oligomerization was investigated. The results revealed that the silylated-salicylaldimine complexes were grafted on the inner and outer surfaces of the carbon nanotubes and the pore size and BET surface area of MWCNTs decreased. Compared with the homogeneous catalysts, the two MWCNTs-supported catalysts had higher selectivity for hexene and 1-hexene in the presence of diethylaluminum chloride(DEAC) with a small molecule size due to confinement effect. MWCNTs-Pd exhi-bited higher activity and higher selectivity for C₈⁺ olefin compared to MWCNTs-Co due to electronic factors. The catalytic activities of MWCNTs-Pd and MWCNTs-Co decreased from 24.18×10⁵g·(mol Pd·h)^–1 and 20.57×10⁵g·(mol Co·h)^–1 to 19.79×10⁵g·(mol Pd·h)^–1 and 13.14×10⁵g·(mol Co·h)^–1 after the third recycle reaction, respectively.     

鲱鱼精DNA修饰纳米金催化Fehling反应——共振散射光谱法检测痕量Hg~(2+)

用鲱鱼精DNA(hsDNA)修饰10nm的纳米金制备了Hg2+的hsDNA修饰纳米金共振散射光谱探针(AuhsDNA).在pH7.0Tris-HCl缓冲溶液中及0.017mol/LNaCl存在下,Hg2+与AuhsDNA形成稳定的Hg2+-DNA结合物,引起AuhsDNA中的纳米金析出并聚集形成纳米金簇.该溶液用150nm滤膜过滤后,滤液中过量的AuhsDNA可催化Fehling试剂-葡萄糖反应生成氧化亚铜微粒,该微粒在580nm处有一个较强的共振散射峰.随着汞离子浓度增大,形成的纳米金簇越多,滤液中AuhsDNA越少,生成的氧化亚铜微粒减少,580nm处氧化亚铜微粒的共振散射光强度线性降低,其共振散射光强度降低值ΔI580nm与汞离子浓度在1～833nmol/L范围内成线性,回归方程、相关系数、检出限分别为ΔI580nm2+Hg=0.37C+0.9,0.9990,0.3nmol/LHg2+.该法用于废水中Hg2+的检测.     

前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂甲醇水蒸气重整制氢催化剂,探讨了前驱体和沉淀剂浓度对催化剂性能的影响,并采用BET、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,前驱体和沉淀剂浓度对催化剂的结构和性能影响很大,当前驱体浓度为0.1mol/L,沉淀剂浓度为0.5mol/L时,所得催化剂CO选择性最小,催化活性最佳。在360h稳定实验中,甲醇最高转化率达100%,重整尾气中H₂含量保持在74.5%以上,CO含量低于0.8%,催化剂稳定性良好。     

钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂上一氧化碳的选择氧化

考察了在钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂上，氢气中一氧化碳选择氧化的催化性能，发现该催化剂具有优良的催化活性和选择性。LaMnO3中的锰被铜部分取代后可以提高其催化活性，当其中的镧再被锶或钡部分取代后所得的催化剂的催化活性进一步提高。其中以La0.8Sr0.2Mn0.5Cu0.5O3的催化活性为最佳，在该催化剂上，在40 000 mL·g－1·h－1下，155 ℃时CO可被完全转化为CO2，此时的选择性达54%，与铂催化剂的性能相近。反应气中加入CO2时，CO转化率下降，但选择性有所提高；加入水蒸气则使CO的转化率和反应选择性均下降。     

镍掺杂对氧化铝纳米片负载金催化剂在CO氧化反应中的促进作用（英文）

负载型金催化剂在CO氧化反应中具有良好的低温活性,受到了研究者的广泛关注,其催化性能与载体的性质密切相关.氧化铝具有廉价易得、比表面积大和热稳定性好等优点.然而,作为一种非还原性载体,氧化铝提供活性氧物种的能力差,与还原性载体相比催化剂的CO氧化活性较低.理论计算和实验结果表明,在金催化剂中引入过渡金属镍能够有效促进氧分子在催化剂表面的吸附和活化,从而提升金催化剂活性.此外,过渡金属的存在能够提高金的分散度,增加活性位数目,防止在高温预处理过程中金颗粒的烧结,从而提高催化剂的活性和稳定性.基于上述考虑,本文在氧化铝纳米片合成过程中原位引入硝酸镍,以实现对氧化铝载体的改性,然后负载金并应用于CO氧化反应.结果表明,当载体中的Ni/Al摩尔比为0.05,金负载量为1wt%时,采用还原性气氛对催化剂进行预处理可以得到具有CO氧化性能优良的金催化剂, 20 oC下CO转化率即可达100%.预处理气氛能够显著影响催化活性,采用还原性气氛预处理后催化剂活性明显优于氧化性气氛预处理.采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氧气程序升温脱附(O2-TPD)、CO吸附原位红外光谱(CO-DRIFT)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段进一步研究了镍掺杂对Au/Al2O3催化剂上CO氧化反应的促进作用机制.XRD测试未观察到明显的金或镍衍射峰,表明金或镍物种均为高分散.HRTEM结果进一步证实,引入镍物种后金颗粒的粒径由3.6 nm减小为2.4 nm,表明镍掺杂有助于提高金的分散度.而XPS结果显示,镍掺杂催化剂中金与镍存在电子转移,而镍仍以Ni O为主.H2-TPR结果表明,镍掺杂的催化剂前驱体中的金物种更容易被还原.O2-TPD结果证实,镍掺杂催化剂能够引入更多的氧空位,促进氧分子的吸附和活化,从而促进CO氧化反应的进行.CO-DRIFT结果表明,相比于氧化性气氛,采用还原性气氛预处理后金物种的电子云密度增加, CO吸附增强.而对于镍掺杂的催化剂,金物种吸附CO分子的能力进一步提高,有利于CO氧化反应的进行.综上,镍掺杂能够有效提高催化剂中金的分散度,增强催化剂对CO的吸附,促进氧气分子的吸附和活化,从而提高了催化剂的CO氧化活性.     

CeO2对催化剂银物种及CO氧化性能的影响

采用共浸渍、不同分步浸渍的方法制备了8 wt% Ag/CeO2-SiO2催化剂,运用XRD、UV-Vis、BET等多种手段对催化剂的结构进行表征,考察了其对CO氧化的活性,并初步探讨了助剂CeO2对催化剂结构及活性物种的影响。实验结果表明,添加1 wt% CeO2的8 wt% Ag/SiO2催化剂表现出较好的低温CO催化活性,随后氢气预处理明显提高了催化剂的反应活性。XRD和UV-Vis谱图表明少量的CeO2（1 wt%）有利于金属银物种的形成,并且能够提高Ag粒子的稳定性,高温处理不易聚集。高CeO2负载量下的催化剂中银物种主要以银簇（ ）形式存在。     

CO2氧化丙烷脱氢制丙烯V-Cr/SBA-15催化剂的研究

以介孔分子筛SBA-15为载体，V和Cr为活性组分，采用浸渍法制备了不同V和Cr质量分数的V-Cr/SBA-15催化剂，研究了其对二氧化碳氧化丙烷制丙烯反应的催化性能，采用XRD、BET、TPR等分析测试技术对催化剂的结构进行了表征。结果表明，催化剂中V组分的质量分数较大时以V2O5物相存在，Cr组分以Cr2O3物相存在，它们对SBA-15分子筛的介孔特征影响不大；V、Cr单组分和双组分催化剂都具有较好的CO2氧化丙烷脱氢制丙烯的催化性能，V和Cr质量分数相同的双组分催化剂比单组分催化剂具有更高的催化活性；在V-Cr/SBA-15催化剂中，V和Cr之间存在一定的相互作用，进而改变了催化剂的氧化还原性能，提高了催化剂的催化性能。     

制备方法对 Ni-Al2O3催化剂在 CO2-CH4重整反应中 催化性能的影响

为提高镍基催化剂的干法重整活性,采用溶液燃烧法、等体积浸渍法、胶体磨循环浸渍法和水热-沉积法制备了SCM、IMP、T310和HTP四种催化剂,在800 ℃考察了其在CO₂-CH₄重整反应中的催化性能,并结合ICP-AES、N₂吸附-脱附、XRD、H₂-TPR和TEM等表征手段对催化剂进行分析。结果表明,水热-沉积法和胶体磨循环浸渍法制备的催化剂比表面积较大,分别为190.83和182.21 m²/g,可为反应提供较多的接触面积,进而提高催化剂的初始活性(HTP试样CH₄和CO₂初始转化率相对较高,分别达85.15%和90.84%);而溶液燃烧法和等体积浸渍法制备的催化剂具有较多的NiAl₂O₄尖晶石,其还原峰面积占总还原峰面积90%以上,还原后可获得更多晶粒粒径更小的稳定活性组分Ni(SCM和IMP试样稳定性更好,反应50 h后活性超过HTP和T310试样,100 h后CH₄转化率方降至50%以下)。因此,决定催化剂稳定活性的更重要的因素应该是活性组分Ni晶粒粒径的大小及其抗烧结能力的强弱。     

Using the Interaction between Copper and Manganese to Stabilize Copper Single-atom for CO Oxidation.

The interaction between Cu and Mn has been used to immobilize the Cu single-atom on MnO₂ surface by redox-driven hydrolysis. Comprehensive structure and property characterizations demonstrate that the existence of an Cu−Mn interaction on the catalyst surface can effectively restrain the aggregation of Cu single atoms and improve carbon monoxide (CO) oxidation activity. The interaction of forming the Cu−O−Mn entity is beneficial for CO catalytic activity as the migration of reactive oxygen species and the coordination effect of active centers accelerate the reaction. In particular, 3%-Cu₁/MnO₂ shows an oxygen storage capacity (OSC) value (342.75 μmol/g) more than ten times that of pure MnO₂ (27.79 μmol/g) and has high CO catalytic activity (T_90%=80 °C), it can maintain CO conversion of 95 % after 15 cycles. This work offers a reliable method for synthesizing Cu single-atom catalysts and deepens understanding of the interaction effect between single transition metal atoms and supports that can improve the catalytic activity of CO oxidation.     

过渡金属掺杂亚铁锌双金属氰化物催化合成生物柴油的研究

研究了掺杂过渡金属盐(La、Ce、Zr、Mn)对亚铁锌双金属氰化物(DMC)固体酸催化剂合成生物柴油的影响,并采用XRD、FT-IR、ICP、BET等方法对其进行结构和性能表征。结果表明,1%的镧、铈、锆、锰金属盐对催化剂的活性都有提高,其中,添加1%镧的DMC催化剂活性最高,在醇油摩尔比16∶1,反应温度160 ℃,催化剂加入量2%条件下,反应7 h,脂肪酸甲酯收率达到99.3%。过渡金属盐引入对催化剂的组成没有影响,但使得催化剂更加分散,颗粒粒径更小,比表面积变大,有利于催化剂和反应物的接触,从而提高了催化剂活性。     

Performance and kinetic study on Pd/OMS-2 catalyst for CO catalytic oxidation: effect of preparation method

Manganese oxide octahedral molecular sieves (OMS-2) synthesized from hydrothermal (H-OMS-2), reflux (R-OMS-2), co-precipitation (C-OMS-2), and solid phase (S-OMS-2) methods were impregnated with palladium and used for CO catalytic oxidation. Preparation methods presented an obvious effect on the morphology and catalytic activity of Pd/OMS-2 catalysts for CO oxidation. The hydrothermal synthesized OMS-2 (Pd/H-OMS-2) exhibited more ordered nanorod structure and higher crystallinity than Pd/R-OMS-2, Pd/C-OMS-2, and Pd/S-OMS-2. Further surface analysis indicated that different preparation methods of synthesizing OMS-2 and the impregnation process followed have a significant effect on the chemical states of Mn and O over the final Pd/OMS-2 products. The kinetics studies showed the trend of apparent activation energy (E _a) over different catalysts: Pd/H-OMS-2 (18.19 kJ/mol) < Pd/R-OMS-2 (21.56 kJ/mol) < Pd/C-OMS-2 (22.57 kJ/mol) < Pd/S-OMS-2 (29.44 kJ/mol). Over 99 % of the CO conversion was obtained at 35 °C by the optimal Pd/H-OMS-2 catalyst.     

碱金属氟化物/La2O3催化剂上的甲烷氧化偶联

研究了碱金属氟化物添加剂对Ｌａ２Ｏ３的甲烷氧化偶联反应催化性能的影响，发现ＮａＦ的促进效应最明显，还研究了ＮａＦ含量对催化剂 批表面积、活性选择性的影响，发现催人上比表面积与活性存在着对应关系，温度改变，催化剂的活性选择性了将随之发生变化，在１０７３Ｋ，Ｃ２收率达到最大值，约１８．０％，应用ＸＲＤ，ＸＰＳ等技术对反应前后催化剂的表面组成和结构进行了表征。     

Effects of reduction temperature and content of Pd loading on the performance Pd/CeO2 catalyst for CO oxidation

Palladium nanoparticles were prepared by thermally assisted reduction using glutathione as reduction agent. The Pd loading on CeO₂ for CO oxidation was optimized to 1.5 wt%. The catalysts reduced at 350 C show the highest activity for CO oxidation, which achieve 100% CO conversion at 70℃.     

Effect of Support Calcination Temperature on Ag Structure and Catalytic Activity for CO Oxidation

SiO₂ with different nanostructures, namely hexagonal mesoporous silica(HMS), and three unordered commercial silica, were used as supports to fabricate silver catalysts using an incipient wetness impregnation method. It was found that Ag/HMS catalyst showed a high catalytic activity. Next, the HMS support was calcined at different temperatures before impregnation of AgNO₃. The effect of calcination temperature of HMS support was investigated in terms of structure and catalytic activity of Ag catalysts. The support and catalysts were characterized by N₂ adsorption-desorption isotherms, Thermogravimetric-differential thermal analyzer, X-ray diffraction, H₂-temperature program reduction and transmission electron microscopy. The results showed that calcination of HMS at an appro- priate temperature(750℃) before catalyst preparation would benefit the formation of highly dispersive small sized Ag particles on the HMS support and markedly enhance the catalytic activity of Ag/HMS catalyst toward CO oxidation.