盐封后碳化钼电催化剂的制备及其氢析出性能

Molybdenum carbide is regarded as an excellent substitute for Pt-based catalysts in the hydrogen evolution reaction (HER), owing to its low cost, superior catalytic performance, and long-term stability. In this work, salt-sealed molybdenum carbide was prepared using sodium molybdate and 2, 6-diaminopyridine as the reactive raw materials, followed by continuous salt sealing and calcination of the precursor under an inert atmosphere. The morphology, composition and structure of salt-sealed molybdenum carbide were determined by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy (TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results indicate that salt-sealed molybdenum carbide has irregular morphology and includes nanoparticles and nanorods. A comparison of the TEM images of Mo₂C with salt sealing (Mo₂C/SS) and Mo₂C without salt sealing (Mo₂C) indicates that Mo₂C/SS exhibits a smaller particle size. This suggests that salt sealing can efficiently avoid particle aggregation. The Brunauer-Emmett- Teller (BET) specific surface area of the catalysts was obtained from nitrogen adsorption/desorption isotherms. The increase in BET surface area from 2.55 to 8.14 m²·g⁻¹ after salt sealing provides evidence for the formation of pores in the product. The results of XRD, EDS and XPS analyses show that Mo₂C/SS has an orthorhombic crystal structure with molybdenum oxides on the surface, which may originate from surface oxidation. Considering the results of XPS and the turnover frequency (TOF) calculation, we can conclude that the formation of pores via salt sealing contributes to the exposure of more active sites, while simultaneously enlarging the contact area with oxygen. Therefore, higher molybdenum oxide content is generated on the surface, resulting in a lower proportion of active centers (molybdenum carbides) on the catalyst surface. Furthermore, the pseudocapacitance generated by the faradaic reaction of molybdenum oxides is superimposed on the double-layer capacitance of Mo₂C catalysts, which increases the double layer capacitance. Since the effect of pseudo-capacitance on Mo₂C/SS is more significant, the TOF number declines after salt sealing. Compared with Mo₂C, Mo₂C/SS exhibits three features that promote HER mass activity: (1) the generation of large quantities of pores via salt sealing leads to an increase in the BET surface area and exposure of more active sites, which is beneficial for improving HER performance; (2) the porous structure and enlarged surface area pave the way for effective mass and charge transfer; (3) the decrease of the Tafel slope from 145 to 88 mV·dec⁻¹. In summary, salt-sealed Mo₂C exhibited enhanced HER activity with an overpotential of 175 mV to achieve a current density of 10 mA·cm⁻². The Tafel slope for HER on salt-sealed Mo₂C is 88 mV·dec⁻¹. This can be considered as the proof of the Volmer-Heyrovsky mechanism with electrochemical desorption as the rate-determining step.     

丙烷为碳源制备碳化钼催化剂及其噻吩HDS性能研究

金属碳化物因其具有类似贵金属的催化性能引起国内外研究者的广泛关注.钼基金属碳化物在烃类加氢、脱氢、异构化、氨合成和分解及加氢脱氮等方面表现出优良的性能,被认为是很有前景的催化活性物种.由金属前体和气相渗碳剂在程序升温条件下反应,是制备金属碳化物最为常用的方法.为获得结构可控、表面可精确调变的催化剂,渗碳剂的选择至关重要.     

碳化镍钼催化剂的制备及其甲烷干气重整活性(英文)

Nickel molybdenum carbide catalysts were prepared and their activities in the CO2 reforming of methane at a low CO2/CH4 reactant ratio were investigated using a microreactor at atmospheric pressure and at 973 K.The effect of the catalyst preparation method and the Ni/Mo ratio on the increase in catalyst life and the promotion of catalytic activity were investigated using N2 adsorption,X-ray diffraction, temperature-programmed carburization,temperature-programmed reaction,and a reforming reaction.The 25Ni75Mo catalyst that was carburized at 813 K exhibited the highest hydrogen formation ability and gave the least carbon deposition.The incomplete carburization of the Mo oxide species in the catalyst that was carburized at a lower temperature gradually gave a more active carburized species.The NiMoOxCy in the catalyst was more active in hydrogen formation during the dry reforming of methane whileβ-Mo2C andη-Mo3C2 were less active.     

制备条件对碳化钼催化剂加氢脱硫性能的影响

以MoO3为前驱体,在CH4/H2气氛中程序升温还原碳化反应制备了Mo2C催化剂,用XRD和BET进行了表征. 以二苯并噻吩/环己烷溶液为模型反应物,评价了制备条件对碳化钼催化剂加氢脱硫性能的影响. 结果表明,在还原碳化温度为675 ℃,恒温保持150 min的合成条件下可制得高纯度的a-Mo2C催化剂,该催化剂表现出了较高的加氢脱硫活性,用质量分数为0.6%的二苯并噻吩/环己烷溶液为反应物,反应压力3.0 MPa,反应空速8 h-1,反应温度330 ℃实验条件下的二苯并噻吩加氢脱硫转化率达到了73.29%. 随还原碳化温度的升高和恒温保持时间的延长,制备的碳化钼催化剂的比表面积下降,表面积炭增多,引起其二苯并噻吩加氢脱硫活性的下降. 适当增大制备过程中还原碳化气体空速,有利于还原碳化反应过程中C、 O之间局部规整反应的进行,并对其二苯并噻吩加氢脱硫活性有明显的促进作用. 实验确定的还原碳化气体空速以1.8×104h-1为宜.     

非晶态NiP基催化剂的制备及电催化析氢性能研究（英文）

以NaH_2PO_2和Ni_2SO_4为磷源和镍源,使用一锅法合成了非晶态NiP合金及其碳纳米(乙炔黑和石墨烯)复合催化剂。用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析(TGA)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP)分别对催化剂性能和组成进行了表征和分析。通过线性扫描伏安对催化剂在酸性和碱性条件下的析氢性能进行了评价,研究结果表明,非晶态NiP/还原氧化石墨烯复合催化剂(NiP/RGO)展现出优异的电催化性能。在0.5 mol/L H_2SO_4中的起始过电位为89.0 m V,塔菲尔斜率为135.1 m V/decade;在1 mol/L NaOH中,起始过电位为116.1 m V,塔菲尔斜率为122.4 m V/decade,这与商业化Pt黑催化剂很接近。500次循环以后,催化剂活性没有明显下降,表明该催化剂具有良好的稳定性。该研究提供了一种简单可行的制备非贵金属磷化物方法用于电催化析氢反应。     

碳化钼改性二氧化硅的制备及其电化学性能

采用硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖分别作为硅源、钼源和碳源,通过溶胶?凝胶法制备了碳包覆二氧化硅（SiO₂）和碳化钼（Mo₂C）颗粒的SiO₂/Mo₂C/C复合物,并借助X射线衍射仪、透射电子显微镜等仪器对复合物的物相组成、形貌结构等进行了表征测试,同时研究了复合物作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,当硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖的质量比为3∶1∶2（记为SiO₂/Mo₂C/C 2）用作锂离子电池的负极材料时具有较好的电化学性能。在电流密度为100 mA/g,首次充电和放电比容量分别为662和896 mA·h/g,经过200次循环后,可逆容量仍可达625 mA·h/g。即使在2 A/g的大电流密度下,可逆容量仍可达272 mA·h/g。该复合材料表现出良好的倍率性能和循环稳定性,这主要归因于Mo₂C具有良好的稳定性和较高的导电性,提高了SiO₂的导电性,同时碳包覆层可以保护核心材料直接与电解液反应生成副产物,还可以作为缓冲层减缓SiO₂的体积膨胀,因此在进行充放电的过程中,材料的电化学性能得到显著的提升。在此提出利用过渡金属碳化物改善SiO₂导电性和循环性能的新思想,可以为其它负极材料的改性提供新的研究思路并扩宽研究方向。     

片状NiWP@多面体NiWO电催化剂的制备及其析氢性能

采用水热法在泡沫镍上制备多面体镍钨氧化物(NiWO)前驱体,然后在不同温度下对前驱体进行磷化处理,获得片状镍钨磷化物(NiWP)@多面体NiWO复合电催化剂。结果表明：优化磷化温度可显著改善片状NiWP@多面体NiWO电催化析氢性能。当磷化温度为450℃时,所得电极具有较好的析氢催化活性,在1 mol·L^-1 KOH中仅需115 mV的过电位就能达到10 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为85 mV·dec^-1,与铂片的Tafel斜率相近。此外,24 h长期稳定性测试结果表明该电催化剂具有良好的稳定性。优异的性能可归因于片状NiWP@多面体NiWO复合结构增大了催化活性面积,减小了电荷/质量传输阻力,使得析氢反应中电子转移速度加快,反应动力学性能提高。     

碳化钼催化剂加氢脱氮性能研究

MoO3在CH4/H2气氛中程序升温还原碳化反应制备了Mo2C催化剂,用XRD、BET、SEM、XPS进行了表征。以吡啶/环己烷溶液为模型化合物,在高压微反装置上评价了碳化钼催化剂的吡啶加氢脱氮性能。结果表明,MoO3在CH4/H2气氛中程序升温至675℃可制得高纯度的β-Mo2C,SEM表征其形貌为板块状颗粒,平均粒径约3.9μm,比表面积达到了10.7m2/g,高于其前驱体MoO3 的2.7倍。在反应压力3.0MPa,空速为8h－1,H2/原料液体积比为500∶1,体积分数为5%的吡啶/环己烷溶液中,碳化钼催化剂在340℃下的吡啶加氢脱氮转化率达到了86.30%,高于相应MoS2约8%。随还原碳化温度的升高,碳化钼催化剂的比表面积降低,表面积炭增多,导致其吡啶加氢脱氮活性下降。确定的碳化钼催化剂的合成条件以还原碳化温度675℃、还原碳化气体空速1.8×104h－1左右较为适宜。     

基于碳化钼的燃料电池阴极催化剂的制备及其作用机理

以 Mo2C/VC 作为质子交换膜燃料电池氧还原催化剂, 并采用单电池和电化学循环伏安扫描技术考察了其氧还原活性,同时结合 X 射线衍射和 X 射线光电子能谱对其电催化机理进行初步分析. 结果表明, Mo2C/VC 对氧还原也具有电催化活性, 在 0.34, 0.45 和 0.55 V 处出现三对可逆的氧化还原峰. Mo2C/VC 的体相为β-Mo2C, 表相为+δ价(5 ≤δ≤ 6)的 MoOxCy 和 MoOz. Mo2C/VC 的电催化性能可能是由于其表面钝化物种(MoOxCy 和 MoOz)的氧化还原, 以及氧在 Mo2C 晶格中的迁入和迁出引起的.     

三维百合花状的CoNi_2S_4作为先进的双功能电催化剂用于氢析出和氧析出反应（英文）

为简化电解水催化剂的合成过程和优化电解水操作系统,双功能电解水催化剂的研究,特别是在碱性条件下同时具有优异催化氢析出和氧析出反应性能的双功能电催化剂的研究尤为重要.其中,过渡金属硫化物,特别是CoNi硫化物,被报道有与氢化酶类似的催化活性中心,从而具有优异的催化氢析出和催化氧析出反应性能.虽然有关对过渡金属硫化物的研究很多,但主要集中在具有一维纳米线和二维纳米片形貌结构的过渡金属硫化物.不幸的是,这些形貌结构的过渡金属硫化物在电催化过程中容易聚集和受限于电荷传输能力.三维纳米结构的材料具有较大的比表面积以分布更多的活性位点和拥有良好的电子传输能力,所以,开发三维纳米结构的过渡金属硫化物材料可能是改进其催化电解水性能的一个好途径.本文采用简单的两步水热法,通过硫化合成的CoNi前体得到了长于泡沫镍上的三维百合花状的CoNi_2S_4(CoNi_2S_4/Ni).它只需要54 mV的过电位即可获得10 mA cm~(-2)的催化氢析出反应电流,是最好的碱性催化氢析出反应电极材料之一.它在驱动100 mA cm~(-2)的催化氧析出反应电流时也只需要328 mV的过电位.另外,把CoNi_2S_4/Ni分别作为阴极和阳极组装成双电极碱性水电解槽时,它只需要1.56 V的电压即可获取10 mA cm~(-2)的催化全电解水电流并具有良好的催化全电解水稳定性.扫描电子显微镜、透射电子显微镜和N_2吸脱附曲线测试结果表明,该三维百合花状的CoNi_2S_4/Ni的表面粗糙度高和拥有多孔特性.多孔结构的CoNi_2S_4/Ni可提供更多可接触的催化活性位点,也有利于催化过程中的电解质和生成的气体的扩散与传递.交流阻抗图谱测试结果表明,CoNi_2S_4/Ni具有良好的电子传输能力.另外,不同于前期对尖晶石结构的硫化物AB_2S_4的研究结果,XPS结果表明,CoNi_2S_4/Ni中含有Ni~(б+)和S~(б–)活性物种,表明CoNi_2S_4具有与活性氢化酶类似的活性中心.Ni~(δ+)和S~(δ–)可分别作为氢氧根和质子的接收体,协助促进吸附的水分子的分离,从而提高材料的催化性能.所以,Ni~(δ+)和S~(δ–)活性物种的出现,大比表面积的三维百合花状多孔结构和良好的电荷传输能力等特性集合于CoNi_2S_4/Ni上使得CoNi_2S_4/Ni具有优异的催化氢析出和催化氧析出反应性能.     

利用正己烷制备负载型碳化钼催化剂及其加氢脱硫活性

 利用具有较长碳链的正己烷作为原料对氧化钼进行程序升温碳化制备碳化钼. X射线衍射、X射线光电子能谱表征和BET比表面积测定以及噻吩的加氢脱硫活性评价结果表明,正己烷作为碳化原料在600 ℃左右可对担载的氧化钼进行碳化,正己烷的使用不仅可以降低碳化所需的温度,还能在碳化过程中起到一定的改善碳化钼分散度的作用.     

炭载钌催化剂的微波制备及其水相乙酰丙酸加氢性能（英文）

生物质衍生物乙酰丙酸是生物质转化过程中重要的平台分子,对其进行催化加氢可以得到高附加值的产物,是连接生物质转化和石油化工的重要途径。本实验研究了无溶剂微波辅助热解法绿色制备负载型钌基催化剂,以Ru3(CO)12为金属前体,碳纳米管、椰壳活性炭和活性氧化铝为催化剂载体,该制备方法简单易操作,环保高效低能耗,不使用溶剂,避免了杂质的引入和对催化剂的污染,是一种新型负载型贵金属催化剂的制备方法。同样采取传统浸渍法制备Ru/γ-Al2O3-IM。在乙酰丙酸水相催化加氢反应中的催化活性顺序为Ru/ACRu/CNT≈Ru/FCNTRu/γ-Al2O3-M W≈Ru/γ-Al2O3-IM。比较不同反应溶液水、甲醇、乙醇、苯甲醚、环己烷和丙酮等对于乙酰丙酸催化加氢反应的影响,并通过考察反应温度、反应压力和反应物初始浓度等因素对加氢反应的影响,确定最佳实验条件为:反应温度为90℃,反应压力2.0 MPa,适宜反应物浓度为0.10 g/m L,产品GVL收率大于99%。     

钼基析氢反应电催化剂的研究进展

电催化析氢反应作为一种绿色、可持续的制备氢气方法,受到了广泛关注. 近年来,非贵金属析氢催化剂以其低成本和相对高的催化活性取得了较快的研究进展,其中,钼基纳米催化剂目前已成为电催化析氢中最受关注的研究热点之一. 本文综述了钼基碳化物、磷化物、氮化物以及硫化物在电催化析氢反应中的催化机理和研究进展,分析了提高析氢催化活性的方法,并对钼基非贵金属催化剂的发展趋势进行了展望.     

Ce-Beta分子筛的制备及其催化性能（英文）

采用简单、易重现的两步后合成法成功制备了Ce-Beta分子筛.制备过程中,H-Beta分子筛首先经过脱铝处理得到Si-Beta分子筛,然后再以异丙醇铈为前驱体,通过干法浸渍的途径向Si-Beta分子筛引入Ce(IV).利用XRD,FT-IR,UV-Vis和1H MAS NMR等对其结构进行了表征,结果表明,Ce(IV)物种以四配位的形式成功引入Beta分子筛的骨架,Ce原子进入分子筛骨架的机理通过DRIFT光谱得以证实.通过环氧化合物水合制备1,2-二醇反应对所制的Ce-Beta催化剂进行了催化性能评价.     

Zr-TiO_2催化剂对燃煤NO析出特性的影响及其催化机理（英文）

采用浸渍法与微波法制取改性的Zr-TiO_2,利用管式炉进行劣质煤NO析出实验,探究了脱硫剂、不同方法制备的改性TiO_2对劣质煤NO排放的影响及煤种的适应性,并对制备的Zr-TiO_2及其煤焦进行XRD、BET、SEM、XPS、TGA表征分析,得出脱硝机理。结果表明,脱硫剂的添加会促进NO的析出,在燃烧温度850℃、氧气流量40 mL/min、脱硫剂为MgO时,催化剂为浸渍法5%Zr-TiO_2时NO的排放量最低,比纯TiO_2低51.0%,比同条件下纯煤燃烧时低84.6%;对选用的10个煤种的适应性实验结果表明,制备的浸渍法5%Zr-TiO_2催化剂能够适用于硫分3%、灰分30%的煤种,拓宽了催化剂的应用范围;Zr的掺杂抑制了晶粒增长,增强了活性组分,使得吸附氧含量增多,促进了催化过程中元素价态的转化,加速了挥发分的析出,起到了助燃作用,增大了煤焦的比表面积,增强了煤焦的异相还原能力。     

单原子催化剂的制备、表征及催化性能（英文）

单原子催化剂(SACs)是指金属以单原子形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂.与传统载体型催化剂相比,SACs具有活性高、选择性好及贵金属利用率高等优点,在氧化反应、加氢反应、水煤气变换、光催化制氢以及电化学催化等领域都具有广泛应用,是目前催化领域的研究热点之一.常见的SACs制备方法有共沉淀法、浸渍法、置换反应法、原子层沉积法以及反奥斯瓦尔德熟化法等.实验及理论研究表明,单原子催化剂高的活性和选择性可归因于活性金属原子和载体之间的相互作用及由此引起的电子结构改变.载体是影响单原子催化剂性能的重要因素之一.目前常用的SACs载体有金属氧化物、二维材料和金属纳米团簇等,本文着重综述了这三种负载型SACs的制备、表征、催化性能及催化机理,并概述了SACs未来可能的发展方向和应用.研究表明,共沉淀法、湿浸渍法和反奥斯瓦尔德熟化法等方法可用来制备氧化物负载的SACs.高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)表明金属是以单原子形式均匀分散在载体上,近边X射线吸收精细结构(XANES)结果表明金属原子与载体之间存在着强相互作用.实验和理论研究均表明该类催化剂在CO氧化反应、水煤气转化及乙炔加氢生成乙烯等反应中具有高的催化活性和稳定性.采用化学气相沉积法和原子层沉积法等方法可以将金属原子稳定地负载在具有缺陷活性位点的石墨烯、MXene及六方氮化硼等二维材料上并相应制备出SACs.X射线吸收精细结构谱(EXAFS)和XANES分析表明样品中金属以单原子形式存在,而且金属原子与载体之间也存在着强相互作用,理论计算表明金属原子与二维载体之间的电荷转移是SACs活性高的主要原因.置换反应法和连续还原法是制备溶胶型SACs的有效方法,其中置换反应法可将活性金属原子原位组装在金属模板团簇的顶点位置,连续还原法可将活性原子负载于金属模板团簇的表面.DFT计算表明活性原子和金属模板团簇之间存在电荷转移效应,这是溶胶型SACs具有非常高的催化活性的主要原因.SACs下一步的研究方向可能是:(1)研究开发新型SACs,尽可能提高催化剂中活性金属原子的含量;(2)深入研究SACs的结构、活性以及催化机理之间的关系;(3)尝试将SACs大规模应用于工业催化.     

高分散加氢脱硫催化剂制备及其对二苯并噻吩的催化性能（英文）

近年来,柴油发动机产生的废气污染己成为一个严重问题,环境法规对燃油中的硫含量限制越来越严格.因此,开发高效的深度加氢脱硫催化剂成为当今的热门课题之一.在柴油馏分中,由于存在空间位阻作用,二苯并噻吩(DBT)及其烷基取代的衍生物是最难脱除的.传统的加氢脱硫(HDS)催化剂通常是将活性金属担载在γ-Al_2O_3上.近年来,介孔材料如MCM-41,SBA-15,HMS,KIT-1和KIT-6等也被用作加氢脱硫催化剂载体,其大的比表面积有利于活性组分分散,大的规则孔径有利于反应物和产物扩散.其中,KIT-1介孔分子筛具有三维短蠕虫状介孔结构和大的比表面积,其酸性和水热稳定性都高于MCM-41.然而,由于无定形的孔壁使得介孔分子筛的酸性和水热稳定性较差,限制了其在石油化工领域的应用.而介微孔复合分子筛兼具了微孔分子筛酸性强、水热稳定性好和介孔分子筛的孔道优势,因此一经出现就引起了研究者广泛关注.有研究认为,增加载体酸性有利于加氢及促进C-S键氢解反应.载体中的微孔可高效吸附氢分子,降低HDS过程所需的温度和压力,实现温和条件下燃油超深度脱硫.目前,已有研究者将Y-MCM-41,介孔ZSM-5及Beta-KIT-6等多级孔分子筛用作催化剂载体,并进行了加氢脱硫性能研究,取得了良好效果.我们曾利用双模板剂一步晶化法水热合成了介微孔复合分子筛ZK-1.该分子筛既具有与KIT-1相似的短蠕虫状三维介孔孔道,又具有ZSM-5的微孔结构.其介孔孔径为2.7 nm,微孔孔径为0.6 nm.该分子筛具有良好的水热稳定性和较高的酸性.本文在上述研究基础上,以不同硅铝比的ZK-1为载体通过过量浸渍法担载Co,Mo活性组分制备了CoMo/ZK-1(Si/Al=30)和CoMo/ZK-1(Si/Al=40)催化剂,并以相同方法制备了CoMo/γ-Al_2O_3,CoMo/AlKIT-1,CoMo/ZSM-5和CoMo/Mix(等量的ZSM-5和AlKIT-1混合物)催化剂作为对比.催化剂的N_2吸附和NH_3程序升温脱附表征结果表明,CoMo/ZK-1具有高于其他催化剂的比表面积(约700 m~2/g)和介微孔结构,介孔孔径和微孔孔径分别为2.3 nm和0.6-1 nm.CoMo/ZK-1的酸量大于相同硅铝比的CoMo/AlKIT-1,这是由于ZK-1的介孔孔壁上含有沸石结构单元.通过H_2程序升温还原表征可知,CoMo/ZK-1的高温氢耗峰面积较CoMo/γ-Al_2O_3和CoMo/ZSM-5相比明显减小,表明在CoMo/ZK-1上难还原的组分数量减少,载体与金属之间的相互作用减弱,这有利于金属组分的还原和硫化.紫外-可见漫反射光谱表征结果表明,在ZSM-5表面形成了大量的聚合态氧化钼物种,这是由于载体表面积小,金属组分分散不均匀.Co_2AlO_4或Co_2SiO_4相的出现是由于载体与金属间存在较强的相互作用.以ZK-1和AlKIT-1为载体的催化剂则避免了该情况的发生.从高分辨透射电镜照片可知,MoS_2在ZK-1表面分散很均匀,其堆垛层数(2.5-2.7层)和片晶长度(3.9-4.0 nm)都达到较理想的数值,有利于形成更多的Co-Mo-S(Ⅱ)活性相.以二苯并噻吩为模型化合物,采用固定床反应器考察了上述6种催化剂的加氢脱硫活性.催化剂的脱硫率从高到低依次为:CoMo/ZK-1(40)CoMo/ZK-1(30)CoMo/γ-Al_2O_3CoMo/ZSM-5CoMo/MixCoMo/AlKIT-1.在较温和的反应条件(320℃,3MPa,WHSV=5h~(-1))下,CoMo/ZK-1对DBT的脱硫率达到93%以上.其原因主要是:(1)ZK-1的大比表面积使Co,Mo活性组分高度分散在载体表面;(2)载体与金属之间较适中的相互作用有利于活性组分的还原与硫化;(3)ZK-1含有的沸石结构单元使其比AlKIT-1具有更多的酸中心,有利于提高HDS反应活性.     

预处理温度对甘油氢解双金属Ir-Re催化剂性能的影响（英文）

在生物柴油生产过程中大量副产的甘油是重要的生物质转化平台化合物.通过甘油氢解制备高附加值的1,3-丙二醇是甘油的资源化利用的重要途径,能够显著提高生物柴油产业的经济效益,同时也是探究更复杂的糖醇类化合物氢解的模型反应.因此,甘油氢解制备1,3-丙二醇成为当前学术界的研究热点.通常,以Re或W为助剂修饰的贵金属催化剂是有效的甘油选择性氢解制1,3-丙二醇的催化剂,其中,双金属Ir-Re催化剂是目前最高效的催化剂之一.甘油氢解反应是典型的结构敏感性反应,它的催化性能依赖于双金属催化剂的结构,而后者受制备工艺条件如热处理方式及条件的影响.最近,我们报道了以直接还原法(即浸渍-还原法)制备的Ir-Re催化剂为合金结构,在甘油氢解中表现出更为优越的反应活性及目前报道中最高的1,3-丙二醇生成速率,并提出了可能的双功能反应机理,即催化剂表面的Re-OH酸性位和Ir均为甘油氢解的活性位.本文采用直接还原法制备KIT-6(具有三维有序介孔孔道结构的Si O2)负载的双金属Ir-Re催化剂,进一步研究还原温度对Ir-Re/KIT-6的结构及其催化性能的影响,揭示催化剂表面酸性在甘油氢解反应中的重要作用并阐明其构-效关系.结果显示不同还原温度(400–700 oC)制备的催化剂的比表面积、孔体积及孔径数据基本一致,表明还原温度对Ir-Re/KIT-6的织构性质的影响很小.根据程序升温还原和透射电镜-能量散射点扫描结果可知,不同温度还原后的催化剂表面Ir和Re均以金属态形式存在,同时两者存在直接的相互作用,形成了Ir-Re合金;而漫反射红外图谱上CO吸附峰的红移以及峰形的显著变化也印证了Ir-Re合金结构的形成.TEM结果显示,在400–700 oC还原后得到的Ir-Re合金纳米粒子均匀分布于KIT-6上,尺寸基本一致(2.5–2.8 nm),与CO化学吸附结果一致.此外,NH3-程序升温脱附结果表明催化剂的酸量随着还原温度的升高而逐渐增大,但酸强度没有明显变化,这可能是由于高温还原进一步促进了Ir和Re的相互作用,在原子尺度上混合更为均匀所致.Ir-Re催化剂上甘油氢解反应结果显示,随着还原温度由400提高到600 oC,所制催化剂的活性先增加而后趋于稳定.由此可以认为Ir-Re催化性能的差异与Ir分散度和酸强度的关联较小,主要是由于催化剂表面酸量所致.直接关联酸量与反应活性(以反应时间内的平均1,3-丙二醇生成速率表示)可以看到,反应活性随着酸量的增加而线性增大,表明Ir-Re/KIT-6的表面酸量直接影响了甘油氢解反应速率的快慢,即酸位Re-OH直接参与了催化反应.众所周知,Re金属活化H2的能力很弱,而金属Ir在反应中起到催化加氢的作用.实验结果很好地印证了Ir-Re合金催化甘油氢解反应的双功能反应机理,即酸位Re-OH与金属Ir协同参与氢解反应,分别作为甘油吸附位和H2活化中心,因此提高催化剂的表面Re-OH的数量将是进一步提高催化活性的途径之一.总的来说,在400–700 oC还原得到的Ir-Re/KIT-6催化剂具有Ir-Re合金结构.还原温度对催化剂的织构性质、金属纳米粒子的尺寸、Ir的分散度及表面酸强度的影响不大,但还原温度的升高有利于Ir和Re的相互作用,显著提高了催化剂的表面酸量,因而提高催化活性.此外,表面酸量和反应活性的线性关系表明酸位Re-OH参与Ir-Re合金催化甘油氢解反应,印证了双功能反应机理.