从分子碎片到活性位：分子筛催化材料的原位、共振紫外拉曼光谱研究

在过去的近十年中,各种新型原位表征技术和反应器设计被应用于多相催化过程和催化材料的合成研究中,并获得了许多新认识．特别是最近几年,利用原位、共振拉曼光谱技术对分子筛合成关键物种检测、杂原子分子筛催化活性位的研究取得了一系列进展．这些技术的应用使得从分子水平认识复杂的多孔材料成为可能：从合成初期碎片基元检测、碎片相互连接的关键化学键到预组装类微孔结构;从高度隔离过渡金属中心到配位化学键断裂生成活性中间物种,再到完成催化反应循环．这为设计特定功能和结构的催化材料及高选择性的活性中心奠定了坚实的基础．     

Fe-AlPO4-5 分子筛的共振拉曼光谱

利用周期性密度泛函的方法,将过渡金属杂原子取代的硅基分子筛的共振拉曼计算结果成功推广到磷铝分子筛体系中.根据对Fe-ZSM-5共振拉曼光谱特点的推广和对Fe-AlPO4-5振动光谱的理论计算结果,预测在Fe-AlPO4-5的共振拉曼光谱的1190、1130、1000-1050和600 cm-1位置附近将出现四条显著的谱带.实验的Fe-AlPO4-5的共振拉曼光谱中确实观察到四条与骨架Fe物种相关的谱带分别位于1210、1130、1050和630 cm-1处,与预测结果一致.另外发现含铁磷铝分子筛的共振振动频率要高于相应的含铁硅基分子筛体系的振动频率,这种频率的差异主要是氧在不同分子筛体系中受力的力常数不同引起的.另外磷氧四面体和铝氧四面体之间的电荷吸引作用对振动频率也有较大的影响.     

水热老化对不同方法制备的Fe-ZSM-5用于NH_3选择性催化还原NO_x的影响

采用液体离子交换、等体积浸渍和固相离子交换制备了一系列Fe-ZSM-5催化剂,并将其用于NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR)反应.运用X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱和原位漫反射傅里叶变换红外光谱对催化剂进行了表征.结果表明,Fe-ZSM-5催化剂表面Fe物种可分为孤立Fe3+物种、低聚Fe氧化物团簇和Fe2O3,各催化剂上NH3-SCR反应活性不同的根本原因是其表面Fe物种分布不同.水热老化后,Fe-ZSM-5催化剂上400oC以下反应时NOx转化率降低,而高温活性略有提高,各催化剂活性差异减小;同时NH3氧化活性和NO氧化活性均明显降低.这可归因于水热老化使Fe-ZSM-5催化剂表面的孤立Fe3+物种相对浓度降低,低聚Fe氧化物团簇和Fe2O3相对浓度增加,以及催化剂表面Br?nsted酸性位显著减少所致.     

Fe-AlPO4-5分子筛的共振拉曼光谱

利用周期性密度泛函的方法, 将过渡金属杂原子取代的硅基分子筛的共振拉曼计算结果成功推广到磷铝分子筛体系中. 根据对Fe-ZSM-5共振拉曼光谱特点的推广和对Fe-AlPO4-5振动光谱的理论计算结果, 预测在Fe-AlPO4-5的共振拉曼光谱的1190、1130、1000-1050和600 cm-1位置附近将出现四条显著的谱带. 实验的Fe-AlPO4-5的共振拉曼光谱中确实观察到四条与骨架Fe物种相关的谱带分别位于1210、1130、1050和630 cm-1处, 与预测结果一致. 另外发现含铁磷铝分子筛的共振振动频率要高于相应的含铁硅基分子筛体系的振动频率, 这种频率的差异主要是氧在不同分子筛体系中受力的力常数不同引起的. 另外磷氧四面体和铝氧四面体之间的电荷吸引作用对振动频率也有较大的影响.     

紫外拉曼光谱研究FeAlPO_4-5分子筛的合成机理

利用紫外共振拉曼光谱和紫外-可见漫反射光谱对不同铁含量的 FeAlPO4-5 分子筛进行了研究. 结果表明, FeAlPO4-5 分子筛的骨架铁有 4 个特征的拉曼谱峰, 分别位于 630, 1060, 1140 和 1210 cm?1. 当凝胶中 Al/Fe 比小于 380 时, 只有一部分铁离子可以进入分子筛形成四配位的骨架铁物种; 而另一部分则以骨架外六配位的铁物种存在, 其特征拉曼谱峰位于 285 cm?1. 结合紫外拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱和 X 射线衍射研究了 Al/Fe 比为 760 时 FeAlPO4-5 分子筛的晶化过程. 结果发现, 在分子筛晶化前, 铁物种以六配位的形式存在, 它为分子筛前体中的一维链状磷酸铝添加了一个惰性端基, 六配位的 Fe-O 键不利于它与其它磷酸铝物种发生反应; 当分子筛开始晶化时, 带有铁离子端基的磷酸铝链与其它磷酸铝链进一步反应形成分子筛骨架. 同时, 六配位的铁离子和邻近的磷酸铝物种反应转化为四配位的骨架铁物种.     

高度隔离过渡金属催化剂及其烯烃环氧化研究

 介绍了过渡金属杂原子分子筛的骨架杂原子表征、用离子注入法和化学嫁接法制备高度隔离过渡金属催化剂及其催化烯烃环氧化研究的结果．基于共振拉曼原理,用紫外共振拉曼光谱明确鉴别了TS－1,Fe－ZSM－5和V－MCM－41等分子筛中的骨架杂原子．用离子注入法和化学嫁接法制得具有高度隔离过渡金属离子的非杂原子分子筛催化剂．烯烃环氧化反应结果表明,所制得的催化剂显示出优良的催化性能．     

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.     

多孔材料负载金催化剂的制备与应用*

本文综述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂的制备、表征与应用研究的最新进展,从多孔载体的选择（氧化物、微孔分子筛、介孔氧化物、介孔分子筛和介孔碳材料）、金的最新负载方法（沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、原位法/一步法和化学气相沉积法）与表征及其催化性能（一氧化碳低温氧化、氢气/氧气直接合成过氧化氢、直接合成环氧丙烷和有机物的选择性氧化）等方面详尽地评述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂研究概况。同时,提出了多孔材料负载金催化剂存在的一些问题,并展望了其研究和发展的方向。     

负载氧化钒催化剂的多波长拉曼光谱研究:结构识别和定量

探究负载金属氧化物的结构是确立催化剂结构和催化性能之间相互关系的首要条件. 在众多表征技术中,多波长拉曼光谱结合了共振拉曼和由不同波长激发的非共振拉曼,不仅在识别负载金属氧化物团簇的结构,而且在定量方面已经成为强有力的工具. 本文以两个负载氧化钒体系(VOx/SiO2,VOx/CeO2)为例,阐述了如何利用该技术研究活性氧化物团簇的多相结构,并理解氧化物团簇和载体之间复杂的相互作用. 由多波长拉曼光谱得到的定性和定量信息能为设计更有效的负载金属氧化物催化剂提供基本的依据.     

介孔分子筛制备技术新进展—二次合成、超分子自组装和介孔生成剂法

具有内部介孔结构的多级孔分子筛兼具微孔分子筛和介孔材料的功能, 拥有良好的传质和催化特性. 在过去的几十年内, 介孔分子筛在催化、 吸附和分离领域发展迅速. 近年来, 新型合成方法的开发在很大程度上实现了介孔分子筛孔道结构、 组分及形貌灵活可控的调节. 本综述讨论了近期出现的多种新合成路径, 重点介绍了近期发展起来的二次合成制备低硅/铝介孔分子筛、 超分子自组装合成介孔分子筛及有机小分子原位合成介孔分子筛技术. 对这些合成技术的机理进行了讨论, 以期为介孔分子筛未来的发展提供思路. 文章的最后还讨论了不同的合成策略所面临的一些关键性挑战.