高比表面积介孔TiO_2的制备及负载钴基催化剂费-托合成反应性能研究

以钛酸四丁酯和异丙醇钛为钛源,CTAB和Brij56为表面活性剂,采用水热合成法制备出2种高比表面积介孔二氧化钛载体TiO_2-B和TiO_2-C.以商业P25(TiO_2-P)为参比载体,采用满孔浸渍法制备了钴基费-托合成催化剂,利用氮气物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原位X射线粉末衍射(in-situ XRD)和H_2-程序升温还原(H_2-TPR)等表征手段研究了TiO_2载体结构对钴基催化剂结构和费-托合成反应性能的影响.结果表明:合成的TiO_2-B和TiO_2-C载体具有高的比表面积和丰富的介孔结构,负载的钴基催化剂上钴物种均以Co_3O_4形式存在并高度分散在载体上;与TiO_2-P相比,TiO_2-B负载的催化剂具有更高的催化反应活性和C_(5+)选择性,以及低的CH_4选择性.     

局部表面等离子体共振可调的MoO_(3-x)-TiO_2纳米复合物用于提高可见光下光催化还原CO_2的性能（英文）

利用太阳能光催化还原CO_2和H_2O到燃料和化学品是一条极具吸引力但又充满挑战性的转化途径.迄今为止,只有非常有限的光催化剂已经被报道可以在可见光照射下光催化还原CO_2.局部表面等离子体共振(LSPR)现象可以被用作一种有效的开发可见光催化剂的策略.贵金属Au,Ag,Pt等的LSPR现象已经被较为广泛的研究,并应用于光催化、光热、气敏等多种领域.而低价态金属自掺杂的金属氧化物,如MoO_(3-x)和WO_(3-x),也被证明具有LSPR现象,可用于开发更加廉价的可见光催化剂.本文通过简单的溶剂热法成功合成了低价态Mo自掺杂的MoO_(3-x)纳米片催化剂,并在合成过程中原位加入TiO_2纳米颗粒(TiO_2-NP)和TiO_2纳米棒(TiO_2-NT),构建了MoO_(3-x)-TiO_2纳米复合物.电镜表征显示,MoO_(3-x)-TiO_2-NT纳米复合物中,MoO_(3-x)纳米片和TiO_2纳米管的结合更为紧密.UV-vis光谱显示,TiO_2的复合不仅可以增强MoO_(3-x)可见区的吸收强度,同时吸收峰的位置也发生了蓝移.XPS表征显示,TiO_2复合后,MoO_(3-x)中Mo~(5+)的比例明显增加,从而提高了MoO_(3-x)中自由电子的浓度,进而增强了LSPR现象和LSPR吸光能力,且TiO_2纳米管相对TiO_2纳米颗粒具有更好的促进效果.MoO_(3-x)纳米片具有在可见光照射下光催化还原CO_2的性能,CO的生成速率为2.8μmol g~(?1) h~(?1).复合TiO_2纳米颗粒后,MoO_(3-x)-TiO_2-NP纳米复合物上,CO的生成速率提高到6.8μmol g~(?1) h~(?1).当复合TiO_2纳米管时,光催化性能显著提高,在Mo O_(3-x)-TiO_2-NT纳米复合物上,CO的生成速率可达12μmol g~(?1) h~(?1),约为MoO_(3-x)纳米片的四倍,此外还可观测到CH_4的生成.当我们将反应气氛由CO_2替换成N_2后,CO和CH_4的生成量几乎为零,证明CO和CH_4的生成主要来自CO_2的光催化还原.此外,我们还考察了MoO_(3-x)-TiO_2-NT纳米复合物光催化还原CO_2的催化性能稳定性,以12 h反应时间为一个循环,经3个循环反应后,催化剂的活性基本保持不变,证明该催化剂具有较好的稳定性.综上,我们通过MoO_(3-x)纳米片和TiO_2复合的策略,增强了MoO_(3-x)纳米片的LSPR效应,提升了催化剂对可见光的吸收能力,进而提高了MoO_(3-x)-TiO_2-NT纳米复合物光催化还原CO_2的性能.MoO_(3-x)-TiO_2-NT纳米复合物是一种具有发展潜力的光催化还原CO_2的可见光催化剂,且该纳米复合物调变LSPR效应的策略还有望用于增强其他LSPR光催化材料的光催化性能.     

球磨法制备Tm3+和Tm2O3掺杂TiO2及光催化活性研究

为了提高TiO_2的光催化活性,优化球磨工艺,采用球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO_2光催化剂,在300W中压汞灯光照下,对模拟染料亚甲基蓝(MB)溶液进行降解,考察稀土金属Tm以离子态或氧化物掺杂TiO_2的光催化活性,探究球磨中掺杂比、球料比对TiO_2光催化活性的影响,并用XRD、UV-vis DRS、SEM-EDS等对催化剂进行表征。结果表明,Tm~~(3+)的存在可以诱导TiO_2产生晶格畸变,Tm~2O_3/TiO_2和Tm~~(3+)/TiO_2对可见光产生响应,禁带宽度分别降低至2. 97 eV和3. 05 eV。当催化剂投入量为0. 2 g·L~(-1),亚甲基蓝(MB)溶液浓度为25 mg·L~(-1),Tm~~(3+)/TiO_2和Tm~2O_3/TiO_2的最佳掺杂比分别为2. 5%和3%、球料比为4:1、球磨转速为500rpm时,Tm~~(3+)/TiO_2、Tm~2O_3/TiO_2和纯TiO_2的一级反应速率常数分别可达0. 0689 min~(-1)、0. 0562 min~(-1)和0. 0263min~(-1)。     

超临界合成Pt修饰的TiO_2用于光催化CO_2还原制备太阳能燃料（英文）

考察了超临界条件下合成TiO_2基光催化剂的性质,尤其是在超临界CO_2下得到的分散在TiO_2上Pt的特性,并与商品化TiO_2性能进行了比较.另外,所得催化剂的光催化活性用CO_2光还原制太阳能燃料进行了评价.结果表明,该催化剂可得到具有比商用TiO_2更好或类似的性能(高比表面积、结晶度、表面羟基浓度,大的孔容、增强的可见光吸收、高的甲烷生成速率)而用于CO_2还原制备燃料的反应中.这可归因于该催化剂超临界介质合成过程.     

球磨法制备La_2O_3和La~(3+)掺杂TiO_2及光催化活性研究

采用球磨法制备了La_2O_3和离子态La掺杂TiO_2光催化剂,以300 W中压汞灯为光源,亚甲基蓝溶液为模拟废水,考察了掺杂比和球磨时间对样品光催化活性的影响。结果表明,当催化剂加入量为0.2 g·L~(-1),亚甲基蓝初始浓度为25 mg·L~(-1),La_2O_3和La~(3+)掺杂的最佳摩尔比分别为0.5%和3%,球磨时间为4个小时,La_2O_3/TiO_2,La~(3+)/TiO_2和纯TiO_2的一级反应速率常数k分别可达最大值为0.0467 min~(-1),0.0643 min~(-1)和0.0263 min~(-1)。     

C–Cl共掺杂TiO_2/凹凸棒复合催化剂的制备及其可见光催化性能（英文）

TiO_2光催化剂具有无毒、物理化学性质稳定及光催化活性较高等优点,因而在能源及环境净化等领域备受关注.但是,TiO_2纳米颗粒作为催化剂仍存在以下不足:(1)TiO_2带隙较宽,只能吸收利用太阳光能的紫外光部分,而照射到地球表面的太阳光大部分为可见光;(2)光生载流子(电子/空穴)的复合使得光催化活性不高;(3)纳米催化剂的回收利用困难;(4)单独使用TiO_2,成本较高;(5)针对低浓度有机污染,常见TiO_2催化剂比表面积较小,吸附富集能力较差,导致光催化降解效率较低.TiO_2自身这些缺陷大大限制了其进一步的实际应用.针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C-Cl共掺杂的TiO_2/凹凸棒(TiO_2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO_2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和C1同时成功掺进TiO_2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和C1的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO_2的载体,减少了TiO_2使用量,改善了TiO_2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO_2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO_2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO_2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.TiO_2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO_2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO_2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.     

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.     

离子交换法制备高光催化活性Bi_2WO_6@Bi_2S_3异质结纳米片（英文）

社会经济快速发展的同时,也带来了日益严峻的环境污染问题.半导体光催化氧化技术因节能环保而在环境领域有广阔的应用前景.作为最具有代表性的半导体光催化材料,TiO_2因为其禁带宽度(3.2 eV)比较大,只能被紫外光激发,因而对太阳能的利用率较低.作为一种最简单的含铋层状氧化物,Bi_2WO_6的禁带宽度(2.7 eV)相对较小,可以部分利用太阳光中的可见光,因而受到广大研究者的青睐.但是,Bi_2WO_6光催化材料的可见光响应范围较窄,仅能被波长小于450 nm的光激发,且激发后的光生载流子容易复合,导致光催化效率不高.因此,迫切需要对Bi_2WO_6光催化材料进行结构修饰与改性,采用拓展其光响应范围和抑制载流子复合,来提高其光催化活性.本文采用离子交换法原位合成了具有核-壳结构的Bi_2S_3@Bi_2WO_6纳米片,充分利用Bi_2S_3优良的可见光响应性能和半导体异质结光催化剂的构建,来提高Bi_2WO_6的光催化活性.结果表明,随着Na2S·9H2O用量从0增加到1.5 g,所得催化剂的光活性不断提高,X3B的降解速率常数由0.40×10~(-3) min~(-1)增加到6.6×10~(-3) min~(-1),催化剂活性提高了16.5倍.当进一步增加Na2S·9H2O的用量时(1.5.3.0 g),复合催化剂的光活性下降.这是由于过多Na2S·9H2O的引入导致在催化剂表面生成了没有光活性的NaBiS2层(Bi_2S_3+Na_2S=2NaBiS_2),占据了催化剂的活性位点,阻碍了染料分子与催化剂的直接接触.Bi_2WO_6@Bi_2S_3异质结纳米片光活性的提高,可归因于Bi_2S_3的敏化作用极大拓展了复合催化剂的光响应范围;另一方面,Bi_2WO_6和Bi_2S_3两者之间的半导体异质结效应有效促进了光生载流子在空间的有效分离,抑制了光生电子-空穴的复合,从而提高了复合催化剂的催化效率.本研究为其他半导体复合材料的原位生长制备提供了新的思路     

碳载氧化锰表面氧还原反应路径研究(英文)

氧还原反应(ORR)是一个复杂的过程,尤其在碱性电解液中,炭载型催化剂表面的ORR路径尤为复杂,因为碳本身可以催化ORR以二电子转移过程发生,产生过氧化氢,继而过氧化氢或者发生化学分解生成氧气(HODR),或者发生电化学还原生成OH(HORR).本文详细研究了ORR在常用氧化锰催化剂表面的反应路径.通过比较HODR和HORR的转换频率发现,尽管利用旋转环盘电极方法得到的表观电子转移数接近4,真实的ORR主要是2电子过程,反应生成的过氧化氢继而大部分发生化学分解生成氧气.该结果有助于理解碱性电解质中炭载型过渡金属氧化物电催化剂对ORR的催化行为.     

Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7复合层状钙钛矿的合成及光催化分解水产氢性能(英文)

自从分解水产氢被首次报道以来,许多光催化剂被开发出来并用于光催化分解水产氢.然而,由于光生电子和空穴的复合率普遍较高,大部分的光催化剂分解水产氢效率都很低.因此,开发新型高效的光催化材料至关重要.具有(Bi_2O_2)~(2+)(A_(m-1)M_mO_(3m+1))~(2-)通式的Aurivillius相层状钙钛矿材料因具有独特的层状结构、元素可调性以及优异的电荷传输和分离能力而广泛应用于光催化分解水和去除有机污染物.此外,当该类层状钙钛矿被剥离成超薄纳米片时,其光催化性能进一步提高.为了进一步提高层状钙钛矿的载流子分离能力,将客体(如贵金属,半导体等)通过化学反应的途径插入到层状钙钛矿的层间区域,从而合成出复合层状钙钛矿被广泛发展和应用.然而,引入的客体主要是贵金属和半导体,这类客体的高成本和不均匀分布制约了其进一步的应用.由于廉价、无毒和稳定等优点,镍基材料如Ni,NiO,Ni_2O_3,NiS,NiS_2,Ni(OH)2和Ni(OH)x等被广泛用作增强电极材料的光电性能和催化剂的光催化分解水产氢性能的助催化剂.本文采用简单的原位化学反应法制备出镍基配合物Ni-CH_3CH_2NH_2(Ni-EA)插层的Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7(Ni-EA/HSNNs)复合层状钙钛矿;然后采用X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱等手段对Ni-EA/HSNNs光催化剂进行了系统的研究.XRD结果表明,引入Ni~(2+)后,HSNNs层间距减小并且平行于钙钛矿层的晶面结晶度增强,证明HSNNs沿垂直于钙钛矿层的方向出现了层层组装.FTIR和XPS结果表明,引入的Ni~(2+)与HSNNs层间和表面的乙胺分子之间存在较强的相互作用,结合高分辨透射电镜图可知,Ni的存在形态可能为配合物Ni-EA.由此可见,当向HSNNs中引入Ni~(2+)时,Ni~(2+)和HSNNs层间和表面的乙胺分子反应生成带正电的配合物Ni-EA,由于Ni-EA与HSNNs的钙钛矿层带有异种电荷,两者之间存在较强的静电相互作用力,从而引起钙钛矿纳米片HSNNs的层层组装,最后形成Ni-EA/HSNNs复合层状钙钛矿.光催化分解水产氢性能测试结果表明,当引入0.5 wt%Ni时,复合层状钙钛矿表现出最优的光催化性能.与HSNNs(241.58μmol/h)相比,0.5%Ni-EA/HSNNs的光催化分解水产氢速率(372.67μmol/h)提高了0.54倍,表现出与0.5%Pt/HSNNs可比拟的光催化活性,可见,非贵金属Ni具有替代贵金属Pt的能力.进一步的研究表明,镍基配合物Ni-EA显著增强了催化剂的光生载流子的传输和分离能力,从而提高了其光催化分解水产氢性能.该文为光催化分解水产氢提供了一种简便的合成非贵金属配合物助催化剂的方法.     

铈锰/硅基气凝胶载体的制备及其在合成碳酸二苯酯中的应用

分别采用原位合成法、浸渍法制备不同组成的铈锰/硅基气凝胶载体,利用XRD、BET、TEM、EDS、FT-IR等手段对其结构进行表征.结果表明:采用浸渍法制备的铈锰/复合硅基气凝胶,铈锰金属氧化物为纳米尺寸颗粒,孔道保留较为完整.以苯酚催化氧化羰基化合成碳酸二苯酯反应,考察了铈锰/硅基复合气凝胶载体载钯催化剂的催化性能,结果表明以浸渍法制备组分为m(Ce+Mn)/m(SiO_2)=20%载钯催化剂,在反应压力5 MPa、反应温度75℃、反应时间6 h时,碳酸二苯酯单程收率可达21.58%,选择性为99.27%.     

多孔石墨相氮化碳限域Ag/Au纳米颗粒催化还原对硝基苯酚

利用多孔石墨相氮化碳(pg-C_3N_4)的限域能力,采用光还原法制备了一系列不同负载量的Ag@pg-C_3N_4和Au@pg-C_3N_4纳米复合催化剂.通过X射线衍射、N2物理吸附、透射电子显微镜、X射线光电子能谱对复合催化剂的理化性质进行了表征,并且研究了两类催化剂催化还原对硝基苯酚的能力.结果表明,所制备的催化剂均表现出较好的催化活性,其中10 wt%Au@pg-C_3N_4催化剂的性能最佳,反应速率常数达到2.2601min~(-1).     

二氧化钛薄膜上三氯乙烯光催化氧化反应机理

 研究了二氧化钛薄膜上三氯乙烯(TCE)气相光催化氧化的反应机理. 结果表明,TCE气相光催化氧化反应生成的氯气可引发TCE的连锁反应. 当添加氯气的浓度相同时TCE表面光催化反应的初速率约为光化学反应初速率的2倍,说明连锁反应主要发生在催化剂表面. 氯可吸附在催化剂表面,作为电子的接受体抑制空穴与电子复合,提高TiO2光催化剂的活性. 除了TCE与吸附在催化剂表面的·OH的相互作用及反应产物/中间产物二氯乙酰氯的光催化分解可生成氯气以外,光气在与氯气共存时的光分解也有利于氯的生成.     

氨法选择性还原氮氧化物V_2O_5/TiO_2-PILC催化剂的抗硫性能（英文）

选择性催化还原(SCR)是目前去除氮氧化物最有效的方法之一.V_2O_5/TiO_2催化剂被广泛应用于氨法选择性还原氮氧化物(NH_3-SCR)反应,但该催化剂存在工作温度高(300–400℃)及SO_2氧化率高引起设备腐蚀和管路堵塞等问题,开发低温SCR催化剂具有重要意义.过渡金属氧化物(如Fe_2O_3,MnO_x和CuO等)催化剂用于低温SCR先后见诸文献报道,但这些催化剂在SO_2和H_2O存在下易失活.近年来柱撑黏土(PILC)引起科学家广泛关注,Yang等首次将V_2O_5/TiO_2-PILC催化剂应用于NH_3-SCR反应,发现其催化活性高于传统V_2O_5/TiO_2催化剂.柱撑黏土基催化剂在NH_3-SCR反应中也显示出良好抗硫性能,但V_2O_5/TiO_2-PILC催化剂的抗硫机理至今尚未见深入研究.因此我们制备了一系列V_2O_5/TiO_2-PILC催化剂,采用原位漫反射红外等方法详细研究了其抗硫性能较好的原因.首先采用离子交换法制备出TiO_2-PILC载体,之后采用浸渍法制备了不同钒含量(质量分数x/%=0,3,4,5)的xV_2O_5/TiO_2-PILC催化剂.同时,制备了传统V_2O_5/TiO_2和V2O5-MoO_3/TiO_2催化剂作为对比.活性评价结果显示,4V/TiO_2-PILC催化剂具有最高的催化活性,其催化性能与传统钒钛催化剂相当.在160℃时,NO转化率可达80%以上.同时,4V/TiO_2-PILC催化剂还具有较宽的反应温度窗口,在260–500℃范围内,NO转化率保持在90%以上.向反应体系中加入0.05%SO_2和10%H_2O后,在低温(160℃以下)时所有催化剂的反应活性都有一定提高,可能是由于SO_2的加入提高了催化剂的表面酸性.继续升高温度,4V/TiO_2和4V6Mo/TiO_2催化剂活性均明显下降,而4V/TiO_2-PILC催化剂的活性则未出现明显下降.原位漫反射红外光谱结果显示,SO_2在三种催化剂表面的吸附以表面硫酸盐或亚硫酸盐物种以及离子态SO_4~(2–)物种形式存在,而在4V/TiO_2-PILC催化剂表面离子态SO_4~(2–)物种的量最少.X射线光电子能谱及O_2程序升温脱附结果显示,在4V/TiO_2-PILC催化剂上,表面吸附氧(Oads)的量最少.综合上述分析可以得出,在SO_2气氛下,离子态SO_4~(2–)物种在SCR催化剂表面的累积可能是导致其失活的主要原因,而离子态SO_4~(2–)物种的形成可能与催化剂表面吸附氧的量有关.     

Cr3+取代的磷钒铬三元杂多化合物K13PV12Cr2O42·nH2O催化H2O2分解的研究

在合成一种新的杂多化合物(K13PV12Cr2O42)的基础上,进一步考察了反应温度、过氧化氢起始浓度,以及该杂多化合物作为催化剂时的用量对过氧化氢分解反应的催化作用;并将其与同结构的杂多化合物K7PV12Mo2O42对该反应的催化作用进行了比较。在30～50℃范围内得到了催化反应的速率常数,并由Arrhenius公式计算出反应的活化能约为70.63kJ·mol-1,表明所合成杂多化合物对H2O2分解具有良好的催化性能,也说明Cr3+对V5+的取代有助于改善杂多化合物的催化性能。推导出了H2O2催化分解反应的速率方程。     

负载型铈基催化剂在NH_3-SCR反应中的载体效应（英文）

近年来,氨-选择催化还原(NH_3-SCR)技术被公认为是控制燃煤烟气和柴油车尾气氮氧化物(NO_x)排放的最有效手段之一.V_2O_5-WO_3/TiO_2和V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂在300-400°C范围内表现出优异的脱硝性能和抗H_2O和SO_2中毒性能,因而被广泛用于NH_3-SCR过程.然而,钒基催化剂存在一些缺点,如氧化SO_2到SO_3的活性较高、高温下将部分NH_3非选择性地氧化成N_2O、V_2O_5具有生物毒性等.因此,非钒基脱硝催化剂的研制引起人们越来越多的关注.二氧化铈(CeO_2)因具有氧化还原性能优异、储/释氧能力强和Ce~(3+)/Ce~(4+)转换容易等优点而广泛用于NH_3-SCR反应.然而,单纯CeO_2的脱硝性能并不理想.研究表明,将CeO_2制备成铈基复合金属氧化物催化剂和负载型铈基催化剂可显著提高其在NH_3-SCR反应中的催化性能.尤其是负载型铈基催化剂由于催化性能优异、比表面积大、热稳定性高及活性组分用量少而成为研究热点.众所周知,对于负载型金属氧化物催化剂,载体并不只是惰性材料,它会显著影响表面负载组分的物理化学性质和催化性能.因此,关于载体与组分间相互作用的研究常见诸报道.但是,对于负载型铈基催化剂,具有不同晶相结构的载体对其理化性质和NH_3-SCR催化性能的影响规律尚不明晰.此外,SiO_2,γ-Al_2O_3,ZrO_2和TiO_2是工业上常用的四种催化剂载体,它们具有不同的晶相结构和应用场合,究竟哪一个最适合作为负载型铈基催化剂的载体用于NH_3-SCR反应尚无定论.因此,为了阐明负载型铈基催化剂在NH_3-SCR反应中的载体效应,筛选出最佳的催化剂载体,我们首先采用溶胶-凝胶法和沉淀法合成了SiO_2,γ-Al_2O_3,ZrO_2和TiO_2四个载体,再通过浸渍法制备了一系列负载型铈基催化剂(CeO_2/SiO_2,CeO_2/γ-Al_2O_3,CeO_2/ZrO_2和CeO_2/TiO_2)用于NH_3-SCR反应.并借助于X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测定(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气-程序升温还原(H_2-TPR)以及氨气-程序升温脱附(NH_3-TPD)等表征手段对上述载体和催化剂进行了较为全面的分析.研究结果表明,这些负载型铈基催化剂的理化性质和脱硝性能强烈地依赖于催化剂载体.首先,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂的表面Ce3+含量明显大于CeO_2/SiO_2,CeO_2/ZrO_2和CeO_2/TiO_2催化剂,有利于氧空位的产生以促进NO分子的解离,进而导致优异的NH_3-SCR反应性能.其次,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂具有最佳的还原性能,有利于NO氧化为NO_2,进而通过"快速NH_3-SCR"途径提升其催化性能.再者,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂表面酸性位最多,能够促进反应物NH_3分子的吸附与活化,从而提高脱硝性能.最后,CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂在H_2O和SO_2存在的条件下同样表现出最佳的催化性能,表明其有望用于实际燃煤烟气脱硝.     

高热稳定性TiO_2空心微球高效光催化氧化丙酮(英文)

空心结构材料具有低密度、高通透性和易于回收的优点,因此人们对空心球的TiO_2,如TiO_2空心微球(TiO_2-HMSs)的制备非常感兴趣.但是普通TiO_2-HMSs的热稳定性较差,一般在600°C以上就由活性较高的锐钛矿相相变成活性很差的金红石相.考虑到氟离子能够抑制TiO_2相变,因此我们以Ti(SO4)2为钛源,在NH4F和H_2O2的共同作用下,于180°C水热制备了由空心颗粒自组装成的表面氟化的TiO_2-HMSs,并考察了其热稳定性与光催化氧化分解丙酮的性能.研究发现,当焙烧温度从300°C上升到1000°C时,TiO_2平均粒径从79.0 nm逐渐增大到97.7 nm,结晶度从1.00增大到1.53.这是由于热处理促进了TiO_2颗粒的晶化.当进一步升温到1100°C时,XRD谱开始出现金红石相TiO_2的特征衍射峰,此时约18.4%的锐钛矿相开始向金红石相转化.因此,本文制备的二氧化钛锐钛矿相可以稳定到1000°C,显示出优良的高热稳定性.扫描电镜显示,水热制备的TiO_2-HMSs是由高能(001)面暴露的TiO_2十面体纳米晶组装而成.随着焙烧温度提高到900°C,空心微球外观没有显著改变,但是组装体纳米晶暴露出来的空洞逐渐变小,晶粒变得圆滑;至1100°C时,空心微球组装体的纳米晶变成了球形颗粒,但是空心微球的空心结构没有坍塌,空心微球结构依然得到保留.我们用丙酮的紫外光催化氧化分解来评价不同温度焙烧的TiO_2空心微球的光催化活性.结果显示,前驱体TiO_2空心微球于300°C焙烧2 h,丙酮的氧化速率从1.39×10-3 min~(-1)(前驱体)降至0.82×10-3 min~(-1)(T300样品),这是因为样品表面吸附的氟离子受热挥发所致;当焙烧温度从300°C提高到900°C时,催化剂活性从0.82×10~(-3) min~(-1)升至2.09×10~(-3) min~(-1),这是由于焙烧促进了TiO_2的晶化;进一步升至1000和1100°C时,催化剂活性显著下降,这是由于催化剂的比表面积急剧减小和金红石相的生成.总之,本文利用氟离子的化学诱导作用制备出表面氟化的空心颗粒自组装TiO_2空心微球,该TiO_2空心微球显示出超高热稳定性与高光催化活性,因此在高热环境中具有实际应用前景.     

配位化学中的直线自由能关系 ⅩⅪ.铜(Ⅱ)—13-取代苄基-1,4,8,11-四氮杂环十四烷-12,14-二酮配合物的生成及酸分解行为研究

采用pH法,在25.0±0.1℃,I=0.1mol·dm_3(KNO_3条件下,测定了13-取代苄基-1,4,8,11-四氮杂环十四烷-12,14-二酮的质子化常数及其与CU(Ⅱ)配位的平衡常数讨论了配体与金属离子的配位方式.在25.0±0.1℃,离子强度为0.1mol·dm~3(KNO_3)下,采用分光光度法,研究了这此配体铜(Ⅱ)配合物的酸分解动力学行为.探讨了配合物酸分解反应机理,得到了速控步的速率常数.发现配位反应平衡常数与配体的质子化常数及配合物酸分解反应速率常数之间存在较好的Hammett型和Br(?)nsted型直线自由能关系.同时探讨了取代基对配合物生成及酸分解的影响情况.     

氧在球磨石墨载过渡金属氧化物催化剂上还原动力学研究

本文研究了过渡金属氧化物Co3O4、NiCo2O4和MnO2与振动活性石墨复合后对氧阴极还原的催化作用。旋转盘-环电极的数据表明, 氧在该复合催化剂上的还原反应是一个包括异相催化分解的循环过程, 即氧主要在活性石墨上还原生成中间产物HO2^-, HO2^-又能在氧化物上催化分解, 产生的氧气重新在活性石墨上还原, 这样循环的最终结果生成了OH^-。氧化物分解HO2^-的速率越快, 则氧还原的总电子数越接近于4。     

氧在球磨石墨载过渡金属氧化物催化剂上还原动力学研究

本文研究了过渡金属氧化物Co3O4、NiCo2O4和MnO2与振动活性石墨复合后对氧阴极还原的催化作用。旋转盘-环电极的数据表明, 氧在该复合催化剂上的还原反应是一个包括异相催化分解的循环过程, 即氧主要在活性石墨上还原生成中间产物HO2^-, HO2^-又能在氧化物上催化分解, 产生的氧气重新在活性石墨上还原, 这样循环的最终结果生成了OH^-。氧化物分解HO2^-的速率越快, 则氧还原的总电子数越接近于4。