低温红外光谱研究CuO/γ-Al_2O_3上CO和NO选择性吸附

CuO作为催化剂的主要活性组分已应用于氧化、加氢、CO和碳氢化合物的燃烧,N0x还原等多种催化反应中,有关N0、CO在CuO上吸附的红外光谱研究已有一些报导.London和Bell曾研究CO和NO在CuO/SiO_2上的反应,他们根据红外光谱和动力学测量结果推测NO主要离解吸附于Cu~0上,而CO则吸附在Cu~+或Cu~(2+)上.Busca在未还原的CuO样品上,观测到CO在Cu~+上的红外吸收峰最强,从而认为体相为CuO的样品,铜在其表面主要由Cu~+并伴以Cu~(2+)构成.本文研究了CuO/γ-Al_2O_3上NO、CO单独、交替和共吸附时的低温红外光谱,证明当NO和CO共存时,NO选择吸附于Cu~(2+)上,而CO选择吸附于Cu~+上。     

低温红外光谱研究CuO/γ-Al2O3上CO和NO选择性吸附

The low temperature infrared spectroscopy was applied to investigate the adsorp-tion of NO and CO on CuO/γ-Al_2O_3. The measured infrared bands were asigned. The results of alternate adsorption and coadsorption of NO and CO exhibited that Cu~(2+) and Cu~+ sites coexist on the surface of oxidized CuO/γ-Al_2O_3 and the selective ad-sorption of CO/Cu~+ and NO/Cu~(2+) was observed.     

CuO／γ—Al2O3上CO和NO吸附的红外光谱研究：Ⅱ.还原态

应用红外光谱技术研究了CO和NO及其混合气体在还原态CuO/γ-Al_2O_3上的吸附.XRD分析样品物相仅有Cu~0,但是,XPS和IR都证明样品表面上除Cu~0外,还有Cu~(2+)和Cu~+。CO以分子态的形式吸附在Cu~+和Cu~0上(低于173K,无NO存在时,CO可以吸附在Cu~(2+)上);NO以分子态吸附在Cu~(2+)上,在Cu~0上为离解吸附(173K以下,无CO存在时,NO可以吸附在Cu~+上)。CO吸附时,表面还生成HCO_3~-、CO_3~(2-)、HCOO~-,NO吸附时,除被氧化为NO3~-外,表面上还出现N_2O物种;高于室温时,CO和NO共吸附,表面上除生成HCO_3~-、CO_3~(2-)和N_2O外,还有NCO~-物种生成,讨沦了CO和NO反应的基本步骤。     

乙烯在CuO/γ-Al_2O_3上吸附性能的研究

用程序升温脱附技术研究了γ-Al_2O_3,CuO及一系列CuO/γ-Al_2O_3的乙烯吸附性能。用X射线相定量(内标)法测定了CuO/γ-Al_2O_3中晶相CuO含量。以CuO/γ-Al_2O_3样品中晶相CuO含量对总含量作图,可以得到一个典型的、呈现阈值的图。此阈值相当于100米~2载体能分散0.046克铜。在阈值水平以下,CuO都能作为离子分散在γ-Al_2O_3表面;阈值水平以上,出现晶相CuO,但分散在表面的CuO量维持不变。在阈值以下,CuO/γ-Al_2O_3对乙烯吸附量随CuO含量而增加;在阈值处,乙烯吸附量达到极限,每平方米样品吸附3×10~(17)个乙烯分子,比γ-Al_2O_3的吸附量大两个数量级;在阈值以上,乙烯吸附量不再改变。吸附量与分散的CuO量有很好的对应关系。乙烯在CuO/γ-Al_2O_3上脱附活化能的测定值为15千卡/克分子。大致与π络合的键能相当。 提出了乙烯在氧配位为4的表面Cu~(++)上才能形成稳定π络合物的模型。较好地解释了吸附乙烯与Cu~(++)的分子比小于1(CuO0.63重量％,分子比为0.15),且随表面Cu~(++)密度的增加而下降等实验事实。     

利用CO和NO吸附的红外光谱表征还原态的Ru-Co-Mo/Al_2O_3催化剂

用CO和NO吸附的红外光谱表征了还原态的Ru-Co-Mo/Al_2O_3催化剂。结果表明,和Ru/Al_2O_3相比,CO吸附于Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Ru中心上的红外谱带向高波数移动;和Co-Mo/Al_2O_3相比,CO和NO吸附在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Co、Mo中心上的特征谱带向低波数移动;通过TPD-IR还可看到,CO和NO在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的吸附量及脱附温度大大地提高了。这些结果说明在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Ru中心上的部分电子转移到Co、Mo中心或其周围,或者Ru中心的存在促进了Co、Mo中心的还原。     

氧化物在载体上的存在状态及其还原性能研究——NiO/γ-Al_2O_3和CuO/γ-Al_2O_3体系

本文用透射电子显微镜、选区电子衍射和X光衍射研究NiO/γ-Al_2O_3和CuO/γ-Al_2O_3体系,结果表明,氧化物在载体表面有单层分散和晶相两种状态。当氧化物含量低于某一阈值时,呈单层分散态,高于此阈值时出现晶相。氢还原研究表明,单层分散态比晶态难还原。晶相NiO在300—400℃还原,单层分散态则要450—530℃;晶相CuO在约180℃时还原,单层分散态则要240—400℃。无论是单层分散的或晶相的氧化物,还原得到的金属都是晶相,但单层分散的氧化物还原出来的金属晶粒较小。     

CO和NO在Rh-V/SiO2上吸附的红外光谱研究

应用原位红外光谱研究了ＣＯ和ＮＯ在还原态Ｒｈ／ＳｉＯ２，Ｒｈ－Ｖ／ＳｉＯ２催化剂上的化学吸附。５７３Ｋ氢还原后，Ｒｈ／ＳｉＯ２上的部分Ｒｈ中心处于Ｒｈ＾０和Ｒｈ＾δ＋（δ≤１）两种状态。加入助剂Ｖ后，Ｒｈ与Ｖ之间发生了某种化学作用，这种作用有利于Ｒｈ金属向钒离子转移电子生成Ｒｈ＾δ＋中心。由ＣＯ和ＮＯ共吸附结果可得：ＮＯ对ＣＯ吸附具有两种影响，一是取代ＣＯ，二是使Ｒｈ＾０中心部分氧化生成Ｒｈ＾δ＋     

Mo_2C/γ-Al_2O_3催化剂上苯加氢反应的原位红外光谱研究

采用程序升温反应法制备了钝化态、还原钝化态和新鲜态Mo2C/γ-Al2O3催化剂,结合原位红外光谱表征技术和反应性能评价,考察、比较了三种催化剂苯加氢反应活性.原位红外光谱结果表明,新鲜态Mo2C/γ-Al2O3催化剂在室温就显示了较好的苯加氢反应活性,表现了类贵金属的催化活性.CO吸附在反应前后新鲜态Mo2C/γ-Al2O3催化剂上的对比结果表明,低价态的Mo位(Moδ+(0δ2))是苯加氢反应活性中心.三种催化剂的反应活性结果表明,新鲜态Mo2C/γ-Al2O3催化剂反应活性最好,催化剂寿命最长,失活之后在500°C下H2处理即可恢复原有活性.     

CO在Ni-k/Al_2O_3系催化剂上吸附红外光谱研究

用红外光谱技术研究了(1)室温至300℃时CO 在Ni-K/Al_2O_3系催化剂上的吸附态,(2)室温抽气脱附中各吸附态的稳定性及(3)吸附CO 的解离。CO 吸附时形成的表面生成物为:一氧化碳(CO),羧酸基(COO-),碳酸氢盐(HCO_3~-),简单碳酸盐和二配位碳酸盐(CO_3~-)。各种吸附态的稳定性与催化剂中K 含量及温度的关系密切。在K 含量>1mg atom/g-Al_2O_3的催化剂上,在1803—1774cm~(-1)形成了一个稳定的、构型尚不清楚的CO 吸附态。另外,讨论了表面羧酸基和碳酸盐形成的机理。     

CuO／γ—Al2O3上NO吸附及其歧化反应的低温红外光谱研究

应用原位低温红外光谱技术，研究了ＮＯ在氧化态和还原态ＣｕＯ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂上，从１５０℃到室温的吸附及其在表面上发生的反应。重点研究了歧化反应与温度的关系和歧化产物之－Ｎ２Ｏ在表面的吸附。     

原位红外光谱研究Ni/Al2O3催化剂上CO的吸附态:Ⅰ.CO的倒式吸附态

CO在过渡金属上的吸附方式一般认为可分成三类:线式吸附态,桥式吸附态和多重键吸附态.这些吸附态的C—O伸缩振动具有红外活性,共振动频率分别位于～2050,～1950和～1700cm~(-1).但也有人认为CO在过渡金属表面上可能会形成倒式吸附态,即C—O键向表面倾斜,甚至平行于表面.例如,Dijk等曾推测在Ni/SiO_2催化剂上CO可能形成倒式双点吸附态(即C,O原子同时与表面成键).Krasser等用喇曼光谱研究CO在Ni/SiO_2上的吸附态时发现在330cm~(-1)处有一喇曼峰,认为这个峰可能来自倒式     

氧化及硫化形式的Co-Mo、Ni-Mo分散在γ-Al_2O_3上的吡啶吸附红外光谱特征

本文主要测定氧化及硫化形式的Ni-Mo,Co-Mo催化剂的吡啶吸附红外光谱。实验结果表明,MoO_3能很好地分散在催化剂表面上,而表面上的OH基团对这种分散起着重要的作用。 红外光谱也表明,助剂Co和Ni的加入对于促进MoO_3在表面上的分散起着一定作用。 结合喹啉加氢脱氮动力学结果及热重分析实验,预期表面上的Brosted座位对加氢脱氮并不起很大作用,而一种特殊形式的Lewis座位对加氢脱氮可能起着很重要作用。     

Pd/SiO_2-Al_2O_3上苯吸附与氢化制环己烷的原位红外光谱研究

对负载在硅铝胶上的钯催化剂分别在175℃(LTR)和400℃(HTR)下进行还原预处理。采用原位IR谱研究了He和H_2气氛中苯在载体和负载钯催化剂上的吸附和反应行为。结果表明,对苯氢化反应,载体SiO_2-Al_2O_3没有活性,Pd/SiO_2-Al_2O_3中LTR的活性比HTR的高。在70℃下反应比25℃下快。文中提出了可能存在两类活性中心的看法。     

硫化态的Mo/γ-Al_2O_3,Mo/ZrO_2甲烷化催化剂上CO吸附及TPD的研究

应用探针分子吸附研究硫化态的钼基催化剂上(CO+H_2)的甲烷化反应,最早是由Weller等于1977年提出的低温氧吸附开始的,此后一直是很活跃的研究课题之一.大多数作者认为低温氧吸附量与甲烷化活性有着线性关系.然而,已知O_2既非反应物亦非产物,且在室温或低温下吸附,因而用O_2作为探针分子是间接的.近年来已有少数作者对H_2的吸附,程序升温脱附(TPD)以及低温下CO的吸附进行了研究.     

NiO在γ-Al_2O_3及 TiO_2/γ-Al_2O_3载体上的表面存在状态

本文采用 LRS, XRD, UV-DRS, TPR考查了γ-Al2O3上 TiO2的分散容量,分散态 Ti4＋离子的配位环境; NiO在经 TiO2改性后的γ-Al2O3载体上的分散容量。结果表明：（ 1） TiO2在γ-Al2O3表面的分散容量约为 0.62 mmol/100m2γ-Al2O3,当 TiO2含量低于该分散容量时 Ti4＋在γ-Al2O3载体表面以嵌入形式呈离子态分布;而含量高于分散容量时还有结晶态的 TiO2出现。（ 2） NiO在 TiO2/γ-Al2O3载体表面的分散容量约为 1.1 mmol/100m2γ-Al2O3,比之在γ-Al2O3载体表面的分散容量 (1.5mmol/100m2γ-Al2O3)要低,这是由于γ-Al2O3表面上部分空位被 Ti4＋离子占据。用表面相互作用的“嵌入模型” (Incorporation Model）讨论了这些结果。     

Ru-La_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂合成、表征及CO选择氧化

采用浸渍法制备系列Ru-La2O3/γ-Al2O3复合氧化物催化剂,通过XRD、H2-TPR、CO-TPR、XPS、BET等方法对催化剂进行表征,考察La2O3的加入量、预处理方法对催化剂上CO选择氧化性能的影响.结果表明,110-170℃时Ru1La6/Al2O3催化剂上CO转化率达到99%以上,氧气利用率达55.7%以上.和Ru/Al2O3相比,Ru1La6/Al2O3催化剂在较低温度具有高活性,活性温度区间变宽.适量La2O3的加入促进了活性组分在载体表面分散,提高了催化剂的活性.经氢气预处理的Ru1La6/Al2O3催化剂活性最佳,催化剂上Ru物种结合能降低,表面钌物种活性位增多,且表面晶格氧浓度增大,更有利于CO气体在催化剂表面上的氧化反应.     

PbO/γ-Al_2O_3催化剂上甲烷氧化偶联的反应特性

从金属氧化物-担体相互作用观点研究了PbO/γ-Al_2O_3催化剂上甲烷氧化偶联的反应特性,进行了反应评价及XPS和XRD测定。结果表明:(1)即使PbO含量较低,处于单层分散状态的PbO仍与PbO微晶共存于γ-Al_2O_3表面;(2)PbO/γ-Al_2O_3对甲烷氧化偶联反应的活性与表面Pb/Al原子比线性相关;(3)PbO在氧化气氛中部分转化为PbO_2,部分与Al_2O_3化合生成PbAl_2O_4复合氧化物,是难以提高表面P/Al原子比的主要原因。     

气相吸附法制备复合载体TiO_2/γ-Al_2O_3及TiO_2在γ-Al_2O_3表面的分散状态

采用气相流动吸附法,以N_2为载气携带TiCl_4通过γ-Al_2O_3床,使TiCl_4吸附在γ-Al_2O_3表面上,经水解、干燥和焙烧制得TiO_2/γ-Al_2O_3复合载体。用XRD,LRS和TEM等表征手段研究了TiO_2在γ-Al_2O_3表面上的分散状态。结果表明,TiO_2在γ-A1_2O_3表面有一分散阈值(0.168 g TiO_2/g γ-Al_2O_3,在阈值以下TiO_2以单层或亚单层分散形式存在,在阈值以上则出现晶相,未发现有体相化合物生成。测定了TiCl_4穿透曲线和吹扫曲线,为用气相流动吸附法制备TiO_2/γ-Al_2O_3复合载体工艺条件的选择提供了基础。     

等离子体改性CuO/γ-Al_2O_3催化剂催化低浓度甲烷燃烧性能

为了研究CuO/γ-Al_2O_3催化低浓度甲烷燃烧性能,采用普通浸渍法和低温等离子体改性的方法分别制备了CuO/γ-Al_2O_3和CuO/γ-Al_2O_3-P催化剂,并用于低浓度甲烷燃烧,考察了Cu负载量和等离子体改性工艺对其催化活性的影响。结果表明,Cu负载量为7%时,催化剂的活性最强。改性气体、气体空速、放电电压、放电频率、等离子体处理时间均是影响催化剂活性的因素。氧气适合用作催化剂的改性气体,而氮气不宜作为改性气体使用。氧气作为改性气体时,最佳的改性工艺条件为峰峰值电压45 kV、放电频率14.71 kHz、等离子体处理时间30 min、氧气空速20 mL/(min·g)。在此工艺条件下制备的催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧,可使t10降低23℃、t50降低6℃、t90降低19℃,同时,可使反应的活化能由79.27 kJ/mol降低为76.12 kJ/mol。催化剂的SEM、BET、XRD、XPS、H_2-TPR表征结果表明,等离子体对催化剂的改性作用主要在于增大了催化剂的比表面积、促使催化剂中Cu周围电子云密度降低及体相氧向表面氧迁移,从而利于甲烷在催化剂表面的吸附、活化和转化。