钙钛矿型La_((1 x)/2)Sr_((1-x)/2)Co_(1-x)Cu_xO_3催化CO氧化活性与表征

研究了钙钛矿型LaSrCoCu_xO_3催化剂对CO氧化反应的催化活性及其表面氧的催化作用．结果表明，x＝0．4的催化剂对CO氧化具有最高催化活性，常压及本实验条件下CO完全氧化的最低温度为168℃；催化剂均为氧缺陷化合物，吸附于表面晶格氧缺陷上的吸附氧是CO氧化反应的活性氧物种；并发现催化剂中存在有非常价态的C04 ，认为CO氧化反应是通过吸附氧调变Co3 和Co4 价态而进行．     

Sr掺杂钙钛矿体系中高活性氧析出反应机制（英文）

析氧反应(oxygen evolutionreaction OER)是电催化分解水、二氧化碳还原、金属-空气电池以及燃料电池等能源转化及存储技术的关键过程,因此被广泛关注和研究.OER过程涉及四个电子转移,是动力学迟滞过程,具有较大的过电位,此外OER催化反应的同时也可能改变电极表面状态,故其机理的研究十分困难.设计和开发高效OER催化剂材料是提高电解水效率的关键.最近的研究发现反应后催化剂表面会发生重构,进而形成无定形层,该无定形层被认为会改善催化活性.我们的前期研究也发现了表面不饱和配位无定形层的存在,但对于重构机制尚没有明确的解释.本文在上述研究基础上,利用熔盐法合成了一系列具有多孔结构的不同Sr含量的LaCo0.8Fe0.2O3-δ钙钛矿材料,通过电化学装置测试其催化活性,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、比表面积测试(BET)和软硬X射线吸收谱技术等表征手段对其进行了深入探索.XRD测试结果表明,Sr掺杂LaCo0.8Fe0.2O3-δ钙钛矿材料的主峰随着Sr含量增加向低角度偏移,这是由于Sr的离子半径较La的大.SEM和BET测试结果表明,不同Sr含量样品均表现出多孔的钙钛矿结构,并具有相似的比表面积,说明Sr含量变化不影响催化剂的形貌和比表面积.利用硬X射线吸收谱对体相Co和Fe元素的价态进行了研究,发现随着Sr含量的增加,Co和Fe离子的价态没有明显变化.类似地,利用软X射线吸收谱对表面层Co和Fe价态进行的研究发现,Co和Fe均表现出+3价,但在氧元素的K边吸收谱上观察到明显的氧空穴存在.电化学测试结果表明,催化剂的活性随Sr含量增加而增大.总之,随着Sr的掺杂,催化剂形貌及活性元素价态均无明显变化,但样品的电化学性能却发生了明显改善,这意味着尚有其它因素影响催化剂活性.利用HRTEM对OER反应前后的样品进行了形貌分析,发现在OER反应后Sr掺杂的催化剂表面出现了明显的无定形层,而无Sr掺杂的样品反应前后几乎未观察到表面形貌的变化.由此我们推断,Sr掺杂可诱导催化剂表面出现无定形层,进而提高OER反应活性.因此,在LaCo0.8Fe0.2O3-δ钙钛矿材料体系中,Sr掺杂是影响OER催化剂表面重构和制约催化活性的关键.     

在Nd0.7Sr0.3MnO3催化剂上的乙烷氧化反应

十多年来,钙钛矿型催化剂用于氧化反应的研究一直是一个活跃的领域.曾有人详细考察了CO在各种系列钙钛矿型催化剂上的氧化活化,催化剂的组份、晶形、焙烧温度和比表面对CO氧化活性的影响以及催化剂的SO_2中毒,吸附氧、晶格氧和氧空位在反应中的作用等.本文用脉冲反应、程序升温脱附、红外光谱研究了乙烷在Nd_0.7-     

LaBO3(B=Fe,Co)中氧的迁移与光催化反应活性

以柠檬酸法合成的钙钛矿型复合氧化物LaBO3(B=Fe,Co)为催化剂,对水溶性染料进行光催化降解,实验结果表明,其光催化活性与钙钛矿型结构中氧空位沿BO6八面体棱边以曲线而非直线的迁移机制有关.在光催化氧化过程中,光生电子首先被表面氧空位束缚,再与表面的吸附氧反应生成超氧基(O2-·)而加速对染料分子的降解.钙钛矿型复合氧化物中的氧空位是由氧的迁移产生的,它可以作为电子的陷阱而捕俘电子,并作为氧的吸附中心而提高催化剂表面的吸附氧量.     

还原剂对La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿催化剂NOx储存性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿催化剂,考察了还原剂种类(CO,C3H6,H2)对催化剂在氮氧化物储存还原(NSR)循环前后的氮氧化物储存量(NSC)和NO-to-NO2转化率的影响.O2程序升温脱附(O2-TPD)实验结果表明,CO还原后的钙钛矿催化剂上形成了较多的氧空位,而氧空位则是一种有效的NOx储存活性中心.活性测试和傅里叶红外变换(FTIR)光谱表征结果显示:在NSR循环中,以CO为还原剂时催化剂显示了最佳的氮氧化物(NOx)储存效果.进一步的研究结果显示,当采用CO作为还原剂时,经过三次NSR循环后,催化剂中出现了Sr3Fe2O7新物相,而该物相可能具有比La0.7Sr0.3Co0.8Fe0.2O3钙钛矿更佳的NOx储存性能.综上所述,CO作为还原剂时可能使钙钛矿催化剂产生更多的氧空位以及更易于储存NOx的Sr3Fe2O7物相,这些原因使其NOx储存性能得到了大幅度改善.     

La1-xCexCoO3系钙钛矿型催化剂应用于柴油机尾气净化催化性能的研究

采用低温燃烧法制备了Ce4+部分取代La3+的La1-xCexCoO3系钙钛矿型复合氧化物催化剂，用XRD、TGA、SEM和化学分析等方法对催化剂的组成、结构等进行了表征。利用程序升温反应（TPR）技术，对催化剂应用于柴油机常规排放物中的微粒（PM）、碳氢化合物（THC）、氮氧化合物（NOx）的催化脱除性能进行了研究。结果表明，Ce4+部分取代La3+，催化剂表面氧空位浓度增加，同时形成Co3＋-Co2+共存体系，催化剂对THC、NOx催化活性显著提高,且稳定性良好。但Ce4+的掺杂并没有提高催化剂对PM的催化活性。     

焦炉煤气二氧化碳重整制合成气中La0.6Sr0.4NixCo1-xO3钙钛矿催化剂的合成、表征和催化性能研究

采用溶胶凝胶法制备了La0.6Sr0.4NixCo1-xO3钙钛矿催化剂,并测试了该催化剂在焦炉煤气CO2重整反应中的性能.通过X射线衍射、N2吸附脱附、程序升温还原、扫描电镜、透射电镜和热重-微分扫描量热等方法对催化剂进行了表征.结果表明,溶胶凝胶法合成的La0.6Sr0.4NixCo1-xO3催化剂形成了钙钛矿结构的固溶体.着重考察了钙钛矿催化剂焙烧温度和A位Ni的掺杂含量对其催化性能和反应后积碳的影响.结果表明： La0.6Sr0.4NixCo1-xO3钙钛矿催化剂在反应中生成了活性金属Ni, Co颗粒和La2O2CO3,这些组分对催化剂的活性和稳定性起关键性的作用,并且能够抑制积碳的形成;焦炉煤气中的富氢气体具有抑制甲烷裂解反应发生的作用,从而减少催化剂的积碳.     

空气或氮氧化物气氛下Ag/LaCoO3上的碳黑燃烧性能

碳黑颗粒是柴油机尾气固体污染物的主要成分,是大气污染中的主要颗粒状污染物.消除碳黑颗粒物的有效方式之一是在尾气排放前安装柴油机颗粒物过滤器.然而,尾气排放温度远远低于碳黑燃烧温度,在过滤器上使用碳黑氧化催化剂能够明显降低碳黑的燃烧温度,防止过滤器堵塞.钙钛矿类催化剂由于具有良好的储氧能力,高活性的晶相氧有利于碳黑燃烧过程中气相氧和晶相氧的转换,具有较高的活性和结构稳定性,从而受到广泛关注.本课题组曾先后对LaKNiMnOx和LaMO3(M=Fe,Co,Cu)等钙钛矿体系的碳黑燃烧性能进行了系统研究,其中La-CoO3及掺杂的LaCoO3基钙钛矿在碳黑催化燃烧中表现了较高的催化活性.然而担载型钙钛矿催化剂在该领域的应用很少有报道.银基催化剂由于具有较高的低温氧活化能力在碳黑燃烧反应中具有较高的催化活性,Kiyoshi Yamazaki等发现在银表面吸附的氧物种能够迁移到银与载体的界面,并可以进一步迁移到碳黑表面氧化碳黑,但是载体的选择对催化活性有较大影响,具有较高储氧能力和氧离子传输能力的CeO2和ZrO2载体上负载银催化剂的碳黑燃烧性能明显高于以Al2O3为载体的催化剂.为了进一步提高LaCoO3基钙钛矿的碳黑氧化性能,本文结合LaCoO3基钙钛矿和银基催化剂的特点,以LaCoO3为载体制备了负载型银催化剂,考察了Ag/LaCoO3催化剂结构和催化性能随焙烧温度的变化,并对银物种分布及催化作用进行了讨论.采用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)和碳黑程序升温还原(soot-TPR)等表征手段研究了银物种分布及影响催化剂结构和催化活性的原因.XRD测试结果表明,经过800℃焙烧的LaCoO3催化剂具有钙钛矿结构,并有少量Co3O4,银担载在LaCoO3催化剂上,经400 ℃焙烧后XRD测试检测到Ag的特征峰,说明银物种主要为单质银而不是以氧化物形式存在.随着焙烧温度的升高(400-700℃),Ag的衍射峰减弱,同时Co3O4的衍射峰消失,说明在热处理过程中银物种发生了迁移,从表面逐渐迁移进入钙钛矿结构,进而影响Co物种的分布.继续升高焙烧温度(750-800℃),由于高温烧结,部分银物种从钙钛矿结构中析出,钴物种也发生重新分布,Co3O4的衍射峰出现.XPS结果表明银物种主要为Ag0,钴物种主要为低价钴离子,Ag/LaCoO3催化剂具有较高的吸附氧浓度.Soot-TPR结果表明,表面单质银的存在有利于活化气相氧,Ag物种进入钙钛矿的晶胞增加了氧缺陷有助于气相氧和晶相氧的转移,Ag/LaCoO3催化剂能够在低温下完全氧化碳黑.低温焙烧的Ag/LaCoO3表面形成的大量吸附氧物种是其高活性的原因.在空气气氛和NOx气氛下考察了该系列催化剂上碳黑的催化燃烧性能,发现银的担载使LaCoO3钙钛矿催化活性显著提高,在空气气氛下碳黑燃烧最大速率对应温度(Tp)降低了50-70℃,碳黑燃烧性能与催化剂的低温还原性相关.在NOx气氛下,银在低温下的高活化氧能力使碳黑燃烧温度进一步降低,其中在Ag/LaCoO3-400催化剂上碳黑的燃烧温度降低了140℃.以Ag/LaCoO3-700催化剂为例,考察了在NOx气氛下碳黑燃烧性能的稳定性,发现该催化经历3次循环实验后没有明显的失活且其结构稳定.     

掺杂纳米TiO2光催化性能的研究

利用浸渍法分别制备了Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种过渡金属离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，以乙酸水溶液的光催化氧化反应和二氧化碳还原反应为探针,评价了掺杂催化剂的光催化性能.借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射分析（XRD）等手段对掺杂催化剂进行了表征.研究结果表明，经过渡金属离子掺杂后，光催化性能均有不同程度的改善，改善程度按Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu递增.掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂纳米二氧化钛光催化性能的差异.     

Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3 (M=Co,Mn, Fe)作为IT-SOFCs阴极的结构与性能

通过X射线衍射(XRD)、热重、热膨胀、电导率以及交流阻抗等测试方法, 研究了Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3(M=Co, Mn, Fe; 分别简写为SSCC, SSCM, SSCF)作为中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极的结构与性能. 研究表明, 固相法合成的Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3均为正交钙钛矿型结构, 材料的结构参数和性能都与M元素半径及M—O的键能有关. 晶胞参数随着Co、Mn、Fe的顺序增大.材料的氧空位浓度、热膨胀系数、电导率、电极催化活性随着Co、Fe、Mn的顺序降低. 同时由于SSCM较低的氧空位浓度, 使得电极反应受到氧在电极内的扩散过程控制, 具有较差的电极催化性能, 而SSCC和SSCF较高的氧空位浓度, 电极反应同时受到电极表面氧还原反应和氧离子在电极中的扩散过程混合控制. 由于SSCF具有较高的氧扩散系数, 使得700 ℃以上SSCF电极表面氧还原电阻(ASR)也低于SSCC的, 因而出现了SSCF的总电极催化活性高于SSCC的现象.     

NO对LaMnO3与La0.8K0.2MnO3催化氧化碳烟活性影响

采用柠檬酸络合法制备LaMnO3和La0.8K0.2MnO3钙钛矿催化剂,运用程序升温氧化(TPO)考察在不同反应气氛下催化燃烧碳烟的活性,并通过XRD,O2-TPD,NO-TPD,XPS以及NO预处理后O2-TPD等技术对催化剂进行表征和分析。结果表明,NO的存在促进了碳烟的催化氧化,但是对LaMnO3和La0.8K0.2MnO3氧化碳烟的促进效果不同。这与催化剂表面氧空位和活性氧物种有密切联系。     

纳米La0.8A’0.2Mn1-xCuxO3（A’=Ce and/or Sr）的制备、表征及其高效催化NO+CO的性能研究

采用柠檬酸-溶胶凝胶法制得钙钛矿型复合氧化物La0.8Ce0.2Mn1-xCuxO3(x=0.2,0.3,0.4),La0.8Sr0.2Mn0.6Cu0.4O3,La0.8Ce0.1Sr0.1Mn0.6 Cu0.4 O3,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)对其进行表征,测试了复合氧化物对CO+NO的催化活性。结果表明:La0.8Ce0.1Sr0.1Mn0.6Cu0.4O3催化活性最好,150℃时CO转化率91.8%,300℃时NO转化率100%;对于La0.8Ce0.2Mn1-xCuxO3(x=0.2,0.3,0.4),比表面积和颗粒的大小及分散度是影响催化活性的主要因素;对于La0.8Ce0.2Mn0.6Cu0.4O3,La0.8 Sr0.2 Mn0.6 Cu0.4 O3,La0.8 Ce0.1 Sr0.1 Mn0.6 Cu0.4 O3,催化剂的组成是影响催化活性的关键因素。     

甲烷部分氧化制合成气的钙钛矿型致密透氧膜反应器的数值模拟(英文)

采用等温理论模型,以甲烷催化氧化制合成气为模型反应,模拟非担载钙钛矿型致密透氧膜反应器的性能。分别研究了Ｌａ_０．２Ｂａ_０．８Ｆｅ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_(３－δ)、Ｌ３０．２Ｓｒ０．８Ｆｅ０．８Ｃｏ０．２Ｏ３－δ和ＳｒＦｅＣｏ０．５Ｏｘ三种透氧速率不同的膜材料、膜反应器的尺寸以及反应工艺条件对ＣＨ４转化率、ＣＯ选择性和Ｈ２／ＣＯ摩尔比的影响,对膜反应实验具有指导意义。     

Comparison of LaFeO3, La0.8Sr0.2FeO3, and La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3 perovskite oxides as oxygen carrier for partial oxidation of methane

Comparison of LaFeO3, La0.8Sr0.2FeO3, and La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3 perovskite oxides as oxygen cartier for partial oxidation of methane in the absence of gaseous oxygen was investigated by continuous flow reaction and sequential redox reaction. Methane was oxidized to syngas with high selectivity by oxygen species of perovskite oxides in the absence of gaseous oxygen. The sequential redox reaction revealed that the structural stability and continuous oxygen supply in redox re-action decreased over La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3 oxide, while LaFeO3 and Lao.sSro.2FeO3 exhibited excellent structural stability and continuous oxygen supply.     

无气相氧条件下La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3钙钛矿氧化物的氧物种直接氧化甲烷

以La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3钙钛矿氧化物作氧载体,采用连续流动反应和连续顺序Redox反应考察了氧物种氧化甲烷的反应性能.结果表明,连续流动反应中La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种能选择氧化甲烷生成合成气.在适宜的再氧化条件下,通过连续顺序Redox反应实现了La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种氧化甲烷连续生成合成气,消耗的氧物种可通过与气相氧反应而得到补充.但随着Redox反应的进行,氧化物的持续供氧性能下降,钙钛矿结构被破坏.     

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。     

Spectroscopic IR, EPR, and operando DRIFT insights into surface reaction pathways of selective reduction of NO by propene over the Co-BEA zeolite

Interaction of a Co-BEA catalyst with individual components (NO, C(3)H(6), CO, O(2)) and mixtures simulating the real feed of the selective catalytic reduction (SCR) of nitric oxide in static and pulse experiments at variable temperatures was investigated by means of IR, EPR, and operando DRIFT spectroscopy coupled with QMS/GC analysis of the products. Speciation of cobalt active sites into Co(II), mono- and polynuclear oxo-cobalt species as well as CoO clusters was quantified by IR using CO and NO as probe molecules. The key intermediates, by-products, and final products of the SCR reaction were identified and their spectroscopic signatures ascertained. Based on the spectroscopic operando results, a concise mechanistic scheme of the selective catalytic reduction of nitric oxide by propene, triggered by a two-electron Co(II)/Co(0) redox couple, was developed. It consists of a complex network of the sequential/parallel selective reduction steps that are interlocked by the rival nonselective oxidation of the intermediates and their thermal decomposition. It has been shown that the SCR process is initiated by the chemoselective capture of NO from the reaction mixture by the cobalt active sites leading to the cobalt(II) dinitrosyls, which in the excess of oxygen are partially oxidized to surface nitrates and nitrites. N(2)O is produced by semi-decomposition of the dinitrosyl intermediates on the mononuclear centers, whereas NO(2)via NO oxidation on the polynuclear oxo-cobalt sites. Cyanide and isocyanate species, formed together with propene oxygenates in the course of the C=C bond scission, are the mechanistically pivotal reaction intermediates of C(3)H(6) interaction with the dinitrosyles and NO(3)(-)/NO(2)(-) surface species. Dinitrogen is produced by three main reaction routes involving oxidation of cyanides by NO/NO(2), reduction of dinitrosyls, nitrates, and nitrites by propene oxygenates (medium temperature range) or their reduction by carbon monoxide (high temperature range).     

Role of Adsorption of Reagents in Reduction of NO by Propene on ZrO2-Based Complex Oxide Systems

We have used IR spectroscopy to study adsorption of NO, propene, and their mixture on Rh-Cr₂O₃/ZrO₂ and Rh-CeO₂/ZrO₂ catalysts at temperatures of 293-623 K. We have established that adsorption and coadsorption of the reagents (NO and C₃H₆) have important differences, depending on the nature of the surface. Weak adsorption interactions of the reaction mixture on Rh-CeO₂/ZrO₂ lead to significantly lower activity of this catalyst in selective catalytic reduction (SCR) of NO by propene.     

An X-ray absorption spectroscopic study on mixed conductive La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O(3-δ) cathodes. I. Electrical conductivity and electronic structure

The electrical conduction mechanism of mixed conductive perovskite oxides, La(0.6)Sr(0.4)Co(0.8)Fe(0.2)O(3-δ), for cathode materials of solid oxide fuel cells has been investigated from electronic structural changes during oxygen vacancy formation. La(0.6)Sr(0.4)Co(0.8)Fe(0.2)O(3-δ) was annealed under various oxygen partial pressures p(O(2))s at 1073 K and quenched. Iodometric titration indicated that the oxygen nonstoichiometry of La(0.6)Sr(0.4)Co(0.8)Fe(0.2)O(3-δ) depended on the annealing p(O(2)), with more oxygen vacancies introduced at lower than at higher p(O(2))s. X-Ray absorption spectroscopic measurements were performed at the O K-, Co L-, Fe L-, Co K-, and Fe K-edges. The valence states of the Co and Fe ions were investigated by the X-ray absorption near edge structure (XANES) at the Co and Fe L(III)-edges. While the Fe average valence was almost constant, the valence of the Co ions decreased with oxygen vacancy introduction. The O K-edge XANES spectra indicated that electrons were injected into the Co 3d/O 2p hybridization state with oxygen vacancy introduction. Both absorption edges at the Co and Fe K-edge XANES shifted towards lower energies with oxygen vacancy introduction. The shift at the Co K-edge resulted from the decrease in the Co average valence and that at the Fe K-edge appeared to be caused by changes in the coordination environment around the Fe ions. The total conductivity of La(0.6)Sr(0.4)Co(0.8)Fe(0.2)O(3-δ) decreased with decreasing p(O(2)), due to a decreasing hole concentration.     

Zr掺杂对La（Ba）ZrxCo1-xO3-δ钙钛矿催化N2O分解性能的影响（英文）

采用溶胶凝胶法制备了Zr掺杂的钴基钙钛矿La(Ba)ZrxCo1-xO3-δ,并将其用于航天推进剂领域的高浓度N2O催化分解反应.发现Zr的引入明显提高了钙钛矿La(Ba)ZrxCo1-xO3-δ的催化活性,尤其是当Zr掺杂量分别为0.05和0.2时,LaZrxCo1-xO3-δ和BaZrxCo1-xO3-δ催化剂性能较为优异.应用N2物理吸附、X射线衍射、H2程序升温还原、O2程序升温脱附和氧脉冲吸附技术表征了Zr掺杂对La(Ba)ZrxCo1-xO3-δ催化剂的物化性质的影响.结果表明,Zr掺杂增大了钴基钙钛矿的比表面积,改善了晶格结构,从而提高了钴物种的还原及氧吸附脱附能力,因而催化剂上N2O分解活性增加.