CuO/TiO2负载型催化剂的制备、拉曼光谱表征及催化CO氧化反应性质评价

通过设计包含催化剂制备、仪器表征和性质研究一体的综合实验,可以加深学生对催化化学的认识,使得传统理论催化教学更加立体化。本综合实验包括使用沉积-沉淀法制备CuO/TiO₂催化剂,使用拉曼光谱对催化剂结构进行物相分析,以及评价该催化剂催化CO氧化反应的性能三方面内容,使学生建立起化学材料“结构-性能”之间的初步认识,提升科研实践能力,为今后科研之路奠定基础。     

多孔铜基催化剂的制备及对苯甲醇的选择性催化氧化

采用去合金化法制备了多孔铜(PC), 并以此为还原剂和模板与含有贵金属离子的溶液进行置换反应, 简单有效地制备了多孔M/PC(M=Ag, Au, Pt, Pd)双金属催化剂, 并对样品的形貌\, 结构和化学组成进行了表征, 利用苯甲醇气相选择性催化氧化实验评价了其催化性能. 实验结果表明, 所制备的多孔铜基催化剂具有良好的双金属协同催化效应, 对苯甲醇气相选择性氧化具有很好的催化活性和选择性, 其中Ag/PC具有最优的催化性能.     

纳米碳纤维的微观结构及对丙烷氧化脱氢反应的催化性能

 采用化学气相沉积法制备了具有不同微观结构的纳米碳纤维,并用丙烷程序升温吸脱附和热重实验对纳米碳纤维进行了表征,考察了纳米碳纤维在丙烷氧化脱氢反应中的催化性能. 结果表明,纳米碳纤维表面的含氧基团可能是催化活性中心; 纳米碳纤维不仅具有较好的催化性能,而且在反应条件下具有较高的热稳定性. 在550 ℃下,鱼骨式纳米碳纤维上丙烷转化率为44.9%时,丙烯选择性为33.0%,其催化性能与V-Mg-O等金属氧化物催化剂相当. 不同微观结构纳米碳纤维的催化性能相差较大,这是由于其表面化学性质不同所致.     

负载型介孔Au/NiO催化剂的制备、表征与光谱特性研究

采用还原法和沉积-沉淀法制备了介孔Au/NiO催化剂,并运用XRD、N2吸附-脱附、UV-Vis、FTIR、和XPS等方法对其进行了表征,考察了制备方法对Au/NiO催化剂物理化学性质和丙烷氧化脱氢制丙烯反应催化性能的影响.实验结果表明Au/NiO催化剂具有一定的低温催化活性,而还原法制备的催化剂催化性能好于沉积-沉淀法制备的催化剂,反应温度350℃时,还原法制备的Au/NiO催化剂的丙烷转化率和丙烯选择性分别达到25.1%和39.8%.制备方法对表面Au的价态分布、颗粒大小及分散度均有影响.催化剂表面Auδ+物种是催化剂的主要活性组分.     

单原子铂催化剂的制备及其低温催化氧化一氧化碳

以氧化石墨烯为载体,单原子铂（Pt）为活性组分,利用化学还原法制备了单原子Pt/rGO催化剂,用在催化氧化一氧化碳（CO）反应中。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、球差电镜、傅里叶红外光谱仪对单原子Pt催化剂进行表征。考察了金属负载量、反应温度对催化剂性能的影响,利用气相色谱对CO氧化反应性能进行评价。此次实验包含催化剂的制备、表征和性能测试,实验难度适中,贴近科研前沿,可以让学生体验一个综合的科研过程,激发学生的科研兴趣,培养学生的科研能力。     

负载型VOx／SBA-15催化剂催化CO2气氛下乙苯脱氢反应的研究

利用浸渍法制备了系列不同钒含量的VOx/SBA-15乙苯脱氢催化剂.并采用BET、UV-vis、XRD、TPO和O2脉冲等物理化学表征手段对催化剂进行了表征.二氧化碳气氛下的乙苯氧化脱氢反应结果表明,在550℃,当V2O5的含量为20%时,催化剂表现出最好的脱氢性能.乙苯的转化率达到74.1%,同时也获得95.7%的苯乙烯选择性.20VOx/SBA-15具有较高的比表面积、较多的酸性、较少的积碳,这可能是该催化剂表现出较好的催化性能的原因.     

催化剂载体TiO2的制备

以乙炔选择性加氢为模型反应,探讨了载体TiO2的制备条件对催化剂Pd/TiO2催化性能的影响,实验结果表明,在pH=8.0,中速加钛源,陈化24 h,于500℃焙烧3 h的最佳制备条件下,Pd/TiO2的催化性能最佳。TiO2的结构经XRD和BET表征。     

草酸二丁酯的制备——酯化反应的改进

酯的制备在教材中多采用羧酸和醇在浓硫酸催化下脱水的方法,本实验创新性地利用草酸的自催化而不需外加浓硫酸即实现酯化,且反应条件温和、反应时间短、后处理简单、实验重现性好。相比教材中采用浓硫酸作催化剂,本改进方案更为绿色、安全、经济,有助于培养学生的绿色化学理念、安全环保意识和社会责任感。     

超细Ni-Cu-Co-La的制备及其催化乙腈加氢性能

以水合肼和硼氢化钾为共还原剂制备了四元合金催化剂Ni-Cu-Co-La,并将其应用于乙腈催化加氢反应.采用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜和H2程序升温脱附对催化剂进行了表征,考察了催化剂组分对乙腈选择性加氢制乙胺催化性能的影响.结果表明,Cu,Co和La的加入均不同程度地提高了催化剂的活性和选择性,在反应压力1.8 MPa,反应温度120℃,反应时间1 h的条件下,乙腈转化率和乙胺选择性分别为100%和98.24%,优于使用Raney Ni、非晶态Ni-B和Co-B合金催化剂时的结果.     

聚苯胺负载纳米金催化剂的制备及其催化性能研究综合实验设计

将科研课题“聚苯胺负载纳米金催化剂的制备及其催化性能研究”设计成应用化学专业综合实验,将科研课题的创新性和教学可行性有机结合,以推进创新型人才的培养。实验以苯胺单体（ANI）为原料,以过硫酸铵（APS）为氧化剂,制备聚苯胺（PANI）载体。采用金胶负载法、PANI原位还原法、ANI原位还原法三种载金方式分别制备PANI负载纳米金催化剂,并以Na BH₄存在条件下,对硝基酚（4-NP）还原制备对氨基酚反应（4-AP）为探针评价催化剂的催化性能。实验内容多学科交叉融合,涉及催化剂的制备、催化剂的结构表征、催化剂的活性评价等多种内容。通过本次实验,学生可以经历催化学科科学研究的全过程,掌握催化材料的制备方法,并熟练运用红外光谱（FT-IR）、紫外光谱（UV-Vis）、X射线衍射光谱（XRD）等大型设备对所制备催化材料进行分析,进而激发学生的学习兴趣,提高学生的科研素养。     

铈钼氧化物表面氧性质和催化性能

在甲苯选择性氧化制苯甲醛反应中,Mo基氧化物是一类重要的催化剂[1]．通常的认识是反应物与催化剂表面晶格氧作用,并通过催化剂本身的还原和氧化的循环过程促使反应进行。生成产物．因此,催化剂表面不同氧物种的热脱附性能应与催化反应性能密切相关．对于Ce-Mo氧化物的TPD-MS研究,尚未见文献报导．为了能获得该方面的信息,本文应用程序升温脱附-质谱检测（TP-MS）联用技术,对Ce-Mo氧化物样品进行了表面氧TPD谱测定和动力学参量等计算,并试图与其催化性能进行关联．1实验部分1．1样品的制备和表征分别将一定质量的硝酸铈铵和仲…     

碗状双亲型ZSM-5分子筛负载金纳米粒子的制备及催化性能

通过不对称修饰法制备了一种碗状双亲型的ZSM-5分子筛, 其拥有一个非极性的外表面和一个可修饰的极性内表面; 进一步利用经典的氨基接枝-原位还原过程, 选择性地在其内表面生长金纳米粒子. 通过X射线粉末衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜、 红外光谱和X射线光电子能谱对材料进行了表征, 并考察了其催化硝基苯加氢制苯胺反应的性能. 在非常温和(室温、 水作溶剂及无需氮气保护)以及更低反应物浓度(0.03 mol/L, 低于室温下硝基苯在水中的溶解度)条件下, 该催化剂展现出与其它使用有机溶剂的催化剂相当的催化活性和选择性, 而且其催化性能明显高于其它以水为溶剂的催化剂, 这表明载体的双亲型结构是提升催化性能的主要原因. 该催化剂循环使用6次后, 其催化活性和选择性仍保持在相同等级.     

FeZSM-5/N2O体系催化氧化甲苯制甲酚的研究

采用四丙基氢氧化铵为模板剂, 硝酸铁为铁源应用水热合成法制备了一系列FeZSM-5分子筛催化剂, 利用X-射线粉末衍射分析, N2吸附/脱附, 元素分析等技术对催化剂进行了表征. 并进行了所制样品对甲苯催化氧化制甲酚反应催化性能的研究. 本文详细考察了Fe含量、反应物配比、反应温度以及空速等各种因素对甲苯催化氧化制甲酚反应催化性能的影响. 结果表明在400 ℃, 甲苯∶N2O为1∶4, 空速为8 000 mL·h-1·g-1条件下反应结果最佳, 最大甲苯转化率约为12.6%, 甲酚选择性约为33.0%.     

基于可见光催化分解水制氢的物理化学综合实验设计

将可见光催化分解水制氢引入物理化学综合实验,系统介绍了催化剂制备、表征及光催化反应性能评价等实验内容.以无毒、易制备的g-C3N4作为实验用可见光催化剂,考查了制备温度对催化剂的结构及光催化性能的影响.     

焙烧方法和焙烧条件对纳米Au/HZSM-5催化剂金粒径和催化性能的影响

采用负压沉积沉淀法制备了纳米Au/HZSM-5催化剂前体,研究了深床焙烧和等离子体焙烧两种方法,以及焙烧温度和焙烧气氛对催化剂中纳米金粒径和催化性能的影响,并采用ICP、TEM、XRD、UV-vis、XPS等表征方法对催化剂金粒子进行了物化性能表征,采用合成气羰基化制乙酸甲酯反应表征催化性能。结果表明,不同焙烧方法和不同焙烧温度及气氛对负载型纳米Au/HZSM-5催化剂中金粒径、形貌、物化性质和催化性能有明显影响。其中,以等离子体焙烧方法在500℃氮气气氛下制备的纳米1.86%Au/HZSM-5催化剂中的金粒径最小,为2-5 nm。用于催化合成气羰基化制乙酸甲酯反应,原料中CO的转化率为67%,乙酸甲酯选择性可达78%。     

氮掺杂多孔石墨烯对硝基和偶氮化合物的催化还原性能——化学相关专业综合实验的设计与实践

针对溶有常见含硝基和偶氮化合物废水处理的问题，设计了无金属碳基催化剂制备及其对此类化合物催化还原的综合实验。实验以氧化石墨烯为原料，经水热法合成碳基催化剂氮掺杂多孔石墨烯或氮掺杂石墨烯，通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面分析仪、X射线光电子能谱等对其结构、形貌和元素组成等进行表征，并研究其对硼氢化钠还原硝基和偶氮化合物的性能。该实验涉及碳基催化剂制备、表征和废水处理等多个实验环节，涵盖了物理化学、材料化学和环境化学等多个学科领域。通过该实验可以培养学生的科研思维，提高学生的科研动手能力和用化学知识解决实际问题的能力。     

蒸氨压力对Cu/SiO_2催化剂的影响及其草酸二甲酯加氢性能

以Si O2为载体,铜氨溶液为前驱体,采用蒸氨法在不同蒸氨压力下制备了系列铜负载量质量分数为20.0%的Cu/Si O2催化剂。采用X射线衍射(XRD)、H2-程序升温还(H2-TPR)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线诱导俄歇电子能谱(XAES)等技术手段对催化剂的物理化学性能进行了表征。考察了蒸氨速率对催化剂物化结构及其草酸二甲酯催化加氢制乙二醇的催化性能影响。在反应温度200℃、压力3.0 MPa、液时空速LHSV=0.4 h-1、氢气草酸二甲酯摩尔比80∶1的反应条件下测定了催化剂的活性。结果表明,在蒸氨压力为31.3 k Pa条件下制备的催化剂表现出了最佳活性和选择性,草酸二甲酯转化率达到了99.9%,乙二醇选择性达94.4%。H2-TPR、XRD、TEM、FTIR及XAES表征结果表明,较低蒸氨压力有利于铜氨离子快速分解负载在载体上,避免铜粒子聚集长大,还原后形成Cu2O和Cu0物种颗粒尺寸较小,分散比较均匀,催化活性,尤其是乙二醇的选择性更佳。     

Re/Ga2O3/WO3/ZrO2催化剂对正己烷异构化反应的催化性能

通过浸渍法制备了系列Re/Ga2O3/WO3/ZrO|2(ReGWZ)催化剂,采用X射线衍射、氢气程序升温还原和氨气程序升温脱附等方法对催化剂进行了表征,考察了该催化剂催化正己烷异构化反应性能.结果表明,Re的引入改变了催化剂的氧化还原性能和酸中心分布,且使催化剂由单一的酸中心催化变成由酸中心与金属中心共同催化,因而正己烷异构化率和2,2-二甲基丁烷选择性显著增加.在195℃,1.0MPa,LHSV=1.0h-1和n(H2)/n(C6)=2.0的反应条件下,1.0Re/1.0GWZ催化剂上正己烷转化率、异己烷选择性和2,2-二甲基丁烷选择性分别达到84.8%,97.7%和20%,裂解产物(C5-)选择性为2.1%.150h的稳定性实验表明该催化剂性能稳定.     

原位合成氮掺杂石墨烯负载钯纳米颗粒用于催化香兰素高选择性加氢反应

通过原位合成法制备了氮掺杂石墨烯负载钯纳米颗粒催化剂Pd@N/C-2,用于催化香兰素选择性加氢反应.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对Pd@N/C-2催化剂进行结构与性能的表征,分析表明石墨烯层在活性钯纳米颗粒表面起到了保护作用,提高了催化剂在反应条件下的稳定性,在五次循环回收实验后催化剂仍保持很高的反应活性.通过对石墨烯掺杂氮原子引入了催化反应的化学活性中心和金属纳米颗粒沉积的锚定中心,从而使石墨烯在加氢催化反应中的性能得到进一步提高.并且通过对溶剂的调控实现了香兰素分别高选择性生成香草醇和对甲基愈创木酚,在优化的反应条件下,香草醇和对甲基愈创木酚的产率分别为89%和99%.     

光催化与现代测试技术应用于物理化学实验的探索——以锑掺杂氧化铋的制备及光催化性能测试为例

以一个掺杂型复合催化剂的制备与催化性能测试为实例,尝试了将光催化和现代测试技术应用于物理化学实验教学。采用溶剂热法合成锑掺杂氧化铋纳米材料,并通过X射线粉末衍射和扫描电子显微镜对其成分和形貌进行表征。选取罗丹明B作为模拟有机污染物,对可见光条件下锑掺杂前后氧化铋纳米材料光催化性能进行评价。结合材料光学性质和光电性质分析探讨锑掺杂提高氧化铋纳米材料光催化性能的机制。通过开设该实验,可让学生获取化学学科的前沿知识,了解光催化反应以及各种现代测试技术的基本原理,掌握新的实验操作技能和数据处理方法,加深对物理化学基础知识的理解,对提高学生的综合实验能力,培养创新型、复合型人才具有重要意义。