高活性Au/SnO2催化剂的制备及其在1,4-丁二醇氧化制γ-丁内酯反应中的催化应用

采用沉积沉淀法制备了一系列商业SnO₂负载的纳米Au催化剂, 通过电感耦合等离子体发射光谱、X射线粉末衍射、透射电镜和X射线光电子能谱等方法研究了溶液酸碱性、沉淀剂种类、Au负载量和焙烧温度等对催化剂性质的影响.结果表明, Au的负载量以及催化剂的焙烧温度对Au颗粒状态有较大影响.其中, 于573 K焙烧的3%Au/SnO₂催化剂在1,4-丁二醇氧化制备γ-丁内酯反应中的催化活性最好, TOF值是Au/TiO₂催化剂的15倍.这主要是由于SnO₂载体独特的性质对所负载的Au颗粒的影响.     

高比表面介孔LaNiO3负载纳米Au催化剂的研究

分别采用纳米铸型法和溶胶-凝胶法制备了系列LaNiO₃载体,并用沉积-沉淀法制备了系列Au/LaNiO₃催化剂.对催化剂进行了XRD、BET、AAS、TEM和XPS等表征,测试了其对CO催化氧化活性.实验结果表明,纳米铸型法得到的LaNiO₃-NCM具有介孔结构,且比表面积可达126 m²·g^-1,以其为载体制备的Au/LaNiO₃-NCM催化剂在30℃条件下将CO完全转化,活性远高于以传统溶胶-凝胶法制备的LaNiO₃-SG为载体的金催化剂.XPS结果表明该Au/LaNiO₃-NCM催化剂表面存在较多的氧化态Au^δ+（0 < δ < 3）和晶格氧,且活性组分Au含量也较高,说明高比表面介孔LaNiO₃载体有利于提高活性组分Au的负载量,从而提高催化剂催化活性.     

Au/ZrO2催化CO氧化反应中ZrO2纳米粒子的尺寸效应

从同一ZrO(OH)₂出发制备了三种不同尺寸的ZrO₂纳米颗粒(ZrO₂-CP: 40～200 nm, ZrO₂-AN: 18～25 nm, ZrO₂-AD: 10～15 nm), 采用沉积-沉淀方法制备了相应的Au/ZrO₂催化剂. 用XRD, XRF, TEM和低温N₂吸附对ZrO₂和Au/ZrO₂进行了表征. XRD和TEM分析表明Au/ZrO₂样品中Au粒子的平均尺寸为4～5 nm, 而ZrO₂的晶相和颗粒大小没有因为“负载”Au粒子而发生变化. CO催化氧化反应的结果表明, Au/ZrO₂催化活性随着ZrO₂纳米粒子尺寸的减小活性明显增加. TEM/HRTEM结果表明, Au/ZrO₂催化剂中Au粒子与ZrO₂颗粒接触界面随ZrO₂颗粒尺寸的减小而明显增加, 这很可能是含有更小尺寸ZrO₂纳米粒子的Au/ZrO₂催化剂具有更高催化活性的重要原因.     

SnO2负载Au和M-Au(M=Pt,Pd)催化剂及其低温催化氧化CO性能

以SnO₂为载体, 采用沉积沉淀法(DP)、共沉淀法(CP)和浸渍法(IM)制备了金负载Au/SnO₂催化剂, 同时采用沉积沉淀法制备了M-Au/SnO₂(M=Pd, Pt)双金属负载催化剂. 通过X射线衍射(XRD)、BET比表面积测定、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品进行表征, 并测定其对CO的催化活性. 结果表明: 与CP法和IM 法相比, DP法制备的Au/SnO₂-DP 催化剂, Au 颗粒(<5 nm)较小, 分布均匀; Au/SnO₂-DP 中的Au 是以金属态Au0存在, 而Au/SnO₂-CP 和Au/SnO₂-IM 中, 金以Au⁰和Au³⁺的混合价态存在, 在Au/SnO₂-DP和M-Au/SnO₂中的Au、Pt、Pd和SnO₂之间存在相互作用; Au/SnO₂-DP 催化性能明显优于Au/SnO₂-CP 和Au/SnO₂-IM. Au与Pt 和Pd的双金属复合催化剂催化活性明显提高. 不同方法制备Au/SnO₂催化活性的差别主要是由于Au颗粒大小和Au氧化态的不同而产生. 而M-Au/SnO₂活性提高, 可能是由于Au与Pt 和Pd之间的相互作用.     

Ni-Al复合氧化物/介孔杭锦2#土负载Au催化剂制备及其CO氧化催化性能

采用导向剂共沉淀-水热法合成不同复合量3Ni-Al类水滑石（LDH）/酸化杭锦2^#土载体前驱物.以液相还原-焙烧法制备不同Au负载量的Ni-Al复合氧化物/介孔杭锦2^#土负载Au催化剂.采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）、原子吸收光谱（AAS）、N₂物理吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂进行表征;并考察其催化CO氧化活性及稳定性.结果表明,3Ni-Al LDH在酸化杭锦2^#土上复合均匀;其负载Au后经500℃空气气氛焙烧,催化剂具有介孔结构,Au颗粒分散均匀、平均粒径小于10 nm;Ni-Al LDH复合量增加有利于纳米Au分散并抑制其粒径增大,且纳米Au与载体间存在较强相互作用;随Ni-Al LDH复合量和Au负载量增加,负载Au催化剂催化活性提高,当Ni-Al LDH复合量15%（Ni 3.47%）,Au负载量3%时,所得负载Au催化剂性能最佳：T₅₀为48℃,80℃时CO转化率大于90%,180℃连续反应10 h,CO转化率保持100%,空气放置110 d后,虽然其低温活性有所下降,但120℃时,仍可实现CO转化率大于90%.     

KCl对Cu-K-La/γ-Al2O3催化剂上HCl氧化反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂,考察了KCl对该催化剂催化HCl氧化制Cl₂反应性能的影响. 当KCl的负载量为5 wt%时,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂表现出较好的催化活性和稳定性,可在较大的原料气空速变化范围内使用. 在0.1 MPa,360 ℃,空速450 L/（kg-cat·h）和HCl/O₂摩尔比为2：1的反应条件下,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂上HCl转化率在100 h内保持85%以上. 表征结果表明,Cu,K和La物种均高度分散于γ-Al₂O₃载体表面;一定量KCl的加入可降低Cu²⁺ → Cu⁺的还原温度,从而提高Cu²⁺活性中心的催化活性.     

γ-MnO2的形貌控制及其甲苯液相氧化性能

通过在回流法制备流程中引入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、PEG6000(聚乙二醇6000)及P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)等表面活性剂对γ-MnO₂催化剂进行形貌控制, 同时采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附(BET)、热重分析(TGA)、O₂程序升温脱附(O₂-TPD)以及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等技术对不同形貌γ-MnO₂的结构、氧脱附及还原性能进行表征, 并考察了其在常压和无溶剂条件下甲苯选择性氧化反应体系的催化特性. 同时, 对于陈化时间对形貌的影响作用进行了考察. 结果表明: 不同形貌的γ-MnO₂的氧化还原特征及催化活性存在显著差异, 其中在经PEG6000进行修饰的γ-MnO₂中含有较多的阴离子空位及混合价态, 因此有助于分子氧在表面的活化, 具有较高的表面比活性; 而经P123进行表面修饰的γ-MnO₂成晶结构规整、比表面积大, 对甲苯液相直接氧化反应则表现出最佳的质量比活性, 甲苯转化率达18.1%, 含氧化合物总选择性为87.4%, 其中苯甲酸的选择性达到73.2%.     

选择氧化物载体调变乙醇重整和1,3-丁二烯加氢反应双金属催化剂

研究了不同载体负载的Pt-Ni双金属和单金属催化剂上乙醇重整和1,3-丁二烯加氢反应性能, 以考察氧化物载体对双金属结构和催化活性的影响. 所用的氧化物载体包括γ-Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, CeO₂以及高比表面积(HSA)和低比表面积(LSA)ZrO₂. 采用共浸渍法制备催化剂, 用CO化学吸附、透射电镜和扩展X射线吸收精细结构光谱进行催化剂表征, 采用傅里叶变换红外间歇反应器进行化学反应评价. 对于乙醇重整反应, Pt-Ni双金属催化剂优于单金属催化剂, Pt-Ni双金属催化剂活性顺序为TiO₂ > SiO₂ > γ-Al₂O₃ ≈ LSA-ZrO₂ > CeO₂ > HSA-ZrO₂. 对于1,3-丁二烯加氢反应, 在SiO₂, TiO₂和HSA-ZrO₂载体上双金属催化剂优于单金属催化剂, Pt-Ni双金属催化剂活性顺序为SiO₂ > CeO₂ > γ-Al₂O₃ > LSA-ZrO₂ > HSA-ZrO₂ ≈ TiO₂.     

Au/α-Fe2O3 催化剂存贮失活环境因素及机理分析

 采用沉积沉淀法制备了 CO 低温氧化催化剂 Au/α-Fe₂O₃, 通过 X 射线衍射、X 射线光电子能谱、N₂ 吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、H₂ 程序升温还原和 CO₂ 程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征, 探讨了在室温大气气氛下光线照射以及表面吸附等环境因素所导致的催化剂存贮失活及其作用机理. 结果表明, 经 110 ^oC 干燥的 Au/α-Fe₂O₃催化剂表面同时存在 Au³⁺和 Au^δ+ (0 ≤ δ ≤ 1) 物种, 且前者催化 CO 氧化的活性更高; 在室温大气气氛下, 紫外线照射会引起 Au³⁺的还原和 Au 颗粒的生长, 导致催化剂的不可逆失活. 此外, 空气中的 H₂O 和 CO₂ 可同时吸附在 α-Fe₂O₃的表面, 形成表面碳酸盐物种, 会引起催化剂的可逆失活.     

纳米结构Au/Fe2O3的制备、表征及催化氧化性能

分别以纳米和块状氧化铁为载体,通过沉积沉淀法制备了Au/Nano-Fe₂O₃和Au/Bulk-Fe₂O₃,并对其进行了表征和催化氧化性能测试。结果表明：对于Au/Nano-Fe₂O₃,5nmAu颗粒被尺寸相当的Nano-Fe₂O₃所包覆,形成新颖的类似核壳结构;对于Au/Bulk-Fe₂O₃,3nmAu颗粒高度分散于Bulk-Fe₂O₃的表面。在1-苯乙醇的氧化反应中,Au/Nano-Fe₂O₃显示出比Au/Bulk-Fe₂O₃更好的催化活性。活性的增强主要与小尺寸的Nano-Fe₂O₃以及Au和Nano-Fe₂O₃更大的接触界面有关。相比于广泛受到重视的Au的尺寸效应来说,对于Au/Nano-Fe₂O₃而言,Fe₂O₃尺寸的影响更大。     

xAu/α-MnO2催化剂的结构及催化氧化VOCs气体性能

以NaOH为沉淀剂,采用沉积-沉淀法制备了α-MnO2负载Au催化剂xAu/α-MnO2(x=1.0%～7.0%,质量分数),利用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、H2程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对所得样品进行了表征,并对其催化氧化挥发性有机化合物(VOCs,苯和甲苯)的性能进行了研究.XRD结果表明,负载Au对α-MnO2载体结构影响不大,但对其晶粒大小和比表面积略有影响.随着Au含量的增加,α-MnO2结晶度增强,颗粒增大,Au粒径明显增大.XPS结果表明,随着Au负载量的增加,xAu/α-MnO2的晶格氧(O2-),Mn4+和Au3+的浓度增加.H2-TPR结果表明,由于贵金属的溢氢作用,Au明显提升了xAu/α-MnO2的还原能力,其中3%Au/α-MnO2的还原能力最强.负载Au明显影响xAu/α-MnO2的催化性能,xAu/α-MnO2的催化性能与Au的颗粒分散性、低温还原性能及表面氧物种密切相关,其中3%Au/α-MnO2显示出最佳活性,其催化氧化苯和甲苯的T100分别为280和250℃.     

Comparative studies of gold catalysts prepared via solvated metal atom impregnation and conventional impregnation: characterization and low-temperature co oxidation

Supported Au catalysts for low-temperature CO oxidation were prepared by solvated metal atom impregnation (SMAI) and conventional impregnation (CI). X-ray photoelectron spectroscopy investigations indicated that gold in all the samples was in the metallic state. TEM and XRD measurements showed that the mean diameter of Au particles prepared by SMAI was smaller than that of those prepared by CI with the same gold content. Catalytic tests showed that SMAI catalysts had higher CO oxidation activity than CI catalysts with the same compositions. Both SMAI and CI Au/TiO₂catalysts exhibited high activities in low temperature CO oxidation. Full CO conversion was obtained at 323 K for 3.1 wt.% Au/TiO₂ (SMAI) catalyst, which displayed higher activity than the 3.1 wt.% Au/D-72(SMAI) and 3.1 wt.% Au/TiO₂(CI). Although the sizes of gold particles prepared by the same method and supported on both TiO₂ and resin were comparable, the Au/TiO₂ catalysts showed significantly higher activities than the Au/resin catalysts with the same Au contents under the same reaction conditions. These results prove that not only the gold particle size, but also the support plays a key role in CO oxidation. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

固相浸渍法制备NiO/CeO2催化剂及其在CO氧化反应中的应用

采用固相浸渍法制备了一系列NiO/CeO2催化剂,并通过与常规湿浸渍法比较,考察了制备方法对催化剂和CO氧化反应性能的影响.同时结合X射线衍射(XRD),N2吸附-脱附(BET),透射电镜(TEM),氢气-程序升温还原(H2-TPR),拉曼(Raman)光谱,X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构和表面物种分散状态进行了表征.CO氧化活性测试结果表明,当镍负载量相同时,固相浸渍法制备的催化剂相比于湿浸渍法表现出更好的催化性能.TEM、XPS、H2-TPR结果表明,固相浸渍法更有利于加强镍铈间的相互作用和得到高分散的镍物种,从而促进镍物种的还原.Raman结果表明固相浸渍法相比于湿浸渍法能产生更多氧空位,这有利于氧气在催化剂表面的活化,使得CO氧化反应更容易进行.     

锰负载量对活性炭载锰氧化物的结构及催化分解臭氧性能的影响简

将高锰酸钾与活性炭（AC）原位氧化还原制备的活性炭载锰氧化物（MnO_x/AC）用作臭氧分解的催化剂. 采用扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、电子自旋共振波谱、拉曼光谱以及程序升温还原研究了设计Mn负载量对负载锰氧化物性质（形貌、氧化态和晶体结构）的影响. 结果表明,Mn负载量由0.44%增至11%,负载锰氧化物在活性炭表面由疏松的地衣状变为堆叠的纳米球状体,负载层的厚度由~180 nm增加至~710 nm,结构由氧化态+2.9到+3.1的低结晶β-MnOOH生长为由氧化态+3.7到+3.8的δ-MnO₂结晶. MnO_x/AC室温催化分解低浓度臭氧的活性与负载锰氧化物的形貌及含量密切相关. Mn负载量为1.1%的MnO_x/AC具有疏松的地衣状形貌,催化分解臭氧的性能最高,Mn负载量为11%的MnO_x/AC具有紧密的堆积结构,因而表现出最低的催化臭氧分解活性.     

Toluene abatement on Ag-CeO2/SBA-15 catalysts: synergistic effect of silver and ceria

As a typical volatile organic compound, toluene is a hazardous material for human health and the environment, and currently, the development of catalysts for its oxidation into CO₂ and water is crucial. The series of Ag-CeO₂/SBA-15 catalysts is synthesized by wetness impregnation techniques and characterized by a number of physical-chemical methods (nitrogen [N₂] physisorption, small angle X-ray scattering [SAXS], transmission electron microscopy [TEM], and temperature-programmed reduction [TPR]). The toluene sorption and catalytic properties in toluene oxidation are studied. Small silver [Ag] and cerium oxide [ceria, CeO_2] particles with sizes below 3 nm are predominantly formed in the ordered structure of Santa Barbara Amorphous-15 [SBA-15]. The interactions between the Ag and CeO₂ nanoparticles are established. Temperature-programmed desorption of toluene [TPD-C₇H₈] analysis shows that physical adsorption of toluene occurs on pristine SBA-15 material, while the introduction of either silver or ceria to SBA-15 leads to the appearance of additional strongly bound chemisorbed toluene on such sites. When both Ag and CeO₂ are introduced, only chemisorbed toluene is formed over the Ag-CeO₂/SBA-15 catalyst, and the highest catalytic activity in toluene oxidation is observed over this catalyst (T_98% = 233 °C, 0.2% C₆H₅CH₃) that is attributed to the synergistic effect of ceria [CeO_2] and silver [Ag].     

Co-B/γ-Al2O3非晶态催化剂的制备及其催化乳酸乙酯液相加氢性能

采用浸渍-还原法制备了负载型Co-B/γ-Al₂O₃非晶态合金催化剂, 并将其应用于乳酸乙酯液相加氢制备1,2-丙二醇(1,2-PDO)反应中, 研究了其催化加氢性能. 采用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪、X射线衍射(XRD)仪、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热(DSC)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的性能进行了表征, 考察了制备条件对催化剂性能的影响. 结果表明, 新鲜的Co-B/γ-Al₂O₃催化剂具有非晶态结构, Co-B均匀地分散在载体γ-Al₂O₃上. 随着Co负载量的增加, 催化剂的热稳定性提高, 催化剂表面Co/B原子比增加. 当金属Co理论负载量为30%(质量分数, w)时, Co-B/γ-Al₂O₃催化剂表现出最高的加氢催化性能, 在160 ℃, 氢气压力为6.0 MPa条件下反应9 h, 乳酸乙酯的转化频率(TOF)为1.41 h^-1, 转化率达到93.63%, 1,2-丙二醇的选择性达到96.10%. 催化剂的加氢性能取决于其分散均匀的Co-B纳米粒子、较高的表面Co/B原子比及Co和B之间的电子转移效应.     

Removal of bisphenol A via a hybrid process combining oxidation on β-MnO2 nanowires with microfiltration

A novel hybrid process combining β-MnO₂ nanowires oxidation and microfiltration was adopted to remove bisphenol A (BPA), an endocrine disrupting chemical (EDC) in the aquatic environment. The β-MnO₂ nanowires synthesized via a facile hydrothermal method were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, field-emission scanning electron microscope, and nitrogen sorption. It was demonstrated that β-MnO₂ nanowires can degrade BPA effectively. Investigation on operation parameters indicated that oxidation of BPA using β-MnO₂ nanowires was evidently dependent on pH, while humic acid and coexisting metal ions such as Ca²⁺, Mg²⁺, and Mn²⁺ induced suppressive effects. After oxidation, a crossflow microfiltration process was conducted to efficiently separate and recover the β-MnO₂ nanowires from treated water. Membrane fouling study showed that the as-synthesized β-MnO₂ nanowires possess excellent mechanical stability and was able to retain the 1D structure with high aspect ratios after reaction, thus significantly reducing membrane pore blocking in the microfiltration process.