Pt/Ni双金属纳米溶胶的制备及催化制氢性能

采用化学共还原法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Pt/Ni双金属纳米溶胶.采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)对所合成的Pt/Ni双金属纳米溶胶进行了表征, 并系统研究了PVP用量、还原剂用量和浓度、双金属比例对该双金属纳米溶胶催化剂催化性能的影响.结果表明, 所制备的双金属纳米溶胶的平均粒径在2.0 nm左右, Pt/Ni双金属纳米溶胶的催化活性比Pt及Ni单金属纳米溶胶的高, 当Pt/Ni摩尔比为1:4时, 纳米溶胶的催化活性最高, 其活性值为16640 mol_H2·mol_Pt^-1·h^-1.所制备的Pt/Ni双金属纳米溶胶催化剂具有很好的耐久性, 5次催化实验后该催化剂仍保持较高的催化活性.该双金属纳米溶胶催化NaBH₄水解反应的活化能为48 kJ/mol.     

石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒催化剂的制备及催化制氢性能

采用化学共还原方法制备了石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒（GBNPS）催化剂,并将其用于催化硼氢化钾（KBH₄）水解制氢.采用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）仪和X射线光电子能谱（XPS）表征了该催化剂,并研究了双金属纳米颗粒的化学组成对其催化KBH₄水解制氢性能的影响.结果表明,制备的石墨烯负载Pt/Co双金属纳米颗粒平均粒径为3.2~3.9 nm,其中石墨烯负载Pt₂₀Co₈₀双金属纳米颗粒的催化活性最高,35℃时制氢活性可达35973 mol_H2·h^-1·mol^-1_Pt,且具有良好的耐久性,催化KBH₄水解反应的表观活化能为36 kJ/mol.     

微量热法研究燃料电池PtRu/C催化剂的CO微分吸附热

用微量热法技术测量CO的微分吸附热以探测碳负载的单金属Pt,Ru及双金属Pt-Ru催化剂的CO表面吸附位.结果表明,单金属Pt催化剂显示出最高的初始微分吸附热(q_initial=125 kJ·mol^-1);单金属Ru催化剂具有最低的初始微分吸附热(q_initial=109 kJ·mol^-1);三种双金属PtRu催化剂的初始微分吸附热(q_initial=124～112 kJ·mol^-1)界于两种单金属之间.当双金属PtRu催化剂Pt:Ru原子比为1:2时,催化剂Pt原子表面上的强CO吸附位(> 112 kJ·mol^-1)被Ru原子所覆盖而完全消失.     

MOFs碳化制备的CeZrOx复合氧化物上Pd组分的催化性能研究

本文以CO氧化为探针反应探讨了CeZr-MOFs材料碳化制备CeO₂-ZrO₂复合氧化物(ZCM)对Pd组分的分散性及催化性能影响,通过对比球状CeO₂-ZrO₂复合氧化物(ZCS)载体,获得了MOF碳化制备复合氧化物载体的优势及对金属Pd组分催化作用的改善机制。结果表明,负载型Pd/ZCM催化剂的活化能为116.4 kJ·mol^-1,相比Pd/ZCS催化剂的活化能126.8 kJ·mol^-1更低;Pd/ZCM催化剂的起燃温度T₅₀和T₉₀分别低至52℃和56℃,均比Pd/ZCS催化剂的T₅₀(78℃)和T₉₀(93℃)低,显示了更优的低温CO催化氧化性能。相对于球形ZCS载体,ZCM载体上Pd组分的分散稳定性更好,Pd分散度和单位Pd的表面吸附氧量分别约为Pd/ZCS催化剂上的1.4和1.2倍左右,更有利于CO低温氧化性能提升。以CeZr-MOF材料碳化制备CeO     

石墨烯负载Pt-Pd催化剂的制备、催化制氢性能及机理研究

以氧化石墨烯为载体,采用乙醇共还原法制备了石墨烯负载Pt-Pd双金属纳米催化剂,并将其用于催化碱性硼氢化钾(KBH_4)水解制氢研究.采用X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)等手段表征了催化剂的微观形貌和结构,发现当金属催化剂中Pt/Pd摩尔比为1∶1时,Pt-Pd双金属催化剂颗粒可均匀地负载于石墨烯载体表面,而且粒径比单金属催化剂和其它组成的双金属催化剂粒径更小,约为5.6 nm.将该催化剂用于催化碱性条件下KBH_4水解制氢实验,结果表明,金属催化剂的化学组成对其催化性能有明显影响,当Pt/Pd摩尔比为1∶1时其催化活性高于其它化学组成(Pt/Pd摩尔比为4∶1或1∶4)的Pt-Pd双金属催化剂,催化活性可达4380 mol_(H2)·mol_M~(-1)·h~(-1),比Pt单金属催化剂活性提高约52%,为Pd单金属催化剂活性的4倍.通过催化反应动力学研究发现,Pt-Pd双金属催化剂催化KBH_4水解制氢反应的活化能约为20.90k J/mol,催化剂具有较佳的耐久性,连续使用3次后催化效率仍可达首次催化反应效率的83%.利用密度泛函理论研究了催化剂催化KBH_4水解反应的机制,发现双金属纳米催化剂可以明显降低硼氢化物水解反应决速步骤基元反应的势垒,从而显著提高催化剂的催化活性.     

Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的制备及催化制氢活性

采用化学共还原方法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒,对所合成的纳米颗粒进行了表征,研究了三金属纳米颗粒的化学组成对其催化NaBH4制氢的影响.研究结果表明,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的平均粒径在2 nm左右,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒催化活性高于Pt,Ni或Fe单金属纳米颗粒和Pt/Ni,Pt/Fe或Ni/Fe双金属纳米颗粒的催化活性,其中Pt10Ni78.75Fe11.25三金属纳米颗粒的催化活性最高,30℃时,其催化活性可达63.920×103molH2/(molPt·h).Pt/Ni/Fe三金属纳米溶胶催化剂具有很好的催化稳定性,10次重复催化实验后,该催化剂依然可以保持较高的催化活性.该三金属纳米溶胶催化NaBH4水解反应的活化能为52 kJ/mol.     

碳纳米管负载的纳米Pd-Ag催化剂对乙醇和丙醇氧化的电化学活性

在乙二醇和水混合溶剂中,采用硼氢化钠还原的方法制备了多壁碳纳米管（MWCNT）负载的Pd和Pd-Ag纳米颗粒催化剂;在碱性介质中,用循环伏安法测试了这些催化剂对乙醇、正丙醇和异丙醇的电氧化性能。结果表明,Pd和Pd-Ag纳米颗粒均匀地分散在MWCNT表面;Pd/MWCNT、Pd₄Ag₁/MWCNT、Pd₂Ag₁/MWCNT和Pd₁Ag₁/MWCNT催化剂上金属颗粒的平均粒径分别为7、4、7和11 nm。相比乙醇和异丙醇,所制备的催化剂对正丙醇的氧化表现出较大的电流密度。与Pd/MWCNT催化剂相比,双金属Pd_nAg₁/MWCNT（n=4、2、1）催化剂,尤其是Pd₄Ag₁/MWCNT上的电流密度更大,表明Ag的加入提高了Pd催化剂对醇氧化的电化学活性,其原因是因为醇氧化过程所产生的中间体物种在双金属Pd-Ag/MWCNT催化剂上的吸附力有所减弱。     

离子液体辅助合成AuPd纳米海绵及催化性能

在功能化离子液体氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑([HEmim]Cl)辅助下, 在室温水溶液中一步快速合成了具有多孔海绵状结构的AuPd纳米材料. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线能谱(EDX)和X射线衍射分析(XRD)等对该材料进行了表征. 结果表明, AuPd纳米海绵为合金结构, 由表面粗糙的纳米颗粒聚集熔接而成. 采用不同摩尔比(3∶1, 1∶1或1∶3)的前驱物HAuCl₄和Na₂PdCl₄均可制备出海绵状AuPd合金结构. 离子液体对AuPd纳米海绵状结构的形成起关键作用. 在对硝基苯酚还原反应中, 不同组成的AuPd纳米海绵均表现出比商用Pd/C催化剂更优异的性能. 其中, Au₁Pd₃纳米海绵具有最高的催化活性, 反应在98 s内即可完成, 反应速率常数为0.0143 s ^-1, 是商用Pd/C的2.3倍. 该方法也可用于制备其它双金属(如PdCu, PtCu等)和多金属纳米海绵.     

一步置换法制备AgPd纳米粒子及催化性能研究

在室温条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,以Mg粉为还原剂,采用一步置换法制备出AgPd和Pd纳米粒子。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及X-射线光电子能谱(XPS)等对该AgPd和Pd纳米粒子的属性进行了表征。结果表明,AgPd和Pd纳米粒子为单分散状态且能长时间的稳定存在。采用不同摩尔比(3∶1,1∶1或1∶3)的金属离子前驱体Ag⁺和Pd²⁺,均可制备出单分散的AgPd纳米粒子。PVP对AgPd和Pd纳米粒子的稳定存在起关键作用。所制备的AgPd纳米粒子对4-硝基苯酚的还原表现出优异的催化活性,其催化效率顺序为：Ag₁Pd₁>Pd>Ag₃Pd₁>Ag₁Pd₃。Ag₁Pd₁纳米粒子循环使用5次后,其催化活性没有显著降低。     

用于电化学水氧化的铁、镍、钴金属及其二元金属纳米颗粒比较研究

从环境兼容角度来设计应用于氧析出反应的电催化剂是否有效、耐用和廉价对能源转化过程至关重要. 本文报告了一种快速制备低成本、原料丰富的金属催化剂制备方法。通过一步电化学沉积法在钛金属基材上制备了铁、镍、钴金属及其钴镍、钴铁二元金属纳米颗粒. 采用场发射电子显微镜 (FE-SEM), 能量散射X-射线能谱 (EDX), X-射线衍射光谱 (XRD), X-射线光电子能谱 (XPS)和电化学技术对制备的不同纳米颗粒进行了表征. 电化学结果显示,在合成的五种钛基金属纳米催化剂中, 钛基上沉积钴金属纳米颗粒(Ti/Co)电极在0.l mol·L^-1氢氧化钾溶液中氧析出反应的电催化活性最好,0.70 V(相对于银/氯化银电极)的电流密度为10.0 mA·cm^-2. 经优化后Ti/Co电极的过电位(η)很小,当电流密度为10.0 mA·cm^-2时η为0.43 V,质量活性高达105.7 A·g^-1,逆转频率(TOF)值为1.63×10^-3 s^-1, 这些与当前最好的碳载铂(Pt/C)和氧化钌(RuO₂)电催化剂的性能相当. 此外,通过计时电位技术对优化后Ti/Co电极的耐久性进行了测试, 发现该电极在碱性溶液中氧析出反应的稳定性良好. 本工作制备的钛金属基材上电化学沉积金属钴纳米颗粒具有高催化活性、高稳定性、原料来源丰富、廉价且易于大规模生产,在工业化水分解领域具有潜在的应用前景.     

Rh/Co双金属纳米颗粒的制备及其催化制氢性能

以ISOBAM-104为保护剂,采用共还原法制备了一系列不同组成的Rh/Co双金属纳米颗粒(BNPs)。采用紫外-可见吸收光谱、透射电镜及高分辨透射电镜对纳米颗粒的结构及组成进行了表征。结果表明,所制备的Rh/Co BNPs的粒径小于6.0nm,具有合金结构。催化制氢实验结果表明,Rh_(20)Co_(80)BNPs具有最高的催化制氢活性,其TOF值可高达12880mol-H_2·h~(-1)·mol-Rh~(-1),远高于Rh和Co单金属纳米颗粒的催化活性。     

自组装型Pt/γ-Al2O3催化剂用于低温去除挥发性有机物

分别通过自组装法(AS)和浸渍法(WI)制备得到纳米催化剂Pt/γ-Al₂O₃-AS和Pt/γ-Al₂O₃-WI, 并用于评价甲苯、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯等易挥发性有机物(VOCs)的氧化性能. 通过各种表征手段探究了催化剂形态、结构及表面性质与催化剂氧化活性的关系. 结果表明, Pt/γ-Al₂O₃-AS在低温下即可实现VOCs的完全氧化. 在气体浓度(体积分数)为1000×10^-6, 空速为18000 mL·g^-1·h^-1的条件下, 甲苯、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯被Pt/γ-Al₂O₃-AS催化剂完全氧化的温度分别为130、135、145、215℃, 展现出了优异的氧化性能, 且具有很好的稳定性. 该催化剂较高的比表面积、较小的Pt纳米粒径、较好的Pt纳米颗粒分散度、更好的低温还原效果及丰富的表面羟基是具有较高催化活性的重要因素.     

Pd-Cu/γ-Al2O3催化苯乙炔选择性加氢反应

为了提高苯乙炔加氢反应中的苯乙烯选择性, 本文采用“胶体-等体积浸渍”两步法制备了Pd-Cu/γ-Al₂O₃双金属催化剂. 利用高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO脉冲化学吸附、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等技术表征了Pd-Cu/γ-Al₂O₃的结构性质, 考察了Cu/Pd 摩尔比、Pd负载量以及金属引入顺序对Pd-Cu/γ-Al₂O₃催化苯乙炔选择性加氢性能的影响. 结果表明, 与Pd/γ-Al₂O₃单金属催化剂相比, Pd-Cu/γ-Al₂O₃的苯乙烯选择性大幅度提高, 尤其是当Pd负载量为0.3%(w), 且Cu/Pd摩尔比为0.6时, Pd-Cu/γ-Al₂O₃表现出优异的加氢选择性; 在0.1 MPa和40 ℃下, 当苯乙炔转化率为90%时, 双金属催化剂的苯乙烯选择性可达95%; 当转化率达到99%以上时, 苯乙烯选择性仍保持在82%左右. 分析表明, Pd-Cu/γ-Al₂O₃中形成了Pd-Cu合金, 但是两种金属间不存在电子转移, Cu对Pd的几何效应才是导致Pd-Cu/γ-Al₂O₃苯乙烯选择性增加的主要原因.     

MgH2+20%(w)MgTiO3复合材料的吸/放氢性能

为了降低MgH₂的吸放氢温度, 提高其吸放氢动力学性能, 本文通过球磨方法制备了MgH₂+20%(w)MgTiO₃复合储氢材料, 并研究了其储氢性能. X射线衍射(XRD)结果表明, MgTiO₃在与MgH₂球磨过程中生成Mg₂TiO₄和TiO₂, 并且Mg₂TiO₄和TiO₂在体系的吸放氢过程中保持稳定, 能够对MgH₂的吸放氢过程产生催化作用. 程序升温脱附和吸/放氢动力学测试结果表明, 添加MgTiO₃后MgH₂的初始放氢温度从389 ℃降至249 ℃.150 ℃下的吸氢量从0.977%(w)提高到2.902%(w), 350 ℃下的放氢量从2.319%(w)提高到3.653%(w). 同时, MgH₂放氢反应的活化能从116 kJ·mol^-1降至95.7 kJ·mol^-1. 与MgH₂相比, MgH₂+20%(w) MgTiO₃复合材料的热力学与动力学性能均有显著提高, 这主要是由于球磨和放氢过程中原位生成的TiO₂和Mg₂TiO₄具有良好的催化活性.     

Metal–Organic Framework (MOF)-Derived Electron-Transfer Enhanced Homogeneous PdO-Rich Co3O4 as a Highly Efficient Bifunctional Catalyst for Sodium Borohydride Hydrolysis and 4-Nitrophenol Reduction

Developing a bifunctional catalyst with low cost and high catalytic performance in NaBH₄ hydrolysis for H₂ generation and selective reduction of nitroaromatics will make a significant impact in the field of sustainable energy and water purification. Herein, a low-loading homogeneously dispersed Pd oxide-rich Co₃O₄ polyhedral catalyst (PdO-Co₃O₄) with concave structure is reported by using a metal–organic framework (MOF)-templated synthesis method. The results show that the PdO-Co₃O₄ catalyst has an exceptional turnover frequency (3325.6 mol_H2 min⁻¹ mol_Pd⁻¹), low activation energy (43.2 kJ mol⁻¹), and reasonable reusability in catalytic H₂ generation from NaBH₄ hydrolysis. Moreover, the optimized catalyst also shows excellent catalytic performance in the NaBH₄ selective reduction of 4-nitrophenol to 4-aminiphenol with a high first-order reaction rate of approximately 1.31 min⁻¹. These excellent catalytic properties are mainly ascribed to the porous concave structure, monodispersed Pd oxide, as well as the unique synergy between PdO and Co₃O₄ species, which result in a large specific surface area, high conductivity, and fast solute transport and gas emissions.     

Oxidation of ethanol on carbon-supported oxide-rich Pd–W bimetallic nanoparticles in alkaline media

Carbon-supported oxide-rich Pd–W bimetallic nanoparticles were prepared by chemical reduction methods. The existence of oxides in the electrocatalysts is confirmed by X-ray photoelectron spectrum (XPS) and high resolution transmission electron microscopy. XPS analysis indicates that the oxygen atoms account for about 50% of all the atoms in Pd–W bimetallic nanoparticles. Compared to Pd/C catalyst, the carbon-supported oxide-rich Pd–W bimetallic nanoparticles exhibit a better catalytic activity for the anode oxidation of ethanol in alkaline media. The onset potential of the as prepared oxide-rich Pd_0.8W_0.2/C catalyst (Pd: W = 8: 2, metal atom ratio) for ethanol oxidation is negative shifted about 90 mV comparing to Pd/C catalyst. The oxide-rich Pd–W/C electrocatalysts provide a new model of noble-metal/promoter system as an extreme case of making the promoter (WO₃) closely adjacent to the noble metal (Pd) by fabricating nanoparticles containing both atom-clusters of oxides and the noble metal atoms.

     

Calorimetric study and thermal analysis of [Gd4/3Y2/3(Gly)6(H2O)4](ClO4)6·5H2O and [ErY(Gly)6(H2O)4](ClO4)6·5H2O (Gly: glycin)

Two solid-state coordination compounds of rare earth metals with glycin, [Gd_4/3Y_2/3(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O and [ErY(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O were synthesized. The low-temperature heat capacities of the two coordination compounds were measured with an adiabatic calorimeter over the temperature range from 78 to 376 K. [Gd_4/3Y_2/3(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O melted at 342.90 K, while [ErY(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O melted at 328.79 K. The molar enthalpy and entropy of fusion for the two coordination compounds were determined to be 18.48 kJ mol⁻¹ and 53.9 J K⁻¹ mol⁻¹ for [Gd_4/3Y_2/3(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O, 1.82 kJ mol⁻¹ and 5.5 J K⁻¹ mol⁻¹ for [ErY(Gly)₆(H₂O)₄](ClO₄)₆·5H₂O, respectively. Thermal decompositions of the two coordination compounds were studied through the thermogravimetry (TG). Possible mechanisms of the decompositions are discussed.     

Enhancing of asphaltene adsorption onto Fe3O4 nanoparticles coated with metal-organic framework Mil-101 (Cr) for the inhibition of asphaltene precipitation

In this study, the potential of MOF (Mil-101-Cr)-coated Fe₃O₄ magnetic nanoparticles (Fe₃O₄-MOF MNPs) for asphaltene adsorption was investigated for the first time and the results were compared with magnetic Fe₃O₄ nanoparticles (Fe₃O₄ MNPs). The coprecipitation method was used for the synthesis of both nanoparticles and were verified using x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The initial asphaltene concentration, nanoparticles concentration, and temperature were the investigated parameters that influenced the adsorption capacity. Increasing the asphaltene concentration, decreasing the mass of nanoparticles, and reducing the temperature could enhance the maximum asphaltene adsorption capacities of 0.79 for Fe₃O₄ MNPs and 0.98?mg?m^?2 for Fe₃O₄-MOF MNPs. Adsorption isotherms tests showed that the Langmuir model was in agreement with the experimental data. In addition, the evaluation of adsorption kinetics demonstrated that the pseudo-second-order Lagergren model predicted the results more precisely. The amount of asphaltene adsorption for Fe₃O₄-MOF MNPs was higher than that for Fe₃O₄ MNPs. These results recommend the application of MOF as an appropriate and effective coating for enhancing asphaltene adsorption.     

Characterization and reactivity of γ-Al_2O_3 supported Pd–Ni bimetallic nanocatalysts for selective hydrogenation of cyclopentadiene

Several g-Al2O3 supported Pd–Ni bimetallic nanocatalysts(Pd–Ni(x:y)/Al2O3; where x and y represent the mass ratio of Pd and Ni, respectively) were prepared by the impregnation method and used for selective hydrogenation of cyclopentadiene to cyclopentene. The Pd–Ni/Al2O3 samples were confirmed to generate Pd–Ni bimetallic nanoparticles by X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and transmission electron microscopy(TEM). The catalytic activity was assessed in view of the effects of different mass ratios of Pd and Ni, temperature, pressure, etc. Among all the samples, the Pd–Ni(1:1)/Al2O3(PN-1:1) catalyst showed extremely high catalytic ability. The conversion of cyclopentadiene and selectivity for cyclopentene can be simultaneously more than 90%.     

CuCo/BNNSs纳米催化剂对固态储氢材料氨硼烷水解的催化性能

采用共还原法将CuCo双金属负载到通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助离子插层法制备的少层氮化硼纳米片(BNNSs)上,获得了平均粒径为2.7 nm且高度分散的铜钴/氮化硼纳米片(CuCo/BNNSs)纳米催化剂。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电镜(HRTEM)对载体及催化剂的结构及形貌进行表征,并研究了CuCo/BNNSs的催化性能。研究发现,由于Cu、Co、BNNSs和OH-之间高效的四重效应协同使得Cu0.5Co0.5/BNNSs纳米催化剂在室温、pH=14条件下对氨硼烷(AB,NH3BH3)水解释氢具有极高的催化活性。转化频率(TOF)值达到104.52 molH2·molmetal^-1·min^-1,且CuCo/BNNSs纳米催化剂具有良好的稳定性,6次循环利用后仍保持较高催化活性。