碳纳米管限域效应对肉桂醛选择加氢产物分布的影响

碳纳米管因其独特的电子结构和性能引起了研究者们广泛的兴趣,尤其是它有序的纳米级管腔结构,可以为催化剂和催化反应提供一种独特的一维限域环境.碳纳米管的限域效应主要由于其管腔几何和电子结构可以使反应物发生富集、对金属纳米颗粒的尺寸限制以及对电子结构的调变作用.一系列研究表明,碳纳米管的限域效应可以对催化剂的活性进行调变,但是对产物选择性的影响方面研究得较少,特别是管径小于4 nm的碳纳米管的限域体系.因此,本文以肉桂醛选择性加氢反应为探针,研究限域效应对产物选择性的影响规律.采用管径为1–3 nm的碳纳米管,基于气相填充的方法将Ru纳米团簇分散于碳纳米管的管腔中,得到碳纳米管限域的Ru催化剂(Ru@CNT);采用浸渍法制备了碳纳米管管外壁负载的催化剂(Ru/CNT)来进行对比.肉桂醛含有共轭的C=C和C=O键,由于C=C键能低于C=O,前者更易发生加氢反应.结果表明,分散在碳纳米管外壁的Ru催化剂可以催化肉桂醛中的C=C加氢,得到氢化肉桂醛(HCAL);而Ru@CNT催化剂不仅可以催化C=C加氢得到氢化肉桂醛HCAL,还可以催化C=O键加氢得到肉桂醇,以及氢化肉桂醇. 通过高分辨透射电镜、拉曼、程序升温还原、程序升温脱附对催化剂进行了表征.发现碳纳米管限域的纳米团簇金属颗粒的粒径大约为1–2 nm,与管外负载的金属颗粒相近,但是Ru@CNT催化剂上仍有部分金属纳米团簇分布在管外壁,这可能是Ru@CNT催化剂上有C=C键加氢产物的一个原因.碳纳米管独特的限域效应促进了Ru物种的还原,在H2气氛下管内Ru物种的还原温度比管外低20oC.金属与碳纳米管的内、外壁之间的电子相互作用,纳米管腔的空间限制作用及管腔富集作用可能是产物分布产生差异的原因.     

K助剂对催化剂Cu-Fe-Zn二氧化碳加氢反应产物分布的调整（英文）

用共沉淀法和浸渍法制备了一系列过渡金属复合物催化剂Kx/Cu-Fe-Zn,通过对催化剂进行了BET,H2-TPR,XRD,XPS,TEM等一系列物理化学性质的表征来探究了助剂K对催化剂的比表面积、还原行为、结构特性以及形貌等方面的影响.在固定床反应器上研究了碱金属助剂K的浸渍量以及温度对CO2加氢反应的催化活性,稳定性以及对产物分布的影响.研究发现,当温度为350℃,助剂K的浸渍量为K0.1/Cu-Fe-Zn时,催化剂的催化活性达到最高,CO2的转化率可以达到68.7%,进一步增加催化剂中K的含量时,催化剂的催化活性出现缓慢下降趋势.研究还发现随着助剂K的浸渍量的增加,CO2加氢反应中大分子量化合物增加,碳链增长,并且有大量高级醇和含氧化合物的形成.我们还讨论了在助剂K存在下催化剂上CO2加氢反应机理.     

肉桂醛催化加氢产物的GC-MS分析

肉桂醛(1)是α、β不饱和羰基化合物中具有代表性的一种物质,其加氢过程如下所示:     

贵金属对钴基催化剂上肉桂醛选择加氢反应的影响

 研究了贵金属改性的Co／γ－Al2O3催化剂上的肉桂醛选择加氢反应．结果表明，通过Pt，Pd和Ru贵金属改性，提高了催化剂的活性，但只有Pt改性的催化剂具有较高的选择性．w（Pt）＜0．5％时，催化剂的活性随着Pt含量的增加呈直线升高，当w（Pt）＝0．5％时，催化剂活性可提高近5倍，但催化剂的选择性变化很小．XRD结果表明，催化剂经还原后，γ－Al2O3上的钴主要为α－Co0．TPR结果表明，Pt的加入提高了Co3O4的还原性能，且Pt含量越高，Co3O4的还原温度越低．XPS结果表明，Pt改性的催化剂样品，其Co3O4大部分被还原为Co0．由于Pt与Co具有协同效应，故Pt改性的Co／γ－Al2O3催化剂既具有较高的活性，又具有很高的选择性．     

不同分子筛载体对CO加氢产物分布的影响

研究了几种小孔分子筛ＺＳＭ－５，ＨＹ，ＮａＹ及β担载ＺｒＯ２对Ｃ加氢反应的催化作用，并就产物的分布情况与担载ＺｒＯ２的硅铝中孔分子筛进行了对比研究。其中中孔分子筛分别用季铵盐和一级胺为模板剂，在水热条件和常温常压下合成；并用ＢＥＴ，ＸＲＤ，ＳＥＭ等手段表征了它们的孔道和骨架结构。另外，考察了碱金属Ｋ＾２＋，Ｎａ＾２＋对催化剂催化性能的影响。     

反应条件对煤加氢热解产物分布的影响

本文以内蒙古红庙煤为研究对象，在温度４５０－６５０℃和氢氯压力２－５ＭＰＡ的范围内，在加压固定床反应器上考察了各种因素包括传质作用对煤加氢热解产物分布的影响。研究表明，转化率和焦油收率随最终反应温度，氢气压力和流速的升高而升高，随加速速率的增大而降低。     

管径对碳纳米管负载铂催化剂氧还原的影响（英文）

采用微波辅助乙二醇法制备了一系列酸处理后的不同管径(8–15,20–30,30–50,50 nm)的碳纳米管(CNT)负载铂(Pt)催化剂(Pt/CNT)。通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)对所制得催化剂进行结构表征;采用循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对其催化性能进行测试。结果表明,不同管径的碳纳米管对Pt的粒径、载量和分散性有一定程度影响;然而,不同CNT管径的催化剂表现出明显不同的催化氧还原反应(ORR)活性。采用管径为8–15 nm的CNT作为载体制备的催化剂(Pt/CNT_8)的Pt载量最高,表现出有很好的催化活性和稳定性。Pt/CNT8在0.9 V时Pt的质量活性为0.188 A?mg~(-1),是商业催化剂(JM Pt/C)的2倍。经扫描5000圈稳定性测试之后,Pt/CNT_8的半波电位负移(~7 mV)远远小于商业JM Pt/C半波电位的负移(~32 mV),表现出优越的催化ORR稳定性。     

肉桂醛催化选择加氢反应中双金属的协同效应

对既含有ＣＣ键又含有ＣＯ键的分子,ＣＣ键的选择加氢意义重大［１］．α,β不饱和醛选择加氢成饱和醛就属于此类．钯是已知的可在温和条件下将α,β不饱和醛选择加氢生成饱和醛最有效的催化剂之一．人们曾研究了不同钯化合物催化剂对α,β不饱和醛中ＣＣ的双键选择加...     

碳纳米管封装铁纳米粒子催化剂上CO加氢制低碳烯烃（英文）

由于石油资源的逐步枯竭,近年来费托(F-T)反应因其可以高效将煤、天然气和生物质等转化成液体燃料和高值化学品而越来越受到人们的关注.相比于Co,Ni和Ru等F-T催化剂,Fe基催化剂因其价格低廉,产物分布广而被广泛研究.以合成气直接制备低碳烯烃的F-T过程为例,铁基催化剂通常会因积碳和烧结的问题,而导致失活.因此,人们通常使用一些氧化物载体,比如氧化硅,氧化铝或者分子筛来分散并稳定铁粒子.但是这类氧化物载体通常与铁有非常强的相互作用,特别是在铁粒子较小的情况下,容易生成一些难于还原的硅酸铁和铝酸铁.而活性炭、碳纤维等惰性载体与铁的相互作用较弱,不足以稳定小的铁粒子在而反应过程中聚集.近来,我们组提出了利用石墨烯碳层封装过渡金属粒子作为催化剂,利用穿透的金属电子来催化反应,从而可以使活性中心和反应介质隔离,有效地增强了非贵金属催化剂的活性和稳定性.在此基础上,我们组和其他课题组的研究表明,一系列石墨烯碳层封装的非贵金属催化剂在燃料电池阴极氧还原反应,电催化析氢反应,染料敏化太阳能电池中的I–3还原反应以及催化氧化还原反应中都有着广泛的应用前景.这种材料中碳层不仅能在氧化气氛、酸性介质中保护包覆的金属,防止其被氧化或者腐蚀,还与包覆的金属有着较强的相互作用,可以促进非贵金属的电子向碳层表面的转移,有望在一些苛刻的反应条件下实现对贵金属催化剂的替代.本文进一步拓展了其在高温反应中的应用,发现豆荚状碳纳米管封装的金属铁纳米粒子在合成气制备低碳烯烃中可以有效防止金属铁纳米粒子的烧结和聚集,因此表现出优异的低碳烯烃选择性和催化稳定性.我们利用一步化学反应法合成了豆荚状碳纳米管封装的铁纳米粒子催化剂(Pod-Fe),并通过酸洗除去碳管外面裸露的铁粒子.透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表明酸洗后铁粒子被包覆在碳管内,并且呈金属态,而酸洗前,则还有大量的氧化铁粒子分布于碳管外部(Fe Ox/Pod-Fe).将酸洗前后的两个催化剂用于固定床气相F-T反应中.通过调节空速和温度考察了它们的催化反应性能,结果表明两个催化剂在不同的反应条件下都有着良好的低碳烯烃选择性.不同反应温度下,它们表现出不同的变化趋势:Pod-Fe活性随着温度的升高而缓慢增长,至380 oC都没有明显的失活现象;而对于Fe Ox/Pod-Fe催化剂,随着温度的升高,CO的转化率先升高,在300 oC时达最高,但随着温度进一步升高,活性迅速降低,呈现一个火山型曲线.TEM结果发现,反应后Fe Ox/Pod-Fe催化剂粒子上产生了很多杂乱的碳丝,并且铁粒子有着明显的聚集长大.而Pod–Fe催化剂即使在380 oC反应后,其形貌仍然保持完好,没有积碳产生,粒子也没有发生聚集和长大.进一步在320 oC下120 h的寿命试验发现,Pod-Fe催化剂的初始活性较低,但经20 h的活化阶段,活性会先增加后略有下降,20 h后趋于稳定.而Fe Ox/Pod-Fe催化剂在反应初始虽然表现出较高的活性,但是随着时间进行,活性迅速下降一半以上,最后趋于稳定.同时结合反应后TEM和XRD的结果发现碳管外部裸露的铁粒子会在反应过程中形成碳化铁物种,并随着反应进行产生聚集,并伴有大量积碳,导致活性迅速下降;而碳层的包覆对于铁粒子有着很好的稳定作用,使得铁粒子能够在高温反应中保持稳定,并且没有积碳的产生.由此可见石墨烯碳层可以有效保护其包覆的金属粒子,并且能够提高其在高温反应下的低碳烯烃选择性和稳定性.此类催化剂有望在一些苛刻条件下的多相催化反应中得到广泛应用.     

固态Photo-CIDNP效应（英文）

光化学诱导动态核极化(photo-CIDNP)是一种在光照条件下由于产生非玻尔兹曼核自旋极化而使核磁共振(NMR)波谱信号强度发生明显变化的效应。这种效应在液体NMR中已为人所熟知,并通过经典的自由基对机理得到解释。固态photo-CIDNP效应发现的较晚,本文介绍了在光合反应中心及蓝光受体中发现的固态photo-CIDNP效应,详细阐述了固态photo-CIDNP效应产生的自由基对自旋动力学的机理,包括三旋混合(TSM)、衰变差异(DD)和弛豫差异(DR),重点介绍了类球红杆菌光合反应中心固态photo-CIDNP效应的磁场依赖性,这种场依赖性在同一分子中的不同核之间表现出明显的差异。本文综述了固态photo-CIDNP效应的现象、理论及其磁场依赖特性的最新进展。     

低碱度共沉淀法制备苯选择加氢Ru-Zn催化剂（英文）

在低碱度下采用共沉淀法成功制备了非负载型Ru-Zn催化剂,用于苯选择加氢制环己烯反应.固定氢氧化钠沉淀剂的量,考察了不同氯化锌加入量对催化剂结构和催化性能的影响,采用N2吸附、X射线衍射和程序升温还原等手段对催化剂进行了表征.同时考察了选用具有最佳锌含量的Ru-Zn催化剂时搅拌速度和硫酸锌添加剂等对催化反应性能的影响,最后考察了催化剂多次使用时的反应性能.研究表明,Zn含量16.7%(质量分数)的Ru-Zn催化剂具有最佳的催化性能;在Zn SO4水溶液(0.45 mol/L)中,优化反应条件(哈氏合金釜,1200 r/min,150 oC,H2压5 MPa)下反应45 min,苯转化率57%时环己烯选择性可达80%(收率超过45%).钌催化剂中Zn O晶体对于环己烯选择性达到80%非常重要.催化剂回收循环反应5次时反应性能基本不变,表明低碱度下制备的催化剂具有良好的稳定性,显示了工业化应用前景.     

金属含量对Ni-Pd/H-Y上正癸烷加氢异构化反应活性和产物选择性的影响（英文）

在Y分子筛上浸渍0.1 wt%Pd和0.1–0.5 wt%Ni,用X射线衍射表征了该催化剂的结晶度,用透射电镜测得平均金属粒径.催化剂中Pd和Ni的化学态用X射线光电子能谱测定,其酸性则用氨-程序升温脱附进行了表征,发现一些酸位被Ni~(2+)离子交换.采用程序升温还原表征了HY分子筛负载的Pd,Ni和Pd-Ni催化剂的还原性能.正癸烷加氢异构化反应在200–450℃和1 atm条件下进行.结果发现,当0.1 wt%Pd/HY中Ni添加量增至0.3 wt%时,正癸烷转化率和异构化选择性增加.单支链和双支链异构体选择性的增加表明该反应遵循质子化环丙烷中间体机理.Ni添加量超过阈值导致活性和异构化选择性急剧下降.综上可见,双金属催化剂更有利于选择性生成双支链异构体,其辛烷值更高.     

助剂钾对二氧化碳加氢反应活性及产物分布的影响

报导助剂Ｋ对Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２担载Ｆｅ催化剂，用于ＣＯ２加氢合成Ｃ２＋烃的催化活性及产物分布的影响。与不含Ｋ的催化剂相比，Ｋ的存在导致Ｆｅ／Ｋ－Ａｌ２Ｏ３的催化活性及Ｃ＾２＋烃选择性明显提高，但使Ｆｅ／Ｋ－ＴｉＯ２的催化活性及Ｃ２＋烃选择性显著下降，而对Ｆｅ／Ｋ－ＺｒＯ２，这种影响并不显著。Ｋ的明显有利于低碳烯烃的生存。     

水对Ni/MgAlO催化丙酮加氢的影响（英文）

研究了H2O对Ni/Mg Al O催化剂上丙酮加氢为异丙醇的催化反应的影响.结果发现,在丙酮中添加少量H2O可提高丙酮转化率,但超过5%的H2O量则会显著降低催化剂活性.吸附量热结果表明,催化剂表面吸附少量H2O会明显降低异丙醇的吸附热,但对丙酮吸附热的影响较小,这也许是反应体系中少量的H2O能促进丙酮加氢活性的原因之一.当催化剂表面吸附较多H2O后,丙酮、异丙醇和H2的吸附热都降低了,因此反而抑制了丙酮的加氢反应.此外,红外光谱结果表明,预吸附水抑制了催化剂表面异丙醇脱氢生成丙酮,并抑制吸附的丙酮在表面生成烯醇盐或异丙叉丙酮等物种,这也许是少量水能促进丙酮加氢生成异丙醇的另一个重要原因.     

Co/TiO2催化剂上肉桂醛的选择加氢

研究了超细TiO2负载的Co/TiO2催化剂上肉桂醛的选择加氢反应,讨论了Co负载量对肉桂醛加氢反应活性和选择性的影响.结果表明,随着Co负载量的增加,催化剂的活性和选择性提高.以CoCl2为前驱物的Co/TiO2催化剂的选择性要高于以Co(NO3)2为前驱物的Co/TiO2催化剂,而催化剂的活性正好相反.以CoCl2为前驱物的Co/TiO2催化剂上,Co负载量为10%和20%时,两者的选择性没有差别,只是前者的活性略低.TPR结果表明,两种前驱物的Co/TiO2催化剂在还原性能方面没有差别.XRD结果表明,TiO2表面上的Co均以Co3O4状态存在.两种不同前驱物的Co/TiO2催化剂在活性和选择性方面存在的差别是由于KCl的存在.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

光催化的氟效应（英文）

半导体光催化因有望可持续地解决日益严峻的环境与能源问题而得到国内外学者的广泛关注.但是,以TiO₂为代表的半导体光催化材料,存在光响应范围窄和光生载流子容易复合的问题,导致其光催化效率不高.为了提高半导体光催化效率,科学家们采取了许多策略对本征半导体光催化剂进行修饰改性,如表面敏化、贵金属沉积、元素掺杂和半导体复合等,以拓展光吸收范围和促进光生载流子分离.近来,高能面TiO₂纳米晶的报道为高性能半导体光催化材料的设计提供了新的思路.在所有对TiO₂进行修饰改性的元素里面,氟因其独特的性能而对TiO₂光催化产生了深远影响:(1)(在酸性溶液里面)氟离子与TiO₂强烈的配位作用(化学吸附)会改变TiO₂光催化材料表面的化学结构,生成氟化钛(≡Ti-F),进而影响污染物在催化剂表面的吸附(反应式(1));≡Ti-OH+H⁺+F^-→≡Ti-F+H₂O(1)(2)吸附在TiO₂表...     

Au-Ir催化剂用于生物质衍生物加氢（英文）

采用沉积-沉淀法制备了TiO_2负载的Au-Ir和Au-Ru催化剂,用于乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯反应,并与相应的单金属催化剂性能进行了比较.有趣的是,Ir/TiO_2中添加Au抑制了催化剂活性,而添加Ru则表现出正效应的协同作用.这两个催化剂均在H_2中还原,使得M~0–Au~0间相互作用增强.结合以前的密度泛函理论计算和催化反应结果,我们认为,Au-Ir/TiO_2催化剂活性低于Ir/TiO_2催化剂是由于Au影响了Ir原子的氧化还原过程.     

碳纳米管负载的Pd-Ag-Sn催化剂对甲酸的电氧化（英文）

采用硼氢化钠还原的方法合成了碳纳米管负载的钯基纳米催化剂(Pd/CNT,Pd_7Ag_3/CNT,Pd_7Sn_2/CNT,Pd_7Ag_1Sn_2/CNT,Pd_7Ag_2Sn_2/CNT和Pd_7Ag_3Sn_2/CNT)。通过XRD,TEM和XPS对其进行了表征,结果表明,相比Pd/CNT和Pd-Ag(或Pd-Sn)催化剂的纳米颗粒,Pd-Ag-Sn催化剂展现出了更小的平均颗粒尺寸(2.3 nm)。此外,还通过循环伏安(CV)和计时电流法(CA)测试了这些催化剂对甲酸氧化的电活性,在酸碱介质中,Pd-Ag-Sn/CNT对甲酸氧化都表现出了更高的电流密度。其中,Pd_7Ag_2Sn_2/CNT催化剂在酸碱介质中的电流密度分别是108.8和211.3 mA·cm~(-2),相应的Pd质量电流密度高达1 364和2 640 mA·mg~(-1),远远高于商业Pd/C,表明Pd-Ag-Sn/CNT催化剂对甲酸氧化表现出了极好的电催化活性。     

杂多酸盐修饰骨架镍催化剂上肉桂醛的选择加氢

研究了杂多酸盐改性：Raney Ni催化剂上肉桂醛选择加氢制备肉桂醇的反应，考察了杂多酸盐负载量、反荷阳离子、杂多阴离子对RaneyNi催化剂上肉桂醛加氢活性和选择性的影响，结果表明：随着Cu1.5PMo12O40负载量增加，肉桂醛加氢沽性降低而生成肉桂醇的选择性增加，当Cu1.5PMo12O40负载量达到6．3％时，肉桂醇的选择性达到了26．4％，而没有改性的RaneyNi催化剂上肉桂醛加氢生成肉桂醇的选择性为零；在各种不同反荷阳离子的PM012盐中，只有反荷阳离子为Cu2 的Cu1.5PMo12O40改性Raney Ni催化剂具有最高的选择性，在选定的四种杂多阴离子的铜盐中，Cu2SiMo12O40和Cu2SiW12O40改性Raney Ni催化剂的选择性为零，Cul．5PW12O40改性Raney Ni催化剂上肉桂醛加氢生成肉桂醇的选择性也比Cu1.5PMo12O40改性Raney Ni的低的多．