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1.
太阳能热化学分解水是一种高效生产清洁和可再生氢能源的方法.由于出色的催化活性和太阳能燃料生产能力,钙钛矿型的催化剂在热化学领域引起了强烈关注.我们采用改良的Pechini法合成了一系列钙铝掺杂的镧锰钙钛矿并系统考察了其在两步法热化学分解水中的产氢表现.为了优化热化学催化性能,我们进行了镧锰钙钛矿A,B位上钙和铝的掺杂量(从0.2到0.8)的详细考察.通过调整掺杂比例,得到了一种极其高效的钙钛矿催化剂La0.6Ca0.4Mn0.6Al0.4O3.当两步法热化学分解水在1400和1000℃之间,La0.6Ca0.4Mn0.6Al0.4O3取得了429μmol/g的出色产氢表现,比同等条件下基准催化剂氧化铈产氢结果高出8倍.与此同时,钙铝掺杂镧锰钙钛矿在两步法热化学循环测试中展现出极其稳定的催化活性.因此,这种新颖的钙铝掺杂镧锰钙钛矿具备巨大的潜质用于未来热化学太阳能燃料的实际生产.  相似文献   

2.
In This Issue     
<正>封面:赵惠军等报道了一种钙钛矿型催化剂La_(1-x)Ca_xMn_(1-y)AlyO_3在太阳能热化学分解水中的应用.通过优化A,B位离子的掺杂量,他们发现La_(0.6)Ca_(0.4)Mn_(0.6)Al_(0.4)O_3高效催化剂能在1400和1000°C之间能通过两步热化学分解水取得稳定的产氢量(429μmol/g).见本期第1079–1086页.  相似文献   

3.
汽车尾气中CO,HC,NO_x,硫化物及其颗粒粉尘严重危害人们身体健康和大气环境,是大气环境的主要污染源之一.目前,尾气净化是其减排的最主要方式.汽车尾气催化剂的发展经历了几代的研究,一直以来广泛采用Pt,Pd和Rh等贵金属,但因其资源匮乏,价格昂贵,容易被S和P中毒,因此人们逐渐将目光投向非贵金属催化剂的研发.钙钛矿复合氧化物因具有独特的物理化学性质以及灵活的"化学剪裁"特性而在材料研究等领域颇受青睐,有望成为贵金属催化剂的替代品.一般而言,催化剂的比表面积越大,表面活性位点越多,其催化活性越高,且会明显降低起燃温度.目前,一些制备工艺,如水热法、共沉淀法、微乳液法和硬模板法,虽可在一定程度上提高催化剂的比表面积,但却存在费时、耗能及制备工艺复杂等缺点.因此,如何简单有效地制备出大比表面积的钙钛矿型催化剂依然是一个难题.本文以合成的分级多孔δ-MnO_2微球为模板,采用熔盐法制备出球状多孔La_(1-x)Sr_xMn_(0.8)Fe_(0.2)O_3(0≤x≤0.6)钙钛矿氧化物,研究了球状多孔钙钛矿氧化物的形成过程和合适的制备温度,以及B位Fe_3+掺杂量为20%时A位Sr~(2+)掺杂量对钙钛矿催化剂结构和催化活性的影响.采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N~2吸附-脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线能谱(XPS)等方法对催化剂进行了表征.在固定床石英管反应器上评价了催化剂催化CO氧化活性及稳定性,采用气相色谱联接氢火焰离子化检测器检测了产物和反应物的组成.结果表明,以分级多孔δ-MnO_2微球为模板,采用熔盐法在450oC反应4h制备出的球状多孔La_(1-x)Sr_xMn_(0.8)Fe_(0.2)O_3(0≤x≤0.6)钙钛矿氧化物具有良好的结晶性、较大的比表面积(55.73m~2/g)和孔体积(0.37cm~3/g).其球状多孔结构的形成可分为两个阶段:原位形成钙钛矿相和纳片表面析出钙钛矿晶粒及钙钛矿晶粒的再生长.另外,FT-IR光谱表明,Fe~(3+)和Sr~(2+)成功进入A,B位.同时,CO转化曲线表明,B位Fe~(3+)的掺杂量为20%时,A位Sr~(2+)的掺杂量高于30%时可以明显改善催化剂催化CO氧化活性:La_(1-x)Sr_xMn_(0.8)Fe_(0.2)O_3(0≤x≤0.3)的T_(50)和T_(90)分别在180和198℃左右;而La_(0.55)Sr_(0.45)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3和La_(0.4)Sr_(0.6)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3的T_(50)均低于125℃;La_(0.55)Sr_(0.45)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3的T_(90)为181℃,而La_(0.4)Sr_(0.6)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3却仍低于125℃.XPS结果则证明,较高的催化活性得益于La_(0.4)Sr_(0.6)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3表面存在较多的Mn+、氧空位及吸附氧.最后,La_(0.55)Sr_(0.45)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3和La_(0.4)Sr_(0.6)Mn_(0.8)Fe_(0.2)O_3的稳定性测试结果表明,采用熔盐法以δ-MnO_2为模板在450℃焙烧4h制备的多孔球状钙钛矿具有较好的催化稳定性.虽然催化剂制备工艺简单,周期短,但比表面积最大只有55.73m~2/g,为硬模板法的1/2,因此提高比表面积将是今后研究的方向.  相似文献   

4.
通过溶胶-凝胶法制备出A位Sr掺杂的钙钛矿型氧化物La_(1-x)Sr_xCoO_3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8),并将其作为催化剂应用于双功能氧电极中。测试结果表明,A位Sr的掺杂的La_(1-x)Sr_xCoO_3比LaCoO_3具有更高的电催化活性,并且La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3在氧还原和氧析出反应中均表现出最优的催化性能,最大电流密度分别达到0.244 A·cm~(-2)(-0.6 V vs Hg/HgO)和0.303 A·cm~(-2)(1 V vs Hg/HgO)。为进一步提高催化剂的催化活性,将水热法制备的α-MnO_2纳米管与La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3复合作为双功能催化剂。当α-MnO_2的质量分数为40%时,比起单一的α-MnO_2或钙钛矿氧化物,α-MnO_2/La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3复合材料表现出协同效应,有更好的双功能电催化活性,使双效氧电极具有更好的电化学性能及稳定性。  相似文献   

5.
通过溶胶-凝胶法制备出不同Ni掺杂比例的双钙钛矿Sr_2Ni_xCo_(2-x)O_6(x=0.2,0.4,0.6,0.8),通过热分解法制备出具有层状结构的纳米颗粒g-C_3N_4,并制备其复合物催化剂。将双钙钛矿和g-C_3N_4分别制备成双功能电极片,用于测试其对氧还原(ORR)和氧析出(OER)的催化活性,然后选取具有最佳氧催化活性的Ni掺杂比例x=0.4的双钙钛矿与一定重量比例的g-C_3N_4进行复合,测试复合催化剂的氧催化活性。结果表明,复合后的催化剂催化效果明显优于单一催化剂,当g-C_3N_4添加量占双钙钛矿的30%(w/w)时复合催化剂催化氧还原反应的最大电流密度为395.7 mA·cm~(-2)(-0.6 V vs Hg/HgO),氧析出反应的最大电流密度为372.0mA·cm~(-2)(1 V vs Hg/HgO),这表明g-C_3N_4与Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6复合后协同催化能够提高双钙钛矿的氧催化活性。  相似文献   

6.
以三嵌段共聚物PEG-PPG-PEG (P123,M=5800)为软模板合成了6个多级孔钙钛矿型氧化物La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0),用XRD, SEM, BET, XPS对其进行表征,并测试了样品对CO+NO的催化活性。结果表明:在B位进行Co掺杂,催化剂的形貌及物化特性发生了显著变化。Co掺杂量在x=0.2时,样品La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(0.8)Co_(0.2)O_3的比表面积、孔容和表面B位金属含量最大,催化活性最佳,在反应温度为276, 242℃时分别对CO, NO的转化率达到90%。  相似文献   

7.
用常规固相反应法成功制备Co/Cr/Ni/Cu/Mn掺杂的La_(0.8)Ca_(0.2)Mn_(0.5)X_(0.5)O_3陶瓷材料,并利用XRD,XPS,FT-IR,IR-2红外发射率测试仪对制得的试样进行了物相性能和红外辐射性能的研究。研究表明:所制备试样的晶体结构均为正交晶系,平均粒径在38~59 nm之间。400和600 cm-1均出现了钙钛矿型复合氧化物的特征振动峰,即所制得试样均形成了稳定的钙钛矿结构。在2.5~5μm波段范围内材料的发射值均在0.7以上,发射率值由大到小的顺序为:MnNiCuCoCr,不同元素掺杂后晶体的畸变程度存在差异,吸附氧与晶格氧的比例发生变化,当然发射率的差异与材料本身带电粒子及运动特性也有关联。实验制得的La_(0.8)Ca_(0.2)Mn_(0.5)X_(0.5)O_3系列粉体材料在2.5~5μm的发射率均在0.74以上,特别是La_(0.8)Ca_(0.2)MnO_3的发射率值达到0.86,可用于高温反应炉中作为炉衬材料降低能量损耗。  相似文献   

8.
合成了La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.6)M_(0.4)0_3系列和Ln_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3系列单相钙钛矿型复合氧化物。用程序升温脱附法研究了置换金属离子对氧的吸附-脱附特性的影响,并考察了置换金属离子对CH_4,n-C_4H_(10)的完全氧化催化活性的影响。对于La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.6)M_(0.4)0_3系列,氧的吸附-脱附特性由置换金属离子的价态和氧化还原性所决定。容易生成非常原子价态的金属离子的置换有利于氧在晶格氧空位上的吸附,催化活性受置换金属氧化物自身活性的影响。对于Ln_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3系列,氧的吸附-脱附特性由稀土离子半径决定,离子半径小有利于氧的吸附,催化活性与吸附(脱附)氧量的变化规律一致。  相似文献   

9.
负载型镧锰钙钛矿催化剂上甲烷催化燃烧的研究   总被引:10,自引:0,他引:10  
研究了甲烷在负载型镧锰钙钛矿催化剂(LCFM/α-Al2O3)上的低温催化燃烧反应.考察了制备方法、焙烧温度列催化剂结构和活性的影响.并进行了100h稳定性实验.实验结果表明用浸渍法、焙烧温度高于800℃就能在载体上生成良好的钙钛矿结构,催化剂具有较低的起燃温度并且在高温条件下具有与非负载型镧锰钙钛矿催化剂相当的活性;100h稳定性实验表明LCFM/a-Al2O3催化剂经历了100h.800℃的连续高温燃烧反应,催化剂仍保持了原有结构和催化活性.并且没有明显积碳.  相似文献   

10.
锰掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3-MgTiO3复相陶瓷的制备和介电性能   总被引:1,自引:0,他引:1  
以分析纯的Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、草酸和钛酸丁酯为原料,采用草酸盐共沉淀法制备了钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4tiO3,BST)纳米粉体.XRD和SEM分析结果表明,该方法制备出立方相的Ba0.6Sr0.4TiO3粉体,平均粒径小于100 nm,具有较高的烧结活性.用传统固相法制备了锰掺杂钛酸锶钡.钛酸镁(Ba0.6Sr0.4TiO3-MgTiO3,BST-MT)复相陶瓷,系统研究了掺杂0.1%-2.0%(x,摩尔分数,下同)锰对钛酸锶钡-钛酸镁复相陶瓷微观形貌和介电性能的影响机理.结果表明,当锰的掺杂量小于1.5%时,Mn作为受主掺杂取代占据钙钛矿ABO3的B位,因此导致居里点略微向高温偏移和相变扩散的发生,锰的掺杂导致晶格畸变,促进了晶粒生长,使晶界相比例下降,因此介电损耗随着锰掺杂量的增大而减小;当锰的掺杂量为1.5%时,介电损耗达到最小值,继续增大掺杂量,介电常数下降,介电损耗上升.  相似文献   

11.
钙钛矿型催化剂La_(0.2)Ca_(0.8)MnO_3在氨氧化制硝酸反应中具有良好的催化活性和稳定性,但在使用中发现容易被空气中的微量硫化物毒化。一些作者曾研究过这类催化剂在烯烃和CO氧化以及NO还原反应中的硫中毒问题,但关于这类催化剂在氨氧化反应中的硫中毒问题尚未见有报道。为了解氨氧化反应中催化剂的中毒规律以及对进一步  相似文献   

12.
以分析纯的Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、草酸和钛酸丁酯为原料, 采用草酸盐共沉淀法制备了钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3, BST)纳米粉体. XRD和SEM分析结果表明, 该方法制备出立方相的Ba0.6Sr0.4TiO3粉体, 平均粒径小于100 nm, 具有较高的烧结活性. 用传统固相法制备了锰掺杂钛酸锶钡-钛酸镁(Ba0.6Sr0.4TiO3-MgTiO3, BST-MT)复相陶瓷, 系统研究了掺杂0.1%-2.0%(x, 摩尔分数, 下同)锰对钛酸锶钡-钛酸镁复相陶瓷微观形貌和介电性能的影响机理. 结果表明, 当锰的掺杂量小于1.5%时, Mn作为受主掺杂取代占据钙钛矿ABO3的B位, 因此导致居里点略微向高温偏移和相变扩散的发生, 锰的掺杂导致晶格畸变, 促进了晶粒生长, 使晶界相比例下降, 因此介电损耗随着锰掺杂量的增大而减小; 当锰的掺杂量为1.5%时, 介电损耗达到最小值, 继续增大掺杂量, 介电常数下降, 介电损耗上升.  相似文献   

13.
以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型光催化剂Ca0. 99La0. 01TiO3,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等对光催化剂材料进行了表征,并考察了N掺杂对光催化剂催化效果的影响,探究了可见光条件下,Ca0. 99La0. 01TiO3-xNx在不同Pt负载量及不同种类牺牲剂中光催化分解水的产氢量,并进行相关荧光猝灭分析.结果表明,在可见光条件下,Pt负载量为1%且掺杂N的钙钛矿光催化剂在Na2SO3/Na2S作为牺牲剂时,光催化分解水的产氢量最高.  相似文献   

14.
研究了稀土钙钛矿型氧化物La1-xA′xCo1-yBiyO3-δ(A′z=Ba0.2,Sr0.4;y=0,0.2)催化剂上一氧化碳低温氧化反应.XRD结果表明这4个催化剂均为单相立方钙钛矿结构.18O2和CO脉冲实验结果表明Sr掺杂催化剂的晶格氧活动度和反应性比Ba掺杂的强.TPR结果表明Bi的掺杂降低了催化剂的还原温度,提高了催化活性,且Sr取代部分La比Ba取代部分La更有利于增加催化活性.我们认为,Sr.(或Ba)和Bi的掺杂引起的催化活性的提高与氧空位浓度的增加,Co和Bi离子氧化-还原循环的改善以及晶格氧活动度的增加密切相关.  相似文献   

15.
甲烷氧化偶联反应(OCM)是天然气直接转化利用的重要途径之一.该反应通过甲烷和氧气在催化剂作用下一步将甲烷直接转化为乙烯等具有高附加值的产品,避免了涉及高能耗过程的合成气间接路径,不仅有可能减少中间副产物的生成,还有可能大大提升整个过程的能源利用效率.因此,研究OCM反应具有十分重要的实际意义.目前氧化镧基催化剂具有良好的催化活性、产物选择性和热稳定性,但在OCM反应中产品收率仍未能达到工业应用的要求,因而近几十年来高效OCM催化剂的研发一直是研究热点.实验发现,锶掺杂氧化镧催化剂具有更为优异的催化性能,主要表现在具有比纯氧化镧催化剂更高的催化活性和产物选择性,但对于锶掺杂的影响机制仍然缺乏系统的理论研究.目前普遍认为,甲烷活化是OCM反应的第一步,也是决速步,这主要是由于C-H键活化需要越过很高的能垒,因此往往需要很高的温度.本文主要采用团簇模型,通过密度泛函理论计算来研究OCM反应中锶掺杂对氧化镧催化剂上甲烷活化性能的影响及其作用原理.本文构建了八种锶掺杂的氧化镧团簇作为该催化剂模型,可分为没有自由基性质的团簇(LaSrO_2(OH),La_2SrO_4,La_3SrO_5(OH),La_5SrO_8(OH))和具有自由基性质的团簇(LaSrO_3,La_2SrO_4(OH),La_3SrO_6,La_5SrO_9).我们计算了甲烷在这些锶掺杂氧化镧团簇上Sr-O和La-O酸碱对位点以及氧自由基活性位点上的活化机制,以研究锶掺杂对OCM反应活性的影响,并与我们前期计算的纯氧化镧团簇上甲烷活化性能进行了对比.通过计算甲烷在不同锶掺杂氧化镧团簇上的物理和化学吸附能、活化能垒以及甲基自由基的脱附能,发现锶掺杂氧化镧团簇上的甲烷活化在热力学和动力学上都要比纯氧化镧团簇上更为有利.对于具有相同金属原子数目的团簇,甲烷在La-O上活化的能垒大小为:化学计量比的La-Sr-O团簇非化学计量比的La-Sr-O团簇化学计量比的La-O团簇;而甲烷在Sr-O上活化的能垒大小依次是:化学计量比的La-Sr-O团簇非化学计量比的La-Sr-O团簇.给定一个锶掺杂氧化镧团簇,甲烷在不同活化位点上的活化能垒大小通常是:O·Sr-OLa-O,其中无论何种性质的锶掺杂氧化镧团簇,甲烷在Sr-O上的反应活性要高于La-O上的,而对于具有自由基特征的锶掺杂氧化镧团簇,甲烷更容易在氧自由基位点上发生解离.此外,对于没有自由基特征的锶掺杂氧化镧团簇,甲基自由基的脱附如同纯氧化镧团簇一样是强吸热过程.相反,对于具有自由基特性的锶掺杂氧化镧团簇,甲基自由基的脱附则十分容易.由此可见,锶掺杂促进氧化镧催化剂上OCM反应活性主要有以下两个原因:(1)通过掺杂可以提供具有自由基特性的氧活性位点,(2)对于非自由基性质的团簇,可以增强金属.氧对位点的碱性和甲烷反应活性,从而有效降低了甲烷的活化能垒和甲基自由基的脱附能.  相似文献   

16.
徐壮  王旭君  周毛毛  郑建东 《合成化学》2018,26(11):836-839
采用共沉淀法制备单钙钛矿型催化剂LaFe1-xNixO3(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0)系列催化剂,其结构和性能经XRD、 BET、 H2-TPR和TG-DSC。以催化甲烷燃烧为目标反应,考察不同Ni2+掺杂量对催化活性的影响。结果表明:不同掺杂量的Ni2+对该系列催化剂性能影响较大,催化活性均呈现先变大后变小的趋势,其中LaFe0.6Ni0.4O3催化剂的比表面积为13.4 m2·g-1,催化活性最好,起燃温度T10%为402 ℃,完全转化温度T90%为542 ℃。  相似文献   

17.
采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型催化剂La_(0.2)Ce_(0.8)Fe_xMn_(1-x)O_3(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9),其结构和性能经SEM,XRD,BET和H_2-TPR表征。以甲烷燃烧为目标反应,研究了催化剂的性能。结果表明:单钙钛矿晶型催化剂La_(0.2)Ce_(0.8)Fe_(0.7)Mn_(0.3)O_3的比表面积为10.9 m~2·g~(-1),催化性能最好,起燃温度T10%为420℃,完全转化温度T90%为649℃。  相似文献   

18.
以La2O3和Mn(NO3)2为原料, 用"溶胶-凝胶"法结合"超临界干燥技术"制备镧锰气凝胶, 在600, 800 ℃下煅烧镧锰气凝胶, 制备超细钙钛矿型LaMnO3+λ, 用XRD, TEM, DTA, TG等手段对样品进行表征; 并分别用CH4和CO气体的氧化反应来检测LaMnO3+λ的催化活性. 结果显示 (1) 制得镧锰气凝胶为疏松、具有较好分散性的棕色粉末; 其中镧以氢氧化镧形式存在, 而锰以非晶态形式存在; (2) 镧锰气凝胶由针柱状晶体和散落在四周的絮状物组成, 针柱状晶体的长度约为几个微米, 粗端宽度约为100 nm, 细端宽度30 nm; 而絮状物尺寸范围跨度较大, 大片絮状物尺寸范围约为500 nm×150 nm, 小颗粒的直径仅为几个纳米; (3) 镧锰气凝胶600 ℃下煅烧得LaMnO3, 800 ℃下得LaMnO3.15; (4) 超细钙钛矿型LaMnO3+λ气体净化催化剂对CH4和CO气体具有较好的催化活性.  相似文献   

19.
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.  相似文献   

20.
用浸渍-沉淀法分别制备了负载型ZrO_2/Al_2O_3和ZrO_2-(MgO、 K2O、 CeO_2、La_2O_3)/Al_2O_3催化剂. 用XRD、 BET、 TPD对催化剂的晶相结构、比表面积、孔径分布、表面酸碱性等进行了表征;同时以CO_2和CH_3OH为探针用原位红外对催化剂的吸附行为进行研究. 结果表明, 掺杂氧化物有效的阻止ZrO_2晶粒的团聚, 并提高了催化剂的比表面积和平均孔径;CeO_2的添加有利于碱性中心数的增多, La_2O_3有利于酸性中心数的提高. 原位红外结果表明CH_3OH能在ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表面发生解离吸附, 而CO_2在催化剂表面均出现单齿态吸附. CO_2和CH_3OH在常压下直接合成碳酸二甲酯(DMC)反应中ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表现出较好的催化活性和选择性.  相似文献   

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