超细ZrO_2催化剂的织构和晶相结构对合成甲醇、异丁醇的影响

采用超临界干燥法制备ＺｒＯ２超细催化剂，用于一氧化碳加氢合成甲醇、异丁醇。考察了催化剂的焙烧温度、焙烧时间以及碱金属助剂对合成醇性能的影响，并结合Ｎ２吸附、ＴＥＭ、ＸＲＤ表征，研究催化剂的织构、体相结构与催化活性的关系。发现随着催化剂焙烧温度升高、焙烧时间的延长，ＺｒＯ２由四方晶型（ｔＺｒＯ２）向单斜晶型（ｍＺｒＯ２）转变；浸渍Ｋ２ＣＯ３在焙烧过程中能够稳定ｔＺｒＯ２，浸渍Ｎａ２ＣＯ３则促进四方晶型向单斜晶型的转变。微细颗粒四方晶型的ＺｒＯ２有利于异丁醇的生成。     

合成甲醇,异丁醇锆系催化剂的晶相结构

用ＬＲＳ和ＸＲＤ相结合方法对Ｚｒ－Ｋ和Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ催化剂进行了。考察共沉淀法制备的Ｚｒ－Ｋ、Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ催化剂焙烧温度和Ｋ２Ｏ、ＭｎＯ２含量对其晶相结合的影响。在Ｚｒ－Ｋ催化剂中，ＺｒＯ２以单斜和四方混合晶型存在，在Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ催化剂中，当ＭｎＯ２含量在１７－３０％时，催化剂中仅有高度分散的四方晶型晶型ＺｒＯ２它是合成甲醇、异丁醇的活性相。     

氧化锆负载氧化钌催化甲醇低温选择氧化合成甲酸甲酯的活性催化剂结构

 采用ZrO2负载的RuOx催化剂在低温(如373 K)下催化甲醇选择氧化合成甲酸甲酯,发现RuOx的结构可显著影响反应速率和产物选择性. 在相近的甲醇转化率下, RuO2-4物种的催化活性和对甲酸甲酯的选择性明显高于RuO2物种, 表明在ZrO2表面构筑高活性高选择性的RuO2-4结构有利于获得高的甲酸甲酯产率.     

甲醇选择氧化MoO3—TiO2催化剂的研究

用XRD、LRS、ESR、XPS等方法对机械混合物焙烧法制备的两组MoO_3—TiO_2催化剂进行了表征,同时考察了催化剂的甲醇选择氧化活性和选择性。结果表明:MoO_3与TiO_2机械混合物在450℃焙烧过程中发生TiO_2中锐钛矿转变成金红石的相变,但若将TiO_2在空气中550℃预处理8h后再与MoO_3混合焙烧则未观察到相变的发生。在上述两组催化剂中都发生了MoO_3在TiO_2表面的分散。当MoO_3含量小于10wt％时,MoO_3晶相消失,钼以表面钼氧物种存在。MoO_3与TiO_2之间的强相互作用导致Mo(Ⅴ)的生成和pKa≤+3.3的表面酸位的产生。TiO_2晶型对催化剂表面结构及反应活性有明显影响,锐钛矿转变为金红石使最佳反应温度提高20～40℃,Mo在表面富集程度增大,而Mo(Ⅴ)和表面酸位浓度下降。表面Mo(Ⅴ)和高分散于表面的八面体配位钼氧物种可能是甲醇氧化的活性位。     

甲醇选择氧化金属氧化物催化剂的结构与其催化性能的关系

甲醇是一个重要的平台分子, 实现其高效转化为能源和化学品的关键是揭示相关反应过程中催化剂的结构与催化性能之间的关系和反应机理. 围绕这个关键问题, 以甲醇选择氧化为探针反应, 本文总结了负载氧化钼、负载氧化钒和杂多酸等典型催化剂体系以及近年来发展的氧化铼、氧化钌等新催化剂体系在认识催化活性中心结构和反应机理, 进而调控它们的氧化中心和酸中心等方面所取得的进展. 这些认识将有助于设计制备性能优异的新催化剂和实现甲醇到目标氧化产物的定向转化.     

Mo／La－Co－O催化剂上甲烷选择氧化制甲醇反应

 制备了一系列Mo／La－Co－O催化剂，考察了催化剂对甲烷选择氧化制甲醇反应的催化性能，并用BET，XRD，LRS，H2－TPR和XPS等技术研究了催化剂的结构和性质．结果表明，在n（CH4）∶n（O2）∶n（N2）＝10∶1∶1，SV＝14．4L／（g·h），p＝4．2MPa和θ＝420℃的反应条件下，7％Mo／La－Co－O催化剂表现出较好的催化性能，甲醇选择性为60％，甲醇收率为6．7％．Mo负载于La－Co－O上以后，Mo－O物种以无定形的状态存在于La－Co－O表面，并与La－Co－O发生相互作用．Mo的负载量影响Mo－O物种的结构及催化剂的性质．催化剂的还原性和表面O－／O2－比影响催化剂上甲烷选择氧化制甲醇反应的性能．     

丙烷选择氧化的铋钼复合氧化物催化剂结构和催化性能

 应用X射线衍射（XRD）,傅里叶变换激光拉曼光谱（FT－LRS）和微型催化反应装置等测试手段研究了丙烷选择氧化的Bi－Mo复合氧化物催化剂的结构和催化性能．结果表明,Bi组分是丙烷催化氧化脱氢为丙烯的主要活性组分,而丙烯醛选择性的大小与Bi－Mo复合氧化物催化剂的组成和结构密切相关．不同组成的Bi－Mo复合氧化物催化剂在丙烷转化率（～28．0％）相近的情况下,其丙烯醛选择性随Mo／（Mo＋Bi）原子比的增加先逐渐增加,在Mo／（Mo＋Bi）原子比为0．50时达极大值（～28．1％）．随Mo／（Mo＋Bi）原子比进一步增加,丙烯醛选择性又急剧下降．XRD和FT－LRS结果表明,Bi2O3和MoO3之间可形成二元Bi－Mo－O晶相固溶体,从而显著提高了催化剂对选择氧化反应的催化性能．尤其是当α－Bi2（MoO4）3和γ－Bi2MoO6两相共存时,Bi－Mo复合氧化物催化剂具有较优良的选择氧化催化性能．γ－Bi2MoO6参与了α－Bi2（MoO4）3对丙烷的选择氧化,加速了选择氧化活性氧物种的再生．     

正丁烷选择氧化中V—P—O催化剂的晶相和选择性

测定了一系列V-P-O催化剂的丁烷选择氧化总转化率、顺酐选择性和生成速率。用XRD和FT-IR仪对催化剂进行晶相分析。用化学滴定法测定催化剂中钒的平均价态。结果表明,晶形良好的(VO)_2P_2O_2和部分α-VOSO_4的混合物可能是丁烷选择氧化的必要活性相。     

负载型铼催化剂体系与甲醇选择氧化性能的关系

以铼酸铵为前驱体,制备了氧化物负载型铼催化剂并研究其甲醇选择氧化反应的催化性能.结果表明,Fe₂O₃和V₂O₅等氧化物负载型铼催化剂表现出很高的甲醇选择氧化制备二甲氧基甲烷的催化性能,选择性可达90%～94%(摩尔分数).选择氧化反应活性与铼担载量有关.在α－Fe₂O₃担载的铼催化剂中,以担载质量分数为1%～3%铼的催化剂活性最高[450mmol/(h·gRe)],而高于3%的铼担载量,单位铼催化活性逐渐下降.XRD,XPS和脉冲反应等结果表明,铼酸铰负载于α-Fe₂O₃载体上,并于He气氛中焙烧后,所得表面铼物种与担载量有关,当低于单层担载量时以Re⁶⁺占主导,而高于单层担载量时则Re⁶⁺与Re⁴⁺物种共存.     

不同晶型氧化锆对甲烷燃烧Pd/ZrO_2催化剂活性和稳定性的影响

Pd/ZrO2是甲烷低温燃烧研究较为广泛的催化剂,其中载体ZrO2对稳定PdO起到了重要作用。采用水热法合成了纯相的M-ZrO2和T-ZrO2,然后采用浸渍法制备了Pd/M-ZrO2和Pd/T-ZrO2催化剂,并考察了不同晶型ZrO2对催化剂的活性和稳定性的影响。结果表明,Pd/M-ZrO2催化剂的活性和稳定性明显优于Pd/T-ZrO2。结合XRD、TEM和TPO表征结果,发现Pd/M-ZrO2活性高的原因是PdO分散性更好,Pd/M-ZrO2较好的稳定性与PdO和ZrO2的作用方式有关。     

低碳烷烃选择氧化金属氧化物催化剂的结构与其催化性能的关系

基于金属氧化物催化剂的低碳烷烃选择氧化是催化研究的一个热点和难点, 而认识催化剂的结构与其催化性能之间的关系对于获得高效催化剂, 解决低碳烷烃选择氧化反应中存在的问题至关重要. 本文围绕催化剂的结构对其催化性能的影响, 概述了V-P-O、V-Sb-O、Mo-V-Te-Nb-O和V-Mg-O等几类典型的氧化物催化剂体系在这方面的研究进展. 结合我们开发的Re-Sb-O催化剂体系, 分析了多功能中心、活性位分离、两相协同效应等方面对金属氧化物催化剂的催化性能的影响. 这些认识将有助于设计合成性能优异的催化剂及实现低碳烷烃的选择氧化活化和定向转化.     

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：40-200nm,ZrO2-AN;18～25nm,ZrO2-AD：10～15nm),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4～5nm,而Zr02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。     

Mo/ZrO2催化剂上甲烷选择氧化制甲醛

 制备了一系列甲烷选择氧化制甲醛的Mo／ZrO2催化剂．采用催化剂性能评价、BET比表面积测定、XRD、共焦显微激光拉曼光谱、H2－TPR和XPS等方法研究比较了不同Mo担载量催化剂的性能及其结构和性质．实验结果表明：Mo／ZrO2催化剂具有催化选择氧化甲烷制甲醛的性能，且对甲醛有较高的选择性．在所考察的范围内，随着催化剂Mo担载量的增加，甲烷的转化率增加，甲醛的选择性增加，甲醛的比活性增加．随着反应温度的升高，甲烷的转化率增加，甲醛的选择性降低，甲醛比活性升高．Mo／ZrO2催化剂中主要含有ZrO2和Zr（MoO4）2．催化剂的性能和性质与催化剂中Zr（MoO4）2的性质密切相关．随着Mo担载量的增加，Zr（MoO4）2晶粒尺寸增大，并且其含量增加；ZrO2晶粒尺寸基本不变．Zr（MoO4）2晶粒尺寸增大和含量增加导致催化剂的比表面积降低，使甲烷选择氧化生成甲醛的钼氧物种增多，催化剂的还原温度升高和表面Mo的配位不饱和程度降低．从而使得Mo含量较高的催化剂（12％Mo／ZrO2）具有较高的甲烷选择氧化生成甲醛的活性．     

溶剂热法合成纯单斜和四方晶相氧化锆中的溶剂效应

在以水或甲醇为溶剂, 通过溶剂热反应合成纯单斜相或四方相氧化锆的前期工作基础上, 利用X射线衍射手段研究了硝酸氧锆(ZrO(NO3)2·2H2O)和尿素的溶剂热反应产物——水合ZrO2的物相结构在不同反应温度、反应时间及后处理温度等条件下的变化过程, 提出了不同晶相氧化锆的形成、转变以及稳定的可能机理. 不论在水还是甲醇溶液中, 最初水解得到的水合ZrO2沉淀即晶相氧化锆前体都具有四方对称性结构. 在水热反应条件下, 氧化锆沉淀物发生Ostwald熟化(溶解-沉淀)过程, 四方对称性结构转变为热力学稳定的单斜对称性结构. 而在甲醇热反应条件下, 氧化锆沉淀物不溶于甲醇, 从而Ostwald熟化过程被抑制, 使得四方对称性结构得以保持; 同时, 尿素与水合锆沉淀物反应脱除所含的结晶水, 形成更刚性的四方对称性结构, 这样使得高温热处理(400 ℃)只能促进其晶化过程, 但不改变其对称性. 因而, 不同溶剂对氧化锆沉淀物溶解性的差异以及造成的氧化锆沉淀物与尿素反应性能的差异可能是溶剂热反应合成单一晶相氧化锆的关键因素.     

纳米二氧化锆在甲醇合成催化剂Cu/Ga2O3/ZrO2中的作用

The introduction of mesoporous nanosize zirconia to the catalyst for methanol synthesis dedicates the nanosized catalyst and mesoporous duplicated properties. The catalyst bears the larger surface area, larger mesoporous volume and more uniform diameter, more surface metal atoms and oxygen vacancies than the catalyst prepared with the conventional coprecipitation method. The modification of microstructure and electronic effect could result in the change of the reduced chemical state and decrease of reducuction temperature of copper, donating the higher activity and methanol selectivity to the catalyst. The results of methanol synthesis demonstrate that the Cu^＋ is the optimum active site. Also, the interaction between the copper and zirconia shows the synergistic effect to fulfil the methanol synthesis.     

Cu／Cr催化剂上的甲醇部分氧化制氢

采用共沉淀法,制得不同配比的Cu/Cr催化剂;考察了O2／CH3OH比对甲醇部分氧化制氢（CH3OH＋1／2O2→2H2＋CO2）反应活性的影响;利用TPR、XRD、BET、N2O测定Cu表面积等手段对Cu/Cr催化剂进行了表征。活性评价结果表明,在低的O2／CH3OH比时,Cu60Cr40催化剂的活性较差,但O2／CH3OH比接近0.5时,活性较好,且氢的选择性也较高,结合表征结果推测,催化剂中的Cu^ /Cu^0比可能决定了甲醇的转化率。     

负载型MoOx和VOx催化剂上二甲醚选择氧化制甲醛反应

 考察了负载型MoOx和VOx催化剂上二甲醚选择氧化制甲醛反应的性能. 结果表明,两类催化剂在低温(240~320 ℃)下都具有良好的催化性能,VOx催化剂比MoOx催化剂所需的反应温度低,300 ℃下在VOx/γ-Al2O3催化剂上二甲醚转化率可达20%,甲醛选择性可达70%. 载体对催化剂性能有较大的影响,对于VOx催化剂,使用酸性载体时二甲醚转化率和甲醛选择性更高. 催化剂的稳定性较好, 反应17 h后,VOx/γ-Al2O3催化剂上未检测到有积碳生成.     

VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化剂的结构与催化碳黑氧化性能

采用等体积浸渍法制备两个系列不同V和K负载量的VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化剂.利用程序升温氧化反应(TPO)技术对VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化碳黑氧化的活性进行了考察.实验结果表明,当催化剂中V的负载量nV/nZr=4/100时, VOx/ZrO2催化剂的活性最好.添加K能显著改善VOx/ZrO2催化剂的活性,当K的添加量为nK∶nV∶nZr=1∶4∶100时,碳黑氧化的反应温度最低.催化剂的红外光谱和紫外-可见光谱表征的结果表明, nV/nZr=4/100时,催化剂的表面形成聚合的V物种浓度最大.由于聚合的V物种具有较强的氧化还原能力,因而能显著地降低柴油碳黑的氧化温度.当K-VOx/ZrO2催化剂中nK/nV超过1/4时,由于形成KVO3物种,催化剂表面原子的移动性减弱,因而催化活性降低.