动态中毒法测定吸附和表面反应速率和活性中心性质

应用动态中毒技术，在三相浆化反应器中，测定不同温度下的α-甲基苯乙烯在不同钯含量的Pd/Al2O3催化剂上加氢时的吸附平衡、吸附和表面反应速率系数，同时也测定了这些催化剂表面上活性位的数目、种类和性质，并初步研究了速率系数和活性位数目、性质间的关系。结果表明，催化反应的吸附和表面反应速率不仅取决于催化剂表面活性位的数目，与也活性位的某些性质有关。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程：氧化钒的保留和氧化钨的牺牲

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活。因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论。但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据。本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应。利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献。
　　催化剂活性测试结果表明, V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/TiO2二元催化剂。催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素。原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Br?nsted酸性位数量及氧化还原能力提高。作为反应的主要活性物种, V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Br?nsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活。在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性。
　　另外, WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性。除此之外, WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种。因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力。
　　活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力。但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程:氧化钒的保留和氧化钨的牺牲（英文）

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活.因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论.但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据.本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应.利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献.催化剂活性测试结果表明,V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/Ti O2二元催化剂.催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素.原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Brnsted酸性位数量及氧化还原能力提高.作为反应的主要活性物种,V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Brnsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活.在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性.另外,WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性.除此之外,WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种.因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/Ti O2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力.活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力.但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性.     

催化剂活性位本质和构效关系的模型催化研究

明确催化剂的活性位本质和构建多相催化的结构和反应性能之间的准确关系是催化基础研究的重点,表面科学研究基于丰富的表征测试手段能够较好地在分子原子水平测定表面结构以明确催化剂活性位本质,并通过高压原位反应池测定相关催化反应性能,获得较可靠的催化剂构效关系。本文简要总结了近年来本人参与的几个模型催化研究例子,包括贵金属表面上CO和烷烃催化氧化的活性表面、纳米Au膜的制备和CO氧化的催化活性位、VO_x/Pt(111)上丙烷氧化的协同作用、Au Pd合金上醋酸乙烯酯合成Au的助催化作用、模型氧化物上纳米Pt的庚烷脱氢环化制甲苯的粒径关系等,以及相关模型催化研究技术的进展。     

TiO2纳米粒子膜的表面态性质对光催化活性的影响

TiO2纳米粒子膜催化剂光催化降解大气和水中污染物,具有广泛的应用前景,成为重点研究的课题之一[1～3].膜的晶体结构、能带结构、表面微结构和光生载流子过程等是决定催化剂光催化活性重要的因素.研究这些性质能够为研制和开发高效催化剂提供理论依据.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[4]制备TiO2纳米粒子膜,分别用TiCl4等离子体和O2等离子体处理膜表面,制出两种不同表面性质的TiO2纳米粒子膜,测定其表面性质和降解苯酚的光催化活性,分析和讨论了膜表面物种、表面态能级对光催化活性的影响.     

DFC-1氢型丝光沸石的吸附热与甲苯歧化催化活性的研究

在工业生产条件下对催化剂和催化作用的动态研究已经引起重视。吸附热能反映催化剂表面能量状况和吸附分子间的相互作用,是表征催化剂表面性质的重要参量。对于国产甲苯歧化催化剂DFC-1氢型丝光沸石(简称HMDFC-1)的吸附热和催化活性之间关系的报道还不多。在用吸附差热方法考察HMDFC-1的表面酸性时发现,在动态条件下HMDFC-1存在着对NH_3可逆和不可逆两种吸附,而对吡啶则只有不可逆吸附。本文利用脉冲色谱法分别测定了苯、甲苯、二甲苯在HMDFC-1上以及在被NH_3中毒的HM吸附热,和甲苯在被吡啶中毒的HMDFC-1上的吸附热,并以吸附热的差别区别了两类DFC-1上的酸中心,找出了催化活性随甲苯吸附热的变化曲线。     

不同阳离子(NH4+,Na+,K+,Ca2+)溴化物对商用SCR催化剂化学中毒影响机制研究

燃煤飞灰中的碱金属和碱土金属对 NH3-SCR 催化剂的活性有显著的影响. 近年来, 研究者针对碱金属/碱土金属氧化物对 SCR 催化剂中毒作用开展了大量研究. 另一方面, 研究普遍认为, 含溴化合物对提高 SCR 催化剂汞氧化性能具有明显促进作用. 目前为止, 针对碱金属/碱土金属溴化物对 SCR 催化剂影响的系统研究较少. 我们课题组系统研究了不同阳离子的溴化物 (NH4Br, NaBr, KBr 和 CaBr2) 对商用 V2O5-WO3/TiO2催化剂性能的影响.与未中毒样品相比, KBr 中毒后的催化剂 (记为 L-KBr) 上 NOx转化率明显下降, 而 NaBr 和 CaBr2中毒的催化剂 (分别记为 L-NaBr 和 L-CaBr) 上的 SCR 活性也有一定程度的降低. 另外 L-NaBr, L-KBr 和 L-CaBr 催化剂的 N2选择性较差. XPS 结果显示, KBr 中毒后化学吸附氧 (Oα) 比例减小; 同时, KBr 中毒后还原性和表面酸度降低, 这些可能是导致 L-KBr催化剂的活性和 N2选择性变差的主要原因. 对于 L-CaBr 催化剂, 中毒后化学吸附氧 Oα比例有所增加, 这与 H2-TPR 结果显示可还原性增强一致. O2-TPO 结果显示, L-CaBr 催化剂可氧化性降低, 说明 CaBr2中毒还是影响到催化剂表面的氧化还原循环. 催化剂 CaBr2中毒后表面被覆盖减少了反应活性位数量, 但表面酸性的增强可能会抵消活性位点损失带来的负面影响. NH3氧化结果显示, NH3在 L-CaBr 催化剂表面发生过氧化反应, 特别是高温下生成较多 N2O, 降低 N2选择性, 这可能是高温下 L-CaBr 催化剂 SCR 活性和 N2选择性下降的重要原因. CO2-TPD 结果表明, L-KBr 和 L-CaBr 催化剂表面碱性强度增加, 可能有助于增加 NOx物种的吸附量. 基于以上活性评价和表征分析结果, 我们尝试建立了不同溴化物中毒的催化剂表面酸碱性、氧化还原和催化性能之间的关系.     

不同阳离子(NH_4~+,Na~+,K~+,Ca~(2+))溴化物对商用SCR催化剂化学中毒影响机制研究（英文）

燃煤飞灰中的碱金属和碱土金属对NH_3-SCR催化剂的活性有显著的影响.近年来,研究者针对碱金属/碱土金属氧化物对SCR催化剂中毒作用开展了大量研究.另一方面,研究普遍认为,含溴化合物对提高SCR催化剂汞氧化性能具有明显促进作用.目前为止,针对碱金属/碱土金属溴化物对SCR催化剂影响的系统研究较少.我们课题组系统研究了不同阳离子的溴化物(NH_4Br,NaBr,KBr和CaBr_2)对商用V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂性能的影响.与未中毒样品相比,KBr中毒后的催化剂(记为L-KBr)上NO_x转化率明显下降,而NaBr和CaBr_2中毒的催化剂(分别记为L-NaBr和L-CaBr)上的SCR活性也有一定程度的降低.另外L-NaBr,L-KBr和L-CaBr催化剂的N_2选择性较差.XPS结果显示,KBr中毒后化学吸附氧(O_α)比例减小;同时,KBr中毒后还原性和表面酸度降低,这些可能是导致L-KBr催化剂的活性和N_2选择性变差的主要原因.对于L-CaBr催化剂,中毒后化学吸附氧O_α比例有所增加,这与H2-TPR结果显示可还原性增强一致.O_2-TPO结果显示,L-CaBr催化剂可氧化性降低,说明CaB_r2中毒还是影响到催化剂表面的氧化还原循环.催化剂CaBr_2中毒后表面被覆盖减少了反应活性位数量,但表面酸性的增强可能会抵消活性位点损失带来的负面影响.NH_3氧化结果显示,NH_3在L-CaBr催化剂表面发生过氧化反应,特别是高温下生成较多N_2O,降低N_2选择性,这可能是高温下L-CaBr催化剂SCR活性和N_2选择性下降的重要原因.CO_2-TPD结果表明,L-KBr和L-CaBr催化剂表面碱性强度增加,可能有助于增加NO_x物种的吸附量.基于以上活性评价和表征分析结果,我们尝试建立了不同溴化物中毒的催化剂表面酸碱性、氧化还原和催化性能之间的关系.     

CO氢化催化剂表面活性位的动态法研究

用程序升温表面反应(TPSR)和程序升温还原(TPR)以及过渡应答(TR)等动态手段研究Ni/Al_2O_3催化剂表面上CO氢化反应的活性位状况。结果表明, 催化剂表面存在两种类型的活性位。其中A位来自表面上的聚晶体Ni, B位来自Ni与载体Al_2O_3强相互作用形成的Ni-Al化合物。实验结果还表明, CO在两个活性位都有吸附, 但在有H_2参与的条件下, 会影响二个活性位上的CO吸附量。     

共沉淀法和浸渍法制备的HoCeMn/TiO2催化剂的脱硝性能

采用浸渍法和共沉淀法制备了Ho Ce Mn/Ti O₂脱硝催化剂并对其结构和性能进行了表征。结果表明共沉淀法增强了活性组分和载体的相互作用,从而增加了Ho Ce Mn Ti-C催化剂表面Ce³⁺、Mn⁴⁺以及吸附氧的含量,使其表现出优异的低温氧化还原性能。此外,共沉淀法制备的HoCeMnTi-C具有更多的表面酸性位点及更强的表面酸性。催化剂表面酸性和氧化还原性能的提高有助于氨的吸附和活化,从而显著提高其活性。表面酸性位点的增多还抑制了H₂O和SO₂在催化剂表面的吸附,提升了催化剂的抗水抗硫性能。催化剂上的选择性催化还原(SCR)反应遵循Eley-Rideal(E-R)机制,催化剂硫中毒是源于形成的硫酸盐覆盖或破坏了催化剂活性位。     

DFT-based Machine Learning for Ensemble Effect of Pd@Au Electrocatalysts on CO2 Reduction Reaction

The ensemble effect due to variation of Pd content in Pd−Au alloys have been widely investigated for several important reactions, including CO₂ reduction reaction (CO₂RR), however, identifying the stable Pd arrangements on the alloyed surface and picking out the active sites are still challenging. Here we use a density functional theory (DFT) based machine-learning (ML) approach to efficiently find the low-energy configurations of Pd−Au(111) surface alloys and the potentially active sites for CO₂RR, fully covering the Pd content from 0 to 100 %. The ML model is actively learning process to improve the predicting accuracy for the configuration formation energy and to find the stable Pd−Au(111) alloyed surfaces, respectively. The local surface properties of adsorption sites are classified into two classes by the K-means clustering approach, which are closely related to the Pd content on Au surface. The classification is reflected in the variation of adsorption energy of CO and H: In the low Pd content range (0–60 %) the adsorption energies over the surface alloys can be tuned significantly, and in the medium Pd content (37-68 %), the catalytic activity of surface alloys for CO₂RR can be increased by increase the Pd content and attributed to the meta-stable active site over the surface. Thus, the active site-dependent reaction mechanism is elucidated based on the ensemble effect, which provides new physical insights to understand the surface-related properties of catalysts.     

在超音速F-F2-IF与NH3气流中产生IF(B3Π0+)的研究

研究了在超音速F-F_2-IF气流与NH_3气流中通过化学反应与碰撞传能产生IF(B~(3Π_0~+))的过程。用光学多通道分析仪在450-750 nm范围内记录到IF(B~(3Π_0~+)→X~(1∑~+))辐射的33条光谱线。提出了产生IF(B~(3Π_0~+))的机制。     

脂肪醇对杂多酸P2Mo186-激发态的还原作用

近年来,杂多酸和氧化物催化剂表面的类似性引起了人们的广泛兴趣。钼杂多酸具有光化学活性,在不同种类有机溶剂存在下,紫外或可见光辐照就形成杂多蓝还原产物及相应的有机物氧化产物。从乙醇或1,4-二噁烷中沉淀出来的杂多酸化合物(简称HPC)在日光下也变成蓝色。HPC还原时形成多电子还原产物—杂多蓝(简称HPB)。这种多个还原电子体系可能作为还原N_2,CO和H_2O的还原剂。杂多酸光催化大量有机物的氧化反应,以及水放氢的还原反应,是一个活跃的研究领域之一。本文研究了Dawson结构P_2Mo_(18)~(6-)的光化     

Catalytic reduction of NO by CO over Pd — doped Perovskite-type catalysts

The perovskite type oxides (nominal formula LaTi_0.5Mg_0.5O₃) with addition of Pd were prepared by annealing the ethanol solution of precursors in nitrogen flow at 1200°C and characterized by X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature programmed desorption of NO (NO-TPD). Their activity was evaluated for NO reduction by CO under stoichiometric and oxidizing conditions and for direct decomposition of NO. Pd substituted samples exhibited high NO reduction activity and selectivity towards N₂. Nearly complete elimination of NO was achieved at 200°C. Two simultaneous reactions, NO reduction by CO and direct decomposition of NO as well as two forms of NO adsorption were observed on the surface of Pd substituted perovskite samples. The distribution of Pd in different catalytically active sites or complexes on at the catalyst surface may be responsible for the proceeding of two reactions: NO reduction with CO and direct NO decomposition.      

Ni2P负载量对Ni2P/Ce-Al2O3催化剂结构及萘加氢性能的影响

采用程序升温还原法制备了一系列Ni₂P/Ce-Al₂O₃催化剂,考察了制备过程中Ni₂P负载量对催化剂结构及萘加氢饱和性能的影响。结果表明,Ni₂P负载量可调控活性组分Ni₂P与载体Ce-Al₂O₃之间的相互作用,进而调变催化剂的比表面积、Ni₂P粒径及催化剂活性位点数量。当Ni₂P负载量（质量分数）为17%时,催化剂具有较大的比表面积（40 m²/g）、较小的Ni₂P粒径（26.3 nm）和最多的活性位点数量（26.7 μmol/g）;同时,该催化剂萘转化率为95%,十氢萘选择性为76%,且活性稳定性良好,这主要归因于催化剂大的比表面积和高的活性位点数量为反应提供了更多的场所。     

Bi+N2O化学发光反应机理研究

The emission spectra of BiO(A ~2Π_(1/2)) have been first obtained by studying the reaction Bi+N_2O in the heat pipe oven. 18 new bands are obtained from the emission spectra of BiO(A ~2Π_(1/2)) which are attributed to the reaction of atomic Bi~*(~2D_(3/2)) with N_2O(~1Σ_g~+). The metastable Bi~*(~2D_(3/2)) is produced by the following processes: Bi(~4S_(3/2))+N_2O(~1Σ_g~+)→BiO(X_2~2Π_(3/2)), and then,BiO(X_2~2Π_(3/2))+Bi(~4S_(3/2))→Bi~*(~2D_(3/2))+BiO(X_1~2Π_(1/2)).     

Catalytic Active Site for NO Decomposition Elucidated by Surface Science and Real Catalyst

Comprehensive studies combining surface science and real catalyst were performed to get further insight into catalytic active site and reaction mechanism for NO decomposition over supported palladium and cobalt oxide-based catalysts. On palladium single-crystal model catalysts, adsorption, dissociation and desorption behavior of NO was found to be closely related to the surface structures, the stepped surface palladium being active for dissociation of NO. In accordance with this result, the activity of powder Pd/Al₂O₃ catalysts for NO decomposition was directly related to the number of step sites exposed on the surface, suggesting that the step sites act as the catalytic active site for NO decomposition on Pd/Al₂O₃. NO decomposition over cobalt oxide was found to be significantly promoted by addition of alkali metals. Surface science study and catalyst characterization led to the same conclusion that the interface between the alkali metal and Co₃O₄ serves as the catalytic active site. From the results of in situ Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and isotopic transient kinetic analysis, a reaction mechanism was proposed in which the reaction is initiated by NO adsorption onto alkali metals to form NO₂⁻ species and then NO₂⁻ species react with the adsorbed NO species to form N₂ over the interface between the alkali metal and Co₃O₄.     

CO adsorption on highly dispersed MoP/Al2O3 prepared with citric acid

Calorimetry of CO adsorption was used for the first time to study the surface properties of alumina-supported molybdenum phosphide (MoP/Al₂O₃). To increase the dispersion of MoP active sites, the sample was prepared by novel citric acid-temperature programmed reduction (CA-TPR) method. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) of CO adsorption confirmed the formation of MoP by CA-TPR method. The calorimetry results proved that the novel method increased the amounts of active sites and led to the formation of a highly dispersed alumina-supported MoP, but the adsorption heat and the active sites distribution were not much affected by the preparation method. Furthermore, the energetic distribution of active sites depended on the MoP loading.     

Ba+Cl2, Br2化学发光反应动力学研究——电子激发态BaCl2*的生成机理

本文在束-气化学反应装置中, 研究了Ba+Cl_2(Br_2)化学发光反应, 观测了BaCl_2~*(BaBr_2~*)连续发射和Ba(~1P→~1S)辐射强度与反应物浓度的关系, 并用OMA观测了BaCl_2~*(BaBr_2~*)的发光强度的空间分布。实验结果否定了生成BaCl_2~*的单次碰撞的各种设想, 通过形成高振动激发的电子基态中间产物的二步反应机理, 成功地解释了实验观察的各项结果, 证明这个机理是可信的。     

Kinetics and Mechanism of Dechlorination of o-Chlorophenol by Nanoscale Pd／Fe

IntroductionTherehasbeenagrowinginterestintheuseofzero valentironforthetreatmentofchlorinatedor ganiccompounds(COCs)inwaterandgroundwater .Thestudieshavebeenfocusedonsuchcompoundsascarbontetrachloride ,trichloroethene ,pesticidesandtherelatedcompounds[1— 7] .Whenironisincontactwithalessreductivemetalsuchaspalladiumwhosecomplexhasbeenusedtohydrogenatenitroben zene[8] ,themetalcouplecanformgalvaniccells .ThisledtothediscoveryofaPd/Febimetalliccomplexofwhichpalladiumservesasacatalystandironasa…