CuO/γ-Al2O3单分散催化剂的XAFS研究

采用XAFS方法研究浸渍法制备并于低温焙烧的CuO/γ-Al2O3催化剂的局域结构.对于CuO负载量小于单层分散阈值的CuO/γ-Al2O3(0.4 mmol/100 m2),结果表明,CuO物种是以层状分散的孤立原子簇存在于γ-Al2O3载体表面,其第一近邻Cu－O配位环境的结构与晶态CuO的相似,键长和配位数分别为0.195 nm和4.对于CuO负载量等于单层分散阈值的CuO/γ-Al2O3(0.8 mmol/100 m2),已有少量的CuO纳米颗粒生成.对于CuO负载量大于单层分散阈值的CuO/γ-Al2O3(1.2 mmol/100 m2),其结构与多晶CuO的相近.基于CuO在γ-Al2O3载体上的三种不同分散状态的结构特点,我们提出了CuO/γ-Al2O3催化剂的结构模型.     

MO(M=Cu和Ni)/TiO2/-Al2O3催化剂在CO+O2反应中的活性

采用X射线衍射(XRD),程序升温还原(TPR)等表征手段考察了TiO2改性对CuO(或NiO)在γ-Al2O3表面上分散以及还原性能的影响,同时检测了这些改性的催化剂在CO+O2反应中的活性.结果表明:TiO2的改性使得CuO和NiO在γ-Al2O3载体上的分散复杂化,产生了多种状态的氧化铜(氧化镍)物种.当负载量低于其在γ-Al2O3上的分散容量(0.56 mmol Ti4+/100 m2γ-Al2O3)时,TiO2的加入主要是抑制了CuO和NiO在γ-Al2O3载体上的分散;而当负载量远大于其分散容量时,出现了CuO和NiO在晶相TiO2(锐钛矿)上的分散.无论其负载量如何,TiO2的加入促进了CuO的还原.因此,在250℃的CO+O2反应中,改性的催化剂中具有更多的活性位,因而显示出更高的活性;相反,TiO2的改性则抑制了NiO的还原.因此,在350℃的CO+O2反应中,可还原的氧化镍的量明显少于未经改性的催化剂,导致改性催化剂的活性降低.     

氧化铈稳定的CuO簇在CO,C3H6和NO消除中的催化性能（英文）

研究了CuO与γ-Al2O3和CeO2的相互作用,并由此制备出能有效脱除CO,C3H6和NO的催化剂,考察了不同载体表面CuO簇的分散稳定性和耐老化性能.结果发现,随CuO负载量的增加,CuO簇因与CeO2载体的强相互作用而稳定存在;而在γ-Al2O3表面,CuO簇易聚集成较大的颗粒.另一方面,由于CeO2本身较差的热稳定性,表面分散的CuO在950oC高温处理后烧结.因此,基于γ-Al2O3载体优越的耐老化性能,在γ-Al2O3载体分散CeO2,然后再担载CuO,从而得到了稳定的CuO簇,所得催化剂比CuO/γ-A12O3和CuO/CeO2具有更好的催化性能和抗热老化性能.     

CuO调配SnO2表面用于碳烟颗粒燃烧:单层分散阈值效应对催化性能的影响

柴油发动机由于具有良好的动力和经济性等优势而得到广泛的应用,但排放的尾气中碳烟颗粒物(PM)却给人类健康和环境带来了严重的危害.目前PM污染的治理引起了广大科研工作者的关注.催化燃烧成为PM污染消除技术中最有效的方法.金属氧化物负载到载体上时,通常会出现单层分散现象,其单层分散容量可以通过XRD, XPS和Raman等外推法测定.此外,当负载体系用作某种反应的催化剂时,往往会表现出单层分散阈值效应,即阈值附近的催化剂通常具有较高的活性和选择性等.目前单层分散理论已被广泛接受,成为设计高性能催化材料的重要指导思想.在过去八年本课题组将SnO_2基催化材料用于多种环保和能源反应,并系统地探究了其催化性能.结果表明, SnO_2含有丰富的表面活泼氧和晶格氧,且热稳定性高,是一种优良的催化剂载体.基于单层分散理论,为获得更实用的PM燃烧催化剂,我们利用浸渍法设计制备了系列不同Cu O负载量的Cu O/SnO_2催化剂,并使用XRD, XPS, Raman, TEM, STEM-mapping,H2-TPR, soot-TPR和O2-TPD等手段深入研究了其构效关系.利用XRD和XPS外推法测得的Cu O高度分散在SnO_2载体表面,其单层分散阈值为2.09 mmol100m~(-2),即相当于4.8%CuO负载量.低于该负载量时, CuO以亚单层分散态存在;而高于该负载量时,形成的Cu O微晶和单层分散态的Cu O共存.在单层分散阈值之前,催化剂的碳烟燃烧活性随Cu O负载量的升高而上升;进一步提高CuO负载量对其活性无明显的影响.Raman结果表明,在单层分散阈值之前, CuO负载到SnO_2载体上可有效形成表面活泼氧中心,且其含量随Cu O负载量升高而增加;进一步提高Cu O负载量则对其含量无明显改变.因此,Cu O/SnO_2催化剂用于碳烟颗粒燃烧具有明显的阈值效应.以上结果表明,表面活泼氧中心含量是决定该催化剂活性的主要因素.     

氧化铈稳定的CuO簇在CO,C_3H_6和NO消除中的催化性能(英文)

研究了CuO与γ-Al2O3和CeO2的相互作用,并由此制备出能有效脱除CO,C3H6和NO的催化剂,考察了不同载体表面CuO簇的分散稳定性和耐老化性能.结果发现,随CuO负载量的增加,CuO簇因与CeO2载体的强相互作用而稳定存在;而在γ-Al2O3表面,CuO簇易聚集成较大的颗粒.另一方面,由于CeO2本身较差的热稳定性,表面分散的CuO在950oC高温处理后烧结.因此,基于γ-Al2O3载体优越的耐老化性能,在γ-Al2O3载体分散CeO2,然后再担载CuO,从而得到了稳定的CuO簇,所得催化剂比CuO/γ-A12O3和CuO/CeO2具有更好的催化性能和抗热老化性能.     

NiO在γ-Al_2O_3及 TiO_2/γ-Al_2O_3载体上的表面存在状态

本文采用 LRS, XRD, UV-DRS, TPR考查了γ-Al2O3上 TiO2的分散容量,分散态 Ti4＋离子的配位环境; NiO在经 TiO2改性后的γ-Al2O3载体上的分散容量。结果表明：（ 1） TiO2在γ-Al2O3表面的分散容量约为 0.62 mmol/100m2γ-Al2O3,当 TiO2含量低于该分散容量时 Ti4＋在γ-Al2O3载体表面以嵌入形式呈离子态分布;而含量高于分散容量时还有结晶态的 TiO2出现。（ 2） NiO在 TiO2/γ-Al2O3载体表面的分散容量约为 1.1 mmol/100m2γ-Al2O3,比之在γ-Al2O3载体表面的分散容量 (1.5mmol/100m2γ-Al2O3)要低,这是由于γ-Al2O3表面上部分空位被 Ti4＋离子占据。用表面相互作用的“嵌入模型” (Incorporation Model）讨论了这些结果。     

BaCO3在γ-Al2O3载体上的分散及其NOx存储性能

 用浸渍法制备了BaCO3-Pt/γ-Al2O3 和Pt-BaCO3/γ-Al2O3 两种样品. X射线衍射和显微红外等表征结果表明, BaCO3可以在载体表面实现单层分散; Pt和BaCO3的负载顺序不同,则BaCO3的分散容量不同. 以1%Pt/γ-Al2O3 为载体制备的 BaCO3-Pt/γ-Al2O3 样品中BaCO3的分散阈值为0.24 g/g. 氮氧化物存储量测试结果表明, BaCO3负载量在分散阈值时, NOx的吸附穿透时间和钡离子的有效利用率均达到最大值,表现出阈值效应. 而在BaCO3/γ-Al2O3 上负载Pt制备的1%Pt-BaCO3/γ-Al2O3 样品中, BaCO3的分散容量降低, 氮氧化物存储量也降低. 分散相的BaCO3在氮氧化合物存储过程中起主要作用,选择钡含量在分散阈值附近并采取先负载Pt后负载BaCO3的制样顺序可以得到吸附能力最强和钡离子有效利用率最高的催化剂.     

CuO-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的TPR特性及氧化活性研究

采用程序升温还原技术(TPR)研究CuO-Ag2O/γ-Al2O3双组分及其单组分催化剂的还原特性以及热处理温度对其还原性能的影响。发现不同负载量的Cuo-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的还原特性有明显差异, 反映出催化剂表面存在着不同种类的铜物种。Ag2O的存在, 使催化剂的TPR峰位与单组分CuO/γ-Al2O3的TPR曲线产生明显差异, 还原峰发生位移, 随Ag2O添加量的增加, 位移增大。对苯的完全氧化反应结果表明, 催化剂的氧化活性次序为:CuO-Ag2O/γ-Al2O3>CuO/γ-Al2O3>Ag2O/γ-Al2O3。热处理温度升高, 使催化剂表面铜物种分散状态及其还原性能发生变化。从500~900℃, 存在一个使铜物种达到最佳分散态的温度。讨论了负载于γ-Al2O3载体上的CuO-Ag2O双组分及其单组分催化剂在还原过程中金属与载体, 金属与金属间的相互作用以及热处理温度对其还原性能的影响。     

CuO/Mn2O3 /γ-Al2O3催化剂的制备、表征及其在CO氧化反应中的性能研究

采用浸渍法在γ-Al2O3载体上分步负载改性剂Mn2O3和活性组分CuO,制备了一系列不同配比的CuO/Mn2O3/γ-Al2O3催化剂,并运用CO+O2模型反应、XRF、XRD、H2-TPR、in-situ FTIR等手段表征了催化剂的活性和物理化学性质。活性测试结果表明,锰氧化物对γ-Al2O3载体的改性能有效地提高CuO/γ-Al2O3催化剂在CO+O2模型反应中的催化活性。XRD结果表明,锰氧化物对γ-Al2O3载体的改性可以促进氧化铜在载体表面的分散,从而提高了分散态氧化铜的含量,不过这与活性变化的趋势并不完全一致。进一步结合H2-TPR、in-situ FTIR表征结果 ,我们发现,分散态铜、锰氧化物的还原性质也是影响其催化活性的重要因素,催化剂中分散态铜、锰物种越容易被还原,其对CO+O2模型反应的催化活性就越高。     

γ-Al2O3表面Co物种状态对苯催化燃烧性能的影响研究

采用浸渍法在γ-Al2O3载体上制备了不同形态的Co物种,并利用苯的催化燃烧反应考察了各不同物种对苯催化燃烧活性差别.研究结果表明:Co在γ-Al2O3载体表面的分散形态表现出显著的阈值效应.当担载量处于在分散阈值以下时,Co以氧化物形式单层分散于载体表面;当担载量大于分散阈值时,Co团聚为团簇或者多层结晶体形式存在于γ-Al2O3表面.分散阈值效应直接影响着催化剂的催化燃烧活性.焙烧温度对Co在γ-Al2O3表面的存在状态也起着决定性作用.高温焙烧主要导致CoAl2O4尖晶石相生成,而低温焙烧有利于Co3O4物相生成.对于苯催化燃烧反应而言,Co3O4表现出比CoAl2O4高的多的催化活性.     

镍基催化剂上糠醛选择性加氢合成糠醇

采用浸渍法制备了一系列负载的Ni催化剂,用于糠醛选择性加氢反应.用XRD、TPR等手段对Ni/γ-Al2O3样品进行了表征.结果表明,Ni负载量在5~|15%范围内,高度分散于载体γ-Al2O3表面,Ni负载量进一步提高到20%,则在载体表面聚集成为微晶.在10%Ni/γ-Al2O3样品上提高焙烧温度有利于Ni的前驱体分解且高度分散于载体表面.Ni2 与γ-Al2O3存在较强的相互作用,但这种相互作用随着Ni负载量的增加而逐渐减弱,随着焙烧温度的增加而逐渐增强.与其他载体负载的Ni催化剂相比,Ni/γ-Al2O3由于其大的表面和适当的表面结构,在糠醛加氢反应中表现出一定的活性和较高的选择性,且随着Ni负载量的增加,活性逐渐增强,但选择性有所下降.另外催化剂的焙烧温度、还原温度,反应温度和溶剂对该反应均有较大影响,采用极性有机溶剂,适宜的焙烧和还原温度有利于催化剂活性和选择性的提高.     

ZrO_2表面 B_2O_3的分散及其作用状态

用 XPS、 FT IR和 FT Raman等技术研究了 ZrO2表面 B2O3的分散及其作用状态,测定了 B2O3在 ZrO2表面的分散阈值 .结果表明： B2O3在 ZrO2表面可以三配位 BO3和四配位 BO4结构单元存在;载体 ZrO2的预焙烧温度和硼含量对 B2O3的分散及作用状态有较大影响,并改变 BO3与 BO4结构单元之间的比例 .实验测得 B2O3在 ZrO2载体上的单层分散阈值为 0.05 gB2O3/gZrO2(或 B2O3的质量分数 w=4.76％),处在此单层中的硼原子以 BO4为结构单元直接与 ZrO2表面相作用 .只有当 B2O3的负载量超过此(单层)分散阈值时, BO3结构单元才会形成 .     

单层分散CuOx对甲苯催化燃烧作用的研究

考察了一系列在不同温度下制备的Cu/Al2O3催化剂对苯催化燃烧的性能,并利用X-射线粉末衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、程序升温还原（TPR）对催化剂进行了表征．结果表明：低于单层分散的CuO具有可在低温还原的特性．在低于单层分散阈值的范围内,随着CuO负载量的增加催化剂活性加．超过单层分散阈值,催化剂...     

镍盐前体对Ni/γ-Al2O3催化剂催化加氢活性的影响

用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、程序升温还原、CO化学吸附和微反应测试等方法研究了不同镍盐前体制备的负载型Ni/γ-Al2O3催化剂的结构和催化α-蒎烯加氢活性.结果表明,用醋酸镍前体制备的催化剂的催化加氢活性远高于用硝酸镍前体制备的催化剂,并且这种催化加氢活性的差异与不同前体制备的Ni O/γ-Al2O3样品表面Ni2 的分散状态及还原度密切相关.当Ni2 负载量远低于其在γ-Al2O3载体表面上的分散容量时,Ni2 优先嵌入载体表面四面体空位,随着Ni2 负载量的增加,嵌入载体表面八面体空位的Ni2 的比例增大.由于醋酸根阴离子对γ-Al2O3载体表面四面体空位的屏蔽效应大于硝酸根阴离子,在醋酸镍前体制备的Ni O/γ-Al2O3样品表面,Ni2 倾向于嵌入载体表面八面体空位且易被还原为金属态Ni0,故用醋酸镍前体制备的Ni/γ-Al2O3催化剂的催化α-蒎烯加氢活性高于用硝酸镍前体制备的催化剂.     

CuO/TiO2/γ-Al2O3催化剂表征及对NO＋CO反应性能研究

采用色谱-微反流动法反应装置考察了w%CuO/15%TiO2/γ-Al2O3催化剂对NO＋CO的反应活性;催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,NO转化率达100%的反应温度分别是325和275℃;XRD仅能检测到γ-Al2O3晶相,负载15%CuO后可以检测到微弱的CuO晶相;H2-TPR能检测到2个CuO的还原峰（α和β峰）,将其归属于高度分散的CuO分别在裸露的γ-Al2O3和TiO2/γ-Al2O3载体上的还原;原位红外分析结果表明催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,吸附NO＋CO反应气后,反应的中间产物N2O出现的温度分别为200和150℃。     

负载型纳米ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2的负载量对Ni基催化剂性能的影响

采用真空浸渍法在负载型纳米ZrO2-Al2O3复合载体上负载NiO,并用X射线衍射考察了NiO在复合载体上的分散周值.结果表明,该分散阈值与ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2的负载量有关,当ZrO2的负载量为0.60 g/g时,NiO的分散阈值达到最高值0.315 g/g.热重-微分热重和程序升温脱附结果表明,NiO在不同ZrO2负载量的复合载体表面形成不同的相互作用和分布状态,复合载体中ZrO2的负载量影响催化剂表面活性中心的种类和对CO2的吸附.同时考察了不同ZrO2负载量的复合载体Ni基催化剂在CO2重整CH4反应中的活性和稳定性.     

ZrO2对CuO／γ—Al2O3催化剂CO氧化性能的影响

用流动反应法、TPR、TPO和TG等技术研究了ZrO2的改性和CuO负载量对Cuo／y－Al2O3催化剂的氧化性能及还原行为的影响．实验结果表明，在低负载量（wCuO=15%以下）时，ZrO2对γ-Al2O3的改性可明显提高CuO／γ-Al2O3催化剂的CO氧化活性．ZrO2的存在可增加活性铜物种在载体表面的富集和有效地促进CU2+物种的氧化还原循环，增加CuO催化剂表面上铜物种的可还原量，从而促进CuO催化剂的氧化活性．     

ZrO2负载量对负载型纳米ZrO2/Al2O3复合载体的结构及性能影响

ZrO2在基载体Al2O3表面存在分散阈值(0.242 g/gAl2O3).在ZrO2/Al2O3复合载体中,ZrO2负载量不同其分布和粒度大小不同,当ZrO2负载量在0.242 g/gAl2O3-0.60 g/gAl2O3的范围内,ZrO2/Al2O3复合载体中纳米ZrO2的粒子的大小保持在4.2 nm,且单层分布在Al2O3的表面.当ZrO2负载量大于0.60 g/gAl2O3时,纳米粒子的粒径增大,并出现多层分布或堆积.XRD、DSC、HRTEM、XPS、H2-TPR结果表明,随着ZrO2负载量增大,复合载体中纳米ZrO2的分布由单层分布转化为多层或堆积分布,ZrO2负载量为0.60 g/gAl2O3时复合载体表面积最大(164.3 m2/g),ZrO2负载量的继续提高,复合载体的表面积明显下降.     

二苯并噻吩在MoO3/γ-Al2O3催化剂上的自发单层分散

二苯并噻吩(DBT)在80 ℃下，保持24 h即可在催化剂表面发生自发单层分散，通过XRD分析测定其分散阈值为0.23 gDBT/g MoO3/γ-Al2O3，大于经计算得出的0.15 g/g的平躺吸附密置单层分散容量，在排除实验误差后，推测DBT在MoO3/γ-Al2O3表面存在通过硫原子的端连吸附，FT-IR分析结果与上述推测相一致，分析认为DBT可能通过硫原子吸附在MoO3/γ-Al2O3表面的酸中心上。     

多壁碳纳米管负载铂的甲苯加氢脱芳催化剂

以多壁碳纳米管(CNTs)为载体制备了负载型Pt催化剂Pt/CNTs并将其用于催化甲苯加氢脱芳(HDA)反应.结果表明,在1.0%Pt/CNTs催化剂上,在0.4MPa,373K,PhCH3/H2摩尔比=6/94和GHSV=120L/(h.g)的反应条件下,甲苯转化率可达100%,比反应速率为0.0523mmol/(s.m2),分别是γ-Al2O3和AC负载各自最佳Pt负载量催化剂1.4%Pt/γ-Al2O3和2.4%Pt/AC上相应值的1.17和1.18倍.甲苯加氢产物全部为甲基环己烷,其他可能的加氢产物均在气相色谱检测限以下.催化剂的表征研究揭示,用CNTs代替γ-Al2O3或AC作为载体并不会引起所负载Pt催化剂上甲苯HDA反应的表观活化能发生明显变化.与γ-Al2O3或AC负载的相应催化剂相比,一方面,CNTs负载的Pt催化剂易于在较低温度下还原活化,并且其工作态催化剂表面催化活性Pt物种(Pt0)所占表面Pt摩尔分率有所提高;另一方面,CNTs负载的Pt催化剂对H2具有较高的吸附/活化和储存能力.这些促进效应对催化剂HDA活性的提高都有重要贡献.