富氧条件下Au/γ-Al2O3催化剂上的CO氧化反应

用脉冲反应研究了Au／γ-Al2O3催化剂上的CO氧化反应，结果表明在催化剂的表面首先发生CO和O2的吸附，然后吸附态的CO和O2之问反应生成CO2；在催化剂的表面CO的吸附强度大于O2的吸附强度，O2单独存在时不能在催化剂表面发生吸附．升高反应温度和提高含氧量都能提高CO的转化活性．     

富氧条件下乙炔选择催化还原NOx

Acetylene as a reducing agent of metal exchanged HY catalysts, for selective catalytic reduction of NO in the reaction system of 0.16% NO, 0 （C2H2-SCR） was investigated over a series 08% C2H2, and 9.95% O2 （volume percent） in He. 75% of NO conversion to N2 with hydrocarbon efficiency about 1.5 was achieved over a Ce-HY catalyst around 300 ℃. The NO removal level was comparable with that of selective catalytic reduction of NOx by C3H6 reported in literatures, although only one third of the reducing agent in carbon moles was used in the C2H2-SCR of NO. The protons in zeolite were crucial to the C2H2-SCR of NO, and the performance of HY in the reaction was significantly promoted by cerium incorporation into the zeolite. NO2 was proposed to be the intermediate of NO reduction to N2, and the oxidation of NO to NO2 was rate-determining step of the C2H2-SCR of NO over Ce-HY. The suggestion was well supported by the results of the NO oxidation with O2, and the C2H2 consumption under the conditions in the presence or absence of NO.     

富氧条件下贵金属催化剂上丙烯选择性还原NO研究

用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了以γ-Al₂O₃为载体,以Pt,Pd和Rh等为活性组分的单组分及双组分催化剂,在稀燃汽油机条件下评价了丙烯对NO的选择性催化还原活性.结果表明,在单组分催化剂中,催化剂的活性及顺序为Rh(73%)>Pt(65%)>Pd(47%),最高活性对应的温度分别为Pt(225℃),Pd(275℃)和Rh(375℃),N₂选择性顺序为Rh,Pd(>80%)>Pt(48%),氧化性顺序为Pt>Rh>Pd.Sol-gel制备的双组分催化剂中的不同贵金属活性位具有一定的协同效应,可明显拓宽活性温度范围,其中以Pt-Rh组合活性最好.Rh/Al₂O₃和Pt/Al₂O₃两种催化剂分层有序填装时,可提高C₃H₆的利用率,在200～450℃范围内,可有效地催化净化NO.     

富氧条件下Fe-Mn/Beta选择性催化丙烯还原氮氧化物

以Beta分子筛为载体，采用等体积浸渍法制备Fe-Mn/Beta催化剂，并对其在富氧条件下丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、程序升温还原（H₂-TPR）和原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in-situ DRIFTS）等研究手段对催化剂进行表征，考察Mn组分对催化剂的物理化学性质、C₃H₆-SCR反应活性和反应中间产物的影响。结果表明，引入Mn物种可以显著提高Fe-Mn/Beta催化剂的低温催化活性，1.5Fe1.0Mn/Beta催化剂NO还原效率350℃最高可达99.4%，在250-400℃反应温度下显示出很高的反应活性和N₂选择性。原位红外光谱研究表明，分子筛离子交换位上孤立的铁离子是丙烯选择性氧化的主要活性位，分散良好的MnO₂物种不能提高催化剂对丙烯的活化能力，但有助于促进形成NO₂吸附物种，从而提升了Fe-Mn/Beta催化剂的低温C₃H₆-SCR性能。经高温水热老化处理后，Fe-Mn/Beta催化剂脱硝活性明显下降，这与孤立的Fe³⁺离子迁移形成Fe_xO_y团聚物种有关。     

大孔碳载Ir催化剂对氧还原的电催化性能和抗甲酸能力

本文用X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射(XRD)谱、拉曼光谱和电化学等技术研究了直接甲酸燃料电池(DFAFC)中Vulcan XC-72炭黑载Ir(Ir/XC)和大孔炭载(Ir/MC)催化剂对氧还原的电催化性能和抗甲酸的能力。发现Ir/MC催化剂对氧还原的电催化性能要优于Ir/XC催化剂,氧起始还原电位比在Ir/XC催化剂上正移0.1V,极限电流密度比在Ir/XC催化剂上大30％左右。由于Ir/MC和Ir/XC催化剂的Ir粒子平均粒径和相对结晶度相似,因此,这只能归结于MC有大的孔径和孔率及高的石墨化程度。另外2种催化剂都有很好的抗甲酸能力。因此MC是一种比XC更好的催化剂的炭载体。     

富氧条件下甲烷还原NOxCo—ZSM—5催化剂的性能和表征

利用不同浓度和不同ＰＨ值的交换溶液，制得一系列Ｃｏ－ＺＳＭ－５催化剂，对富氧条件下催化剂甲烷选择性还原ＮＯＸ的活性进行了测定，由实验结果得知，富氧时，催化剂上氧化氮还原活性和甲烷的选择性随反应温度的变化２，分别在４４０℃和４１０℃有一极大值，应用ＩＲ、ＴＰＲ、ＸＰＳ和ＴＰＤ－ＭＳ等技术对催化剂进行了表征，观察到Ｃｏ＾２＿在ＺＳＭ－５分子筛上有两种不同落位，在Ｃｏ＾２＋离子与ＺＳＭ－５分子筛中的Ｎａ     

富氧条件下生物质基活性炭负载钾催化剂高选择性还原氮氧化物

研究了富氧环境中生物质基活性炭负载钾催化剂选择性还原氮氧化物的性能。结果表明,与煤基（褐煤）活性炭负载钾催化剂相比,生物质基（木屑）活性炭负载钾催化剂表现出高选择性还原NO能力,在2 h恒温稳态实验过程中能够保持80%的NO还原效率,而C-O₂反应活性仅为18%。X射线衍射、比表面积、X射线光电子能谱以及程序升温脱附实验表征结果显示,生物质基活性炭负载钾催化剂优异的选择性还原NO性能应归因于炭表面钾物种的高度分散性,这与催化剂的高比表面积以及大量的表面氧基团有关。另外,生物质基炭材料还原NO反应产物中具有较高的CO₂选择性。     

负载Cu氧化铝纳米管合成及在NO+CH4反应中催化性能研究

采用过氧化氢调节反应条件,在水热体系中合成了新型的勃姆石纳米管,经520℃焙烧2h后,晶型由AlOOH转化为γ-Al2O3;采用XRD、氮吸附、TEM等对合成的纳米管进行表征.结果表明,合成的γ-Al2O3纳米管长约300nm,外径20nm,比表面积达到230m2/g以上.以此为载体,采用等体积浸渍法用Cu(NO3)2...     

富氧条件下Co/MOR 催化剂上甲烷选择催化还原NO

采用浸渍法制备了一系列用于甲烷选择催化还原(CH₄-SCR)氮氧化物的Co/MOR催化剂。采用XRD、BET、TG-MS、H₂-TPR、NH₃-TPD和NO-TPD等手段对催化剂进行表征,并对其在甲烷选择催化还原氮氧化物反应中的活性进行评价。结果表明,钴物种以Co₃O₄尖晶石形态存在于Co/MOR催化剂中;与MOR载体相比,引入钴物种后,催化剂的酸性、氧化还原能力和对NO的吸脱附能力均发生了变化。在甲烷选择催化还原氮氧化物反应中,Co/MOR的催化活性与其氧化还原性能和对NO的吸脱附性能直接相关;其中,Co负载量为10%的Co(10)/MOR催化剂的CH₄-SCR脱硝活性最好,在330℃下NO的转化率达54.2%。     

NO的催化氧化

采用傅里叶变换红外光谱定量分析方法研究了γ－Ａｌ２Ｏ３,ＴｉＯ２和硅胶负载的金属氧化物和贵金属催化剂对ＮＯ催化氧化反应的活性,考察了反应温度、活性组分负载量、空速及预氧化还原处理等因素对催化剂活性的影响,并以ＮＯ的催化氧化机理为基础,对各种因素影响机理进行了分析,实验结果表明,ＭｎＯ,Ｃｒ２Ｏ３和Ｃｏ３Ｏ４催化剂的活性较好：预处理条件对贵金属催化剂Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３的活性影响较大,不同载体及不同的活     

氧还原反应中的银基催化剂

本工作较为全面地归纳了氧还原反应中使用的各种银基催化剂: 纯银、碳载银、银复合催化剂、银合金和银-过渡金属氧化物; 分别论述了它们的主要发展动态、优缺点和可能的研究方向、催化机理, 并对国内外主要的研究成果进行了对比分析. 鉴于银合金、银复合催化剂的催化机理研究较为深入, 还着重论述了它们的研究发展状况, 同时对比了不同学者提出的催化机理、催化剂构效关系. 此外, 简要阐述了银基催化剂的合成路线: 化学还原法、电沉积法和高温煅烧等, 并介绍了各合成路线对催化剂的形貌、成分、催化活性产生的影响. 最后, 对银基催化剂的研究现状进行了小结并指出其今后可能的应用领域, 展示出良好的应用前景.     

石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用

随着金属空气电池技术的不断发展,氧还原催化剂成为限制其动力化的最主要瓶颈之一。近几年来,石墨烯基氧还原催化剂(GORRC)由于优异的氧还原催化活性而备受关注。本文结合石墨烯基氧还原催化剂的研究现状,将其分为三类:石墨烯作氧还原催化剂载体,氮掺杂石墨烯作为氧还原催化剂,以及氮掺杂石墨烯与其他催化剂形成的复合催化体系,并对这三种石墨烯基氧还原催化剂进行了详细的综述。石墨烯作为一种优良的催化剂载体,能够显著降低活性物质负载量,提高氧还原催化剂的催化活性和长期稳定性。氮掺杂石墨烯显示了优良的氧还原催化性能。氮掺杂石墨烯与其他催化剂复合后,由于两者之间的相互作用,可得到性能更为优异的氧还原催化剂。最后,本文还对石墨烯基氧还原催化剂及其在金属空气电池中的研究前景和发展方向进行了展望,指出了将来的研究重点。     

Operando Shell-Isolated Nanoparticle-Enhanced Raman Spectroscopy of the NO Reduction Reaction over Rhodium-Based Catalysts

Operando shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy (SHINERS) with on-line mass spectrometry (MS) has been used to investigate the surface species, such as NO, NOH, NO₂, N₂O, and reaction products of the NO reduction reaction with CO and H₂ over supported Rh-based catalysts in the form of catalyst extrudates. By correlating surface intermediates and reaction products, new insights in the reaction mechanism could be obtained. Upon applying different reaction conditions (i. e., H₂ or CO), the selectivity of the catalytic reaction could be tuned towards the formation of N₂. Furthermore, in the absence of Rh, no reaction products were detected. The importance of the operando SHINERS as a surface-sensitive characterization technique in the field of heterogeneous catalysis provides routes towards a better understanding of catalytic performance.     

Bifunctional Catalysts for Reversible Oxygen Evolution Reaction and Oxygen Reduction Reaction

Metal-air batteries (MABs) and reversible fuel cells (RFCs) rely on the bifunctional oxygen catalysts for oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR). Finding efficient bifunctional oxygen catalysts is the ultimate goal and it has attracted a great deal of attention. The dilemma is that a good ORR catalyst is not necessarily efficient for OER, and vice versa. Thus, the development of a new type of bifunctional oxygen catalysts should ensure that the catalysts exhibit high activity for both OER and ORR. Composites with multicomponents for active centers supported on highly conductive matrices could be able to meet the challenges and offering new opportunities. In this Review, the evolution of bifunctional catalysts is summarized and discussed aiming to deliver high-performance bifunctional catalysts with low overpotentials.     

钴/氮掺杂碳催化剂及其氧还原催化机理研究

以尿素做氮源、醋酸钴做金属源,用湿法合并高温热处理法合成了钴/氮共掺杂碳的非贵金属氧还原催化剂Co-N/C-T. 采用循环伏安（CV）法和线性扫描法（LSV）探究了氮源和金属源用量以及热处理温度对氧还原反应电催化活性的影响,活性最好的催化剂Co_0.13-N_0.3/C-800的峰电位达到0.829 V（vs.RHE）,接近商用Pt/C的活性,但比商用Pt/C有更好的耐甲醇性和稳定性. 同时,采用SEM,TEM,BET,XRD和XPS方法表征了催化剂结构和组分特征,并提出催化剂可能的电催化活性氧还原反应机理.     

氧还原碳基非贵金属电催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置,具有环境友好、能量密度高、转化效率高等优点,能够应用于便携能源及燃料电池电动车领域.但燃料电池阴极氧还原需要大量的铂基催化剂,铂价格昂贵、储量有限、易中毒的缺点限制了它的实际应用.因此,开发低成本、高活性、高稳定性的阴极非贵金属催化剂将能够显著推动质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用.其中碳基非贵金属催化剂作为最有可能替代铂的氧还原催化剂,引起了广泛的研究.基于此,本文首先简单介绍了氧还原的机理;其次将碳基非贵金属催化剂分为过渡金属氮碳催化剂和非金属掺杂碳催化剂,对它们在材料制备和活性中心的研究进行了总结和讨论;最后,报道了碳基非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池单电池中的应用进展.     

铂基燃料电池氧还原反应催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池中,空气电极上进行的氧还原反应动力学过程迟缓,是贵金属铂催化剂的主要消耗反应,但铂储量有限、成本过高、稳定性差等缺点严重制约了质子交换膜燃料电池大规模商业化应用. 开发低载量、高催化活性、高稳定铂催化剂是降低燃料电池成本的重要途径之一. 本文以作者课题组近年工作为基础,综述了铂基催化剂的稳定性研究,以及以铂合金为代表的低铂氧还原反应催化剂的最新研究进展. 文章重点讨论了催化剂的结构设计与制备,并对未来氧还原催化剂的发展提出了展望     

长春应化所金属氮碳氧还原催化剂的研究进展

氧还原反应是燃料电池的核心,开发高性能催化剂一直是燃料电池技术面临的严峻挑战. 近年来,热解M-N-C催化剂的发展和以金属有机骨架材料为前驱体的运用让非贵金属氧还原催化剂的性能大幅度提升,但催化活性位点、反应机理等方面仍不甚清晰,需要分子水平上进一步的研究. 在这里,作者总结了本课题组近些年来在氧还原方向上的研究成果,首先是对催化剂活性位点进行的相关探索,提出了新的活性位点结构,为开发新型催化剂提供了帮助,并对金属氮碳催化剂进行了细致的微观调控,探讨了最佳的合成方法;其次开发了高效的双原子Co₂N₅催化剂,并在理论计算的指导下合成出了更为高效的FeCo双原子催化剂,具备了替代铂基催化剂的性能;最后针对芬顿反应引发的稳定性问题而开发的低芬顿反应活性的单原子Cr和单原子Ru催化剂,表现出了较高的活性和稳定性,为解决催化剂实际应用问题开辟了新的研究思路与方向. 作者相信,通过对催化剂活性位点的不断认知和对新型催化剂的不断开发,终会让非贵金属催化的商业化应用成为现实.     

过渡金属氧化物氧还原催化剂的研究进展

过渡金属氧化物（TMOs）是阴离子交换膜燃料电池最有前途的氧还原催化剂之一. 目前,TMOs的氧还原活性同铂基催化剂相比仍然有一定的差距,研究如何合成具有高催化活性的TMOs催化剂非常重要. 导电性和本征活性一直被认为是开发高性能TMOs催化剂的两个关键因素,本文着重总结与评述了近年来有关TMOs氧还原催化剂在导电性和本征活性方面的研究进展,尝试提出了未来提高TMOs氧还原催化活性的努力方向.