H2 production with low CO selectivity from photocatalytic reforming of glucose on metal/TiO2 catalysts

H₂ with low CO concentration is produced via photocatalytic reforming of glucose (as a representative of biomass component) on metal/TiO₂ catalyst (metals: Pt, Rh, Ru, Ir, Au, Ni, Cu). It is shown that the loaded metals generally enhance the rate of H₂ production, while they depress the CO selectivity. Both H₂ production and CO selectivity are strongly dependent on the kind of deposited metals on TiO₂. For example, Rh/TiO₂ catalyst is found to be most active for H₂ production while with the most extremely low CO concentration from the photocatalytic reforming of glucose.     

H2 production with low CO selectivity from photocatalytic reforming of glucose on metal/TiO2 catalysts

H₂ with low CO concentration is produced via photocatalytic reforming of glucose (as a representative of biomass component) on metal/TiO₂ catalyst (metals: Pt, Rh, Ru, Ir, Au, Ni, Cu). It is shown that the loaded metals generally enhance the rate of H₂ production, while they depress the CO selectivity. Both H₂ production and CO selectivity are strongly dependent on the kind of deposited metals on TiO₂. For example, Rh/TiO₂ catalyst is found to be most active for H₂ production while with the most extremely low CO concentration from the photocatalytic reforming of glucose. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 20403018, 20503034), National Basic Research Program of China (Grant No. 2003CB214504), and Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of Sciences (DICP K2006E2)     

Ni/TiO2-SiO2上光催化重整葡萄糖以低CO选择性制H2（英文）

Nano-sized Ni particles on TiO2-SiO2 were synthesized by the two methods of photo-assisted deposition(PAD) and impregnation.H2,which is a promising energy carrier,with a low CO concentration was produced by the photocatalytic reforming of glucose(a model biomass) on the Ni/TiO2-SiO2 catalyst.The supported Ni enhanced the rate of H2 production while it suppressed CO selectivity.The catalysts were characterized by X-ray diffraction,X-ray absorption fine structure,transmission electron microscope,and nitrogen adsorption analysis.Both H2 production and CO selectivity were strongly dependent on the preparation method,and PAD-Ni/TiO2-SiO2 was the better catalyst for H2 production with the lowest CO concentration.     

Ni/TiO_2-SiO_2上光催化重整葡萄糖以低CO选择性制H_2(英文)

Nano-sized Ni particles on TiO2-SiO2 were synthesized by the two methods of photo-assisted deposition(PAD) and impregnation.H2,which is a promising energy carrier,with a low CO concentration was produced by the photocatalytic reforming of glucose(a model biomass) on the Ni/TiO2-SiO2 catalyst.The supported Ni enhanced the rate of H2 production while it suppressed CO selectivity.The catalysts were characterized by X-ray diffraction,X-ray absorption fine structure,transmission electron microscope,and nitrogen adsorption analysis.Both H2 production and CO selectivity were strongly dependent on the preparation method,and PAD-Ni/TiO2-SiO2 was the better catalyst for H2 production with the lowest CO concentration.     

甲烷在Ni/TiO2催化剂表面的活化

考察了Ni/TiO2催化剂甲烷部分氧化和二氧化碳重整制合成气的反应活性,实验表明,以TiO2为载体的镍系催化剂对于甲烷部分氧化制合成气反应具有较好的活性,尤其对H2的选择性较高,对二氧化碳重整制合成气反应具有较好的低温反应活性.采用脉冲-质谱在线分析等技术,在无气相氧条件下向Ni/TiO2催化剂脉冲CH4,发现甲烷在催化剂表面的活化（转化）及其氧化产物的选择性与金属催化剂表面氧的浓度密切相关.CH4与Ni/TiO2催化剂作用过程中存在明显的氢溢流和氧溢流现象,可能是这种溢流效应使得Ni/TiO2催化剂具有良好的反应活性和抗积碳性能.     

无氧条件下Pt/TiO2光催化重整降解一乙醇胺水溶液制氢

以一乙醇胺（以下简称乙醇胺）为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应, 实验表明,利用所制备的光催化剂, 可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在, 有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％～1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol•L－1;最佳溶液pH值范围为4～10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

甲烷在Ni/TiO_2催化剂表面的活化

考察了Ｎｉ／ＴｉＯ２催化剂甲烷部分氧化和二氧化碳重整制合成气的反应活性,实验表明,以ＴｉＯ２为载体的镍系催化剂对于甲烷部分氧化制合成气反应具有较好的活性,尤其对Ｈ２的选择性较高,对二氧化碳重整制合成气反应具有较好的低温反应活性．采用脉冲－质谱在线分析等技术,在无气相氧条件下向Ｎｉ／ＴｉＯ２催化剂脉冲ＣＨ４,发现甲烷在催化剂表面的活化（转化）及其氧化产物的选择性与金属催化剂表面氧的浓度密切相关．ＣＨ４与Ｎｉ／ＴｉＯ２催化剂作用过程中存在明显的氢溢流和氧溢流现象,可能是这种溢流效应使得Ｎ／ＴｉＯ２催化剂具有良好的反应活性和抗积碳性能．     

Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢

对无氧条件下Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢进行了系统的研究，结果表明，乙醇的光催化重整制氢反应受催化剂表面化学状态，反应体系的pH值，浓度的影响较大，而受反应体系温度的影响较小，在运动XRD，XPS，HNMR等技术手段对催化剂和反应产物进行表征，分析的基础上，提出了无氧条件下乙醇光催化重整制氢可能的反应机理。     

Rh/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应机理

采用原位Raman光谱技术,在原料气中的O2未完全耗尽的条件下,对CH4部分氧化制合成气反应的Rh/SiO2催化剂床层前部贵金属物种的化学态以及由CH4解离所生成的碳物种进行了表征.在此基础上采用脉冲反应和同位素示踪技术,比较了CH4的部分氧化及其与H2O和CO2的重整等反应对催化剂床层氧化区内CO和H2生成的相对贡献,并将实验结果与Ra-man光谱表征结果进行了关联.结果表明,在600°C下将还原后的4%Rh/SiO2催化剂切入CH4:O2:Ar=2:1:45原料气,催化剂床层前部未检测到铑氧化物的Raman谱峰,但可清晰检测到源于CH4解离的碳物种;在700°C和接触时间小于1ms的条件下,催化剂床层的氧化区内已有大量CO和H2生成,在相同的实验条件下,CH4与H2O或CO2重整反应对氧化区内合成气生成的贡献则很小;以CH4:16O2:H218O:He=2:1:2:95为原料气的同位素示踪实验结果表明,在原料气中16O2未完全耗尽的情况下,反应产物中C16O的含量占CO生成总量的92.3%,表明CO主要来自CH4的部分氧化反应.上述结果均表明,在O2存在下Rh/SiO2催化剂上CO和H2可以通过CH4直接解离和部分氧化机理生成.     

碱金属助剂对CoCu/TiO2催化剂上二氧化碳加氢合成长链烃的影响

大气中CO2浓度增加导致的温室效应以及化石燃料的匮乏正日益受到世界范围的关注. 由于CO2较强的惰性以及较高 C-C 偶联能垒, 迄今为止大部分研究都集中在CO2催化加氢制备各种 C1 化学品 (如 CH4, CH3OH, CO 等), 鲜有研究关注合成液态燃料 (C5+碳氢化合物). 目前,CO2加氢直接合成烃类主要通过CO2基费托合成反应 (CO2-FTS) 实现, 即先通过逆水煤气变换反应 (RWGS) 将CO2还原成 CO, 随后 CO 通过传统费托反应 (FTS) 加氢生成烃类化合物. 在两种工业化FTS 催化剂 (Fe 和 Co 基催化剂) 中, 钴基催化剂具有更高的反应活性和链增长能力, 以及较高的机械强度和稳定性. 然而,由于CO2的惰性, 造成催化剂表面物种的加氢程度更高, 使得甲烷更容易生成. 因而, 高反应活性、高选择性催化剂的开发是实现该过程的关键.本文采用沉积沉淀法制备了一系列双金属 CoCu/TiO2催化剂, 再通过初湿浸渍法对其进行碱金属助剂 (Li, Na, K, Rb和 Cs) 改性, 并用多种表征手段系统研究了碱金属助剂对催化剂物化性质及其催化CO2加氢制备长链烃反应的影响. 结果表明, 碱金属的加入对催化剂织构性质影响不大, 它们在催化剂表面发生富集, 且富集程度随碱金属原子序数的增加而降低. 另外, 碱金属的加入增强了CO2的吸附, 其中, Na 改性的 CoCu/TiO2催化剂的碱性最强; 同时还降低了 H2的脱附量,尤以 K, Rb 和 Cs 改性的催化剂为甚.在 250 oC, 5 MPa, 空速 3000 mL·gcat-1·h-1和 H2/CO2= 3 的反应条件下, 对不同碱金属助剂改性的催化剂进行评价. 结果表明, 不加助剂的 CoCu/TiO2催化剂上CO2转化率高达 23.1%, 但产物主要是 CH4, 此时CO2在 Co 活性中心上直接发生甲烷化反应; 碱金属助剂的引入显著抑制了 CH4的生成, 提高了长链烃的选择性, 但同时也降低了CO2转化率, 并且随着碱金属原子序数增大呈现先下降后上升的趋势, 表明合适的碱性强度可以更好地改性催化剂性能. 其中, Na 助剂改性的CoCu/TiO2催化剂的碱性最强, 且 H2的脱附量降低幅度较小, 因此, 该催化剂具有最高的 C5+烃类收率, 达到 5.4%; 同时CO2转化率为 18.4%, 烃类产物中 C5+烃类选择性为 42.1%. Na 助剂改性的 CoCu/TiO2催化剂还展现了良好的催化稳定性,反应 200 h 后,CO2转化率和 C5+选择性分别保持 18% 和 40%. 基于碱金属助剂对催化剂物化性质与反应性能的调变规律,可进一步指导CO2加氢直接合成长链碳催化剂的设计与合成.     

几种低碳醇在Pt／TiO2上的光催化产氢速率的研究

主要考察了无氧条件下低碳醇（甲、乙、丙醇）在Pt/TiO2表面光催化重整反应制氢。深入探讨了几种低碳醇与其放氢速率的构-效关系,提出了低碳醇在Pt/TiO2光催化剂表面吸附态的模型。     

氧化物担载铑原子簇催化剂的金属载体相互作用的考察——Ⅰ.Rh/V_2O_5和RH/TiO_2催化剂的金属载体强相互作用的比较

本文用XPS和XRD考察了由Rh_4(CO)_(12)出发制得的Rh/V_2O_5和Rh/TiO_2两种催化剂的金属载体强相互作用的差别。实验结果表明,1)高温H_2还原的Rh/TiO_2催化剂,经氧处理后即能恢复吸H_2能力。Rh/V_2O_5催化剂在较低温度(473K)H_2还原时Rh就进入SMSI状态,吸H_2能力被完全抑制,373K氧处理并不能使之恢复,吸H_2性质表现出不可逆性。2)与Rh/TiO_2催化剂的TiO_2相比,Rt/V_2O_5催化剂的V_2O_5更易还原,Rh对V_2O_5的还原有明显的促进作用。3)担载在TiO_2上的Rh比在V_2O_5上更易还原。4)还原后,催化剂表层的Rh/V、RH/Ti均有较大幅度的降低。用氧空位模型能较好地说明Rh/TiO_2催化剂的实验结果,而Rh/V_2O_5催化剂的实验结果适于用钒氧化物覆盖模型解释。     

K-La-Ni/Si-2催化低碳烷烃与二氧化碳重整制合成气(英文)

Ｎｉ／Ｓｉ２催化剂具有较好的低碳烷烃与二氧化碳重整制合成气的反应性能，添加Ｌａ２Ｏ３助剂和Ｋ２Ｏ助剂可提高催化剂活性和合成气收率，从而进一步改善催化剂的低碳烷烃与ＣＯ２重整制合成气的反应性能，研制的ＫＬａＮｉ／Ｓｉ２催化剂，用于天然气与ＣＯ２重整反应制合成气可达９７％的低碳烷烃转化率和９５％以上的合成气收率。     

CO2 和C2 H4 光催化合成丙烯酸的Cu/ZnO-TiO2 催化剂

The metallic Cu modified n-p coupled semiconductor Cu/ZnO-TiO2 was prepared by the sol gel method, and its surface structure, absorptivity of ultraviolet light, chemisorption properties and photocatalytic behaviors were investigated by techniques of X-ray diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), BET surface area (BET), Infrared absorption spectra (IR), UV-visible diffused reflectance spectra (UV-vis) and photo stimulated surface catalytic reaction. The results show that the main crystal structure of the catalyst is anatase TiO2 with the particle size about 10 nm. The Zn-O-Ti bond is formed and the absorption intensity in the wavelength region of 250～400 nm is enhanced through the coupling of ZnO and TiO2, while the absorption region is expanded to visible light with the UV absorbance limit shifting to the shorter wavelength region after Cu supported on the coupled semiconductor ZnO-TiO2. The adsorption states of reactants are important factors influencing the results of photocatalytic reaction, while the bridge adsorption state of CO2 formed on Cu and Lewis acid sites Ti4+ and undissociated of C2H4 formed on Cu and Lewis base sites bridge-O are the effective intermediates to synthesize the crylic acid with the selectivity over 87% under the temperature of 100℃.     

Ni/ZrO2催化剂上甲烷水蒸气重整反应的研究

研究了Ni/ZrO2催化剂对甲烷水蒸气重整制合成气的反应性能。考察了催化剂的还原温度、载体焙烧温度以及反应温度、原料配比和空速等对催化剂性能的影响。利用XRD、TEM、XPS等手段对催化剂的织构形貌进行了表征。研究表明，Ni/ZrO2催化剂用于甲烷水蒸气重整制合成气不仅具有较高的活性，也具有较好的稳定性。水蒸气比增加，CH4转化率增大、CO选择性下降。CH4转化率及CO选择性均随空速增大而下降。使用10%Ni/ZrO2催化剂，在650 ℃、空速1.984×104 h－1、原料气配比H2O∶CH4∶N2=2∶1∶2.67的条件下，获得CH4转化率85%、CO选择性70%的结果。     

Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的吸附量热和红外研究

通过在最优Rh含量基础上对金属配比的再优化,成功地改进了Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的CO加氢性能;并采用微量吸附量热和红外等表征手段,考察了助剂Mn和Li促进作用的本质.结果表明:助剂Mn和Li的添加,使孪式和线式吸附CO的碳氧键强度增加,并同时削弱了桥式吸附CO的碳氧键或者使其转化为更易于解离的倾斜式CO吸附物种,从而同时增加了Rh基催化剂的CO解离和插入能力,提高了其活性和C2含氧化合物选择性.另一方面,Mn和Li的添加显著地降低了Rh基催化剂表面H的数量和稳定性.催化剂加氢能力显著降低极大地抑制了CH4的生成,从而有利于C2含氧化合物选择性的进一步提高.     

CuOx/TiO2光催化水蒸气还原CO2

以商品TiO2-P25为原料,通过浸渍法负载一定量过渡金属Cu,得到一系列不同含量的CuOx/TiO2光催化剂。利用X射线衍射（XRD）,X－射线光电子能谱（XPS）,BET,高分辨率透射镜（HRTEM）,X射线荧光光谱（XRF）和光致发光光谱（PL）等方法对催化剂进行了详细表征,在自建的光催化反应器中评价了气态水光催化还原CO2反应的活性和CH4收率。结果表明负载CuOx后的TiO2纳米材料光催化性能显著提高,其中1%CuOx/TiO2样品紫外光照72 h后,CH4生成量达到了24.86 µmol•gTi-1。同时,CuOx负载量、反应温度、反应时间等因素对CH4收率均有显著影响。     

EFFECTS OF BINDERS ON THE PRODUCTION OF LIGHT ALKENES FROM SYNGAS OVER K-Fe-MnO/SILICALITE-2 CATALYST I. EFFECT OF VARIOUS BINDERS ON CO HYDROGENATION

The performance of the K-Fe-MnO/Si-2 catalyst for the production of light olefins via Co hydrogenation changes obviously with the addition of binders. The results of CO hydrogenation. TPR, Mossbauer spectra CI0TPF, CO/H2-TPSR and C2H4/H2-TPSR are employed to investigate the effects of various binders on the physical-chemical states and catalytic behaviors of K-Fe-MnO/Si-2 catalyst to produce light olefins via syngas, TiO2 can promote the reduction of Fe and strengthen the adsorption of CO resulting in raising olefin selectivity. Other binders such as Al2O3, SiO2, MgO, once added into the catalyst, may cause formation of inorganic salts between FeO and Binders leading to a decrease of Fe reduction and a loss of olefin selectivity for CO hydrogenation. Especially, For K-Fe-MnO/Si-2 catalyst with Al2O3 binder directly, the strong secondary reactions of ethylene during CO hydrogenation cause a very poor light olefin selectivity, which will be improved greatly by modifying Al2O3.     

Pd/MoO3-TiO2/SiO2光催化CO2与C2H6合成烃类氧化物的反应性能

 采用化学反应改性和等体积浸渍法制备了负载型Pd/MoO3-TiO2/SiO2催化剂,并用IR,FT-Raman,TPD-MS,UV-Vis DRS和活性评价等方法研究了催化剂的表面结构、光吸收性能、化学吸附性能及光催化CO2与C2H6合成烃类氧化物的反应性能. 结果表明,SiO2负载的MoO3和TiO2之间存在着强相互作用,并能部分形成Mo-O-Ti键联,使得两种氧化物微粒均匀分布于载体表面; 表面MoO3和TiO2的复合作用使TiO2/SiO2的吸光带边红移,扩展了其吸光域,Pd的引入明显提高了固体材料的可见光吸收率; CO2和C2H6能较好地吸附在催化剂表面,在紫外光的激发下,CO2吸附态能解离生成CO,而C2H6单位吸附态能部分转化为C和H同时吸附在两个晶格氧上的双位吸附态; 光促CO2和C2H6反应主要生成丙醛、乙醇和乙醛; 在合适的条件下,烃类氧化物的选择性可超过90%.     

Cu、N共掺杂TiO2纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO₂纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_V)的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu²⁺形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO₂表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8 h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H₂产量分别为7.3和8.5 mmol·g^-1,是原始TiO₂的9.1和70.8倍,n_H2/n_CO从0.52提高为1.18,n_CO/n_CO2从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和O_V为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h⁺)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O₂^-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。