超高稳定性的等级孔碳负载高分散铜基选择性加氢催化剂

负载型Pd,Pt,Au等贵金属催化剂由于具有较高活性而被广泛应用于选择性加氢催化领域,但资源稀缺、价格昂贵等问题严重制约了其在催化领域的长远发展.目前大量研究结果表明,非贵金属催化剂也具有较高的选择性催化加氢能力,在已被报道的非贵金属加氢催化剂中,铜基催化剂由于在选择性加氢反应中表现出较高加氢选择性和活性引起了人们的广泛关注.然而,早期研究的负载型铜基催化剂普遍存在催化稳定性较低的问题,所以提高铜基催化剂的使用寿命成为了问题关键.本文以铜基有机金属框架HKUST-1作为合成目标催化剂的前驱体,首先探究了水热合成条件对HKUST-1合成结构完整性及结晶度的影响,再通过精确调控HKUST-1的原位碳化过程,利用金属有机框架高温分解自还原行为,成功制备出了等级孔碳负载的高分散铜基催化剂,并将所制备的催化剂应用于1,3-丁二烯选择性加氢反应中.扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸脱附、傅里叶红外吸收光谱、X射线光电子能谱等技术用来表征了碳化前后催化剂载体结构的变化,铜粒子尺寸、价态及其在载体中分布的变化.文中也深入探究了以上因素对催化剂选择性催化加氢性能的影响.研究表明:120℃水热合成18 h能获得尺寸在15μm左右,结晶度高且形貌规整的HKUST-1前驱体.随后通过合理地控制金属有机框架分解过程,可实现对碳载体的等级孔结构和活性铜纳米粒子的分散程度的精确调控,获得高效等级孔载体结构和高分散铜位点的催化剂.不仅如此,通过一步碳化自还原HKUST-1制备的等级孔碳负载Cu的催化性能表现出对碳化温度高度的关联性.其催化活性随碳化处理温度的升高呈现先增强后减弱的趋势,但所有获得的催化剂对单烯烃都具有很高的选择性(>98%).特别地,本文发现在600℃碳化合成的催化剂在低温75℃反应可实现对1,3-丁二烯的100%转化,对丁烯的选择性为100%.同时,该催化剂在恒温75℃下持续反应120 h以上,其对丁二烯转化率和对丁烯选择性依然保持100%,表现出了超高的催化稳定性和潜在的商用价值.本文展示了通过简单地调控金属有机骨架的碳化过程是获得具有优异选择性催化加氢性能的铜基催化剂的有效途径.     

超高稳定性的等级孔碳负载高分散铜基选择性加氢催化剂（英文）

负载型Pd, Pt, Au等贵金属催化剂由于具有较高活性而被广泛应用于选择性加氢催化领域,但资源稀缺、价格昂贵等问题严重制约了其在催化领域的长远发展.目前大量研究结果表明,非贵金属催化剂也具有较高的选择性催化加氢能力,在已被报道的非贵金属加氢催化剂中,铜基催化剂由于在选择性加氢反应中表现出较高加氢选择性和活性引起了人们的广泛关注.然而,早期研究的负载型铜基催化剂普遍存在催化稳定性较低的问题,所以提高铜基催化剂的使用寿命成为了问题关键.本文以铜基有机金属框架HKUST-1作为合成目标催化剂的前驱体,首先探究了水热合成条件对HKUST-1合成结构完整性及结晶度的影响,再通过精确调控HKUST-1的原位碳化过程,利用金属有机框架高温分解自还原行为,成功制备出了等级孔碳负载的高分散铜基催化剂,并将所制备的催化剂应用于1,3-丁二烯选择性加氢反应中.扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸脱附、傅里叶红外吸收光谱、X射线光电子能谱等技术用来表征了碳化前后催化剂载体结构的变化,铜粒子尺寸、价态及其在载体中分布的变化.文中也深入探究了以上因素对催化剂选择性催化加氢性能的影响.研究表明...     

以金属有机骨架为前驱体的高活性氧还原非贵金属催化剂制备

The development of a non‐precious metal electrocatalyst (NPME) with a performance superior to commercial Pt/C for the oxygen reduction reaction (ORR) is important for the commercialization of fuel cells. We report the synthesis of a NPME by heat‐treating Co‐based metal organic frameworks (ZIF‐67) with a small average size of 44 nm. The electrocatalyst pyrolyzed at 600 °C showed the best performance and the performance was enhanced when it was supported on BP 2000. The resulting electrocatalyst was composed of 10 nm Co nanoparticles coated by 3–12 layers of N doped graphite layers which as a whole was embedded in a carbon matrix. The ORR performance of the electrocatalyst was tested by rotating disk electrode tests in O2‐saturated 0.1 mol/L KOH under ambient conditions. The electrocatalyst (1.0 mg/cm2) showed an onset potential of 1.017 V (vs. RHE) and a half‐wave potential of 0.857 V (vs. RHE), which showed it was as good as the commer‐cial Pt/C (20μgPt/cm2). Furthermore, the electrocatalyst possessed much better stability and re‐sistance to methanol crossover than Pt/C.     

介孔碳负载高分散Fe-P催化剂的制备及其催化硝基苯加氢性能研究

开发低成本和高性能的加氢催化剂对于基础研究和工业应用具有重要意义。采用浸渍-热解策略,将Fe3+-植酸的络合物负载到介孔碳（MPC）表面热解处理,实现了一步法合成磷掺杂碳负载金属催化剂,并可通过调节Fe和植酸比例制得一系列具有不同结构的Fe-P/MPC催化剂。结合XPS、XRD、BET、SEM和TEM等表征技术,发现高分散的Fe-P催化剂（0.1Fe-P/MPC）具有最优的硝基苯加氢催化活性（TOF = 334 h-1）,相较于单原子Fe1-P-C催化剂,活性提升了约7倍,同时该催化剂也展现出较高的稳定性,循环使用5次活性未见明显下降;而纳米金属磷化物Fe2P（0.5Fe-P/MPC）则几乎没有加氢活性。     

金属有机骨架基催化剂在加氢反应中的应用

加氢是现代化工产业中的一类主干反应,广泛应用于精细化学品、药物、食品、染料、功能聚合物及香料等制造产业中.高效催化剂的引入使得加氢反应能够在相对温和的条件下还原各类不饱和化合物.金属催化剂在加氢反应中活性高,所需的反应温度较低,适用性广,但是容易和S,N,As和P等元素结合而"中毒"失去反应活性.金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂具有一定的抗毒性,但活性相对较差,通常需要采用高温高压的反应条件,对催化剂本身和反应器的要求较为苛刻.传统催化剂在反应中具有一定的局限性,所以亟需开发新一代高效的加氢催化剂,在保证高活性和高选择性催化效果的同时,降低对能源的消耗和对环境的负面影响.金属有机骨架(MOFs)作为一种新型的多孔材料在过去二十年中受到相当大的关注,并在催化、气体存储和分离、传感器、发光材料和药物输送等众多领域的应用中表现出卓越的性能.利用MOF材料良好的相容性,将MOF和其它功能材料结合形成新的复合材料可以在更大程度上扩大MOF材料的应用领域.与传统的催化剂相比,MOF基材料具有优异的物理化学特性和结构可调性,通过合理的设计能够满足不同的催化加氢过程:(1)MOF基催化剂具有多样且特异性的活性位点.除了组成MOF材料的金属离子/簇和功能有机配体之外,MOF材料可通过封装其他活性物质或者被活性物质包裹等方式引入其他类型的催化位点,进一步扩大MOF基催化剂在不同催化加氢中的适应性.此外,不同的活性位点之间的协同作用又能特异性地促进反应的进行,对提高反应的选择性起到重要的作用.(2)活性位点的尺寸大小和空间分布可以被有效控制.这能影响到催化剂在催化反应过程中的活性和选择性,并且通过MOF材料的限域效应,同时能增强活性位点的稳定性和耐久性.(3)高比表面积能提高MOF基催化剂的催化活性.这种结构特性不仅可以增加MOF基催化剂的活性位点,而且能够吸附反应物和还原剂达到扩大其局部浓度的效果.(4)反应分子的扩散可通过调节MOF基催化剂的结构实现控制.通过调整MOF材料的孔窗口和通道的尺寸,能够改变反应物在催化剂内部的扩散途径,影响底物和活性位点的接触,能进一步影响反应的活性和选择性.本文总结了近几年来MOF基材料在不同的催化加氢反应中的应用,其中包括烯烃、炔烃、芳硝基化合物、肉桂醛、糠醛和苯等化合物的加氢反应.首先介绍了MOF基材料中不同类型的活性位点,除了MOF材料自身的金属离子/簇和功能有机配体外,MOF基复合材料中的金属纳米颗粒?金属硫化物?金属氧化物?均相催化剂等活性位点可以通过封装或包裹的方式引入.在不同加氢反应中,着重介绍了MOF基催化剂中不同类型活性位点的加氢过程中的催化方式、催化剂本身的结构优化及催化剂与反应底物之间的相互作用,以及这些因素之间的协同作用对反应活性和选择性的影响.最后,讨论了MOF基材料在加氢反应中应用存在的问题以及未来发展展望.     

用于电解水制氢的过渡金属有机骨架基催化剂

金属有机骨架(MOFs)材料因具有无机和有机的杂合性质、高度有序的多孔性、结构可修饰性、比表面积大和孔隙率高等特点,在催化领域具有广阔的应用前景。本文从氢能的开发利用角度出发,在纯MOFs、MOFs复合及衍生材料三个方面对近十年来过渡金属MOFs基催化剂在电解水制氢方面的重要研究进展进行了综述,着重针对材料的合成进行了探讨,以及在基础研究和产业应用的角度指出当前过渡金属MOFs基制氢催化剂面临的挑战和机遇,对其应用前景进行展望。     

中孔金属有机骨架材料的制备与应用

相对于微孔金属有机骨架化合物,中孔金属有机骨架化合物的研究大大拓宽了该类材料的应用,尤其是在多相催化、挥发性有机物吸附和药物输送等领域。目前存在的问题主要集中在材料制备环节,尽管可以从分子水平设计出具有合适尺寸的中孔金属有机骨架材料,但是会出现合成过程中骨架结构发生贯穿无法得到中孔,甚至样品活化过程中骨架发生坍塌失去中孔等问题。本文综述了中孔金属有机骨架材料的设计策略与制备方法,如使用长配体、混合配体、表面活性剂辅助及后合成修饰等方法,并对各种制备方法的优缺点进行了总结。简要介绍了中孔金属有机骨架材料在气体存储、多相催化、分子传感、挥发性有机物吸附和药物载体等领域的应用进展,最后展望了该材料的发展前景。     

高比表面积等级孔γ-Al2O3的金属醇酯一步水解法制备及性能

采用金属醇酯一步水解法, 在不同含水有机溶剂反应介质中在常温条件下制备了具有特殊形貌及等级孔道结构的超高比表面积γ-Al₂O₃材料. X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征结果证明, 通过调节反应介质中水含量和溶剂类型可以精确控制仲丁醇铝的水解缩合反应过程和副产物醇分子的扩散行为, 进而优化产物的孔道结构. 研究结果表明, 在水/乙腈体系下制备的γ-Al₂O₃材料整体呈现出由大孔直孔道和三维介孔孔道构成的等级孔道结构, 且随着水含量的增加, 大孔孔壁依次出现光滑状、 片状和褶皱状的特定形貌; 在饱和水的丁醇溶液体系下制备的材料则展现出由厚度约为10 nm的片状γ-Al₂O₃堆积而成的三维介孔结构, 比表面积高达517 m ²/g. 选取水含量为3 mL的水/乙腈体系下的大孔-介孔γ-Al₂O₃材料作为载体制备负载型Pt基催化剂. 负载后载体等级孔结构基本保持完好, 金属Pt纳米颗粒均匀分散在载体上, 该催化剂在渣油脱金属催化反应中的脱金属性能比商用薄水铝石为载体制备Pt基催化剂更加优异. 脱Ni率和脱V率分别提高11.62%和10.83%.     

负载四氧化三钴纳米粒子的介孔碳基氧还原反应催化剂的电化学性能分析

采用软模板法合成介孔碳材料前驱体,引入钴盐,通过高温煅烧等步骤得到负载钴氧化物纳米粒子的介孔碳基催化剂。通过X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)等测试方法对所制备的催化剂的成分、结构和电化学性能进行了表征。结果表明,钴以四氧化三钴的形式成功负载于介孔碳材料基底,所得催化剂在碱性环境中表现出与商业Pt/C催化剂相当的氧还原催化活性,并且其稳定性优于商业Pt/C催化剂,有望取代造价高昂的Pt/C基催化剂,成为新型燃料电池阴极催化材料。     

负载型茂金属烯烃聚合催化剂有机载体研究进展

综述了近年来各种有机载体负载茂金属催化剂的负载方法,介绍了有机载体型茂金属催化剂的特点、负载方式、负载化对催化烯烃聚合性能和聚合物性能的影响。目前还不能完全解释清楚有机载体对聚烯烃形态以及聚合活性的影响效果。在有机载体合成方面,可以通过高分子工程,进行有机载体的设计,将茂金属催化剂负载到有机载体上,进一步提高有机载体型茂金属催化剂的活性、改善有机载体的形态和结构,将会推进有机载体负载型茂金属催化剂的工业化开发。     

负载型金属催化剂选择性加氢反应的近期研究进展

选择性催化加氢产物是重要的化工及精细化工的原料和中间体,因此,该反应具有重要的基础研究意义和实际应用价值,在石油化工和精细化工领域具有广泛的应用。如何在具有多种官能团的反应底物中实现选择性加氢是一个重大挑战。近年来,负载型金属催化剂由于其在选择性加氢反应中的高活性和高选择性而得到了广泛的关注。本文主要综述了近几年负载于不同载体上的金属催化剂对于多种类型选择性加氢反应的催化作用,包括炔烃制烯烃、二烯烃制烯烃、α,β-不饱和醛、酮制α,β-不饱和醇、硝基制氨基等,提出了现阶段负载型金属催化剂催化选择性加氢反应存在的挑战,并对其发展前景进行了展望。     

Seaweed-Derived Hierarchically Porous Carbon for Highly Efficient Removal of Tetracycline

Herein we present a facile approach for the preparation of a novel hierarchically porous carbon, in which seaweeds serve as carbon source and KOH as activator. The fabricated KOH-activated seaweed carbon (K-SC) displays strong affinity towards tetracycline with maximum uptake quantity of 853.3 mg/g, significantly higher than other tetracycline adsorbents. The superior adsorption capacity ascribes to large specific surface area (2614 mbegin{document}$ ^2 $end{document}/g) and hierarchically porous structure of K-SC, along with strong begin{document}$ pi $end{document}-begin{document}$ pi $end{document} interactions between tetracycline and K-SC. In addition, the as-prepared K-SC exhibits fast adsorption kinetics, capable of removing 99% of tetracycline in 30 min. Meanwhile, the exhausted K-SC can be regenerated for four cycling adsorption without an obvious degradation in capacities. More importantly, pH and ionic strengths barely affect the adsorption performance of K-SC, implying electrostatic interactions hardly play any role in tetracycline adsorption process. Furthermore, the K-SC packed fixed-bed column (0.1 g of adsorbents) can continually treat 2780 mL solution spiked with 5.0 mg/g tetracycline before reaching the breakthrough point. All in all, the fabricated K-SC equips with high adsorption capacity, fast adsorption rate, glorious anti-interference capability and good reusability, which make it hold great feasibilities for treating tetracycline contamination in real applications.     

多孔骨架固定分子催化剂催化CO2加氢制备甲酸研究进展

近年来, 大气中CO₂含量急剧增加, 导致了严重的温室效应. 将CO₂作为C1资源转化为燃料或精细化学品引起了越来越多的关注. 开发高效、 稳定、 可回收利用的催化剂成为CO₂资源化利用的关键. 在众多的CO₂加氢催化剂中, 功能性多孔骨架材料固定型分子催化剂展示出优异的性能, 成为研究的热点之一. 功能性骨架材料, 如多孔有机聚合物(POPs)、 共价有机骨架(COFs)和金属有机骨架(MOFs), 具有比表面积大、 热稳定性高和可调性等特点, 在设计合成催化剂方面发挥着重要作用. 本文介绍了POPs/COFs/MOFs多孔骨架材料固定分子催化剂的开发及在催化CO₂合成甲酸领域的最新进展.     

基于间苯三酚及其衍生物构筑新型有机多孔材料

有机多孔材料凭借其高比表面积、孔道可调性、易功能化修饰和结构多样性等特征,在催化、能源、吸附与分离等多个领域中展现了巨大应用潜力.对多官能度有机化合物单体以及高效聚合反应的巧妙应用,为新型有机多孔材料的创制提供了强有力的工具,成为该领域的研究热点.以C₃对称型的间苯三酚及其衍生物为例,综述了其在一系列新型有机多孔材料高效构筑中的最新研究进展.     

碳纳米管负载的铂催化剂对柠檬醛选择加氢及CO微分吸附热研究

碳纳米管(CNTs)是近年来发现的一种新型催化剂载体材料,将其作为α,β-不饱和醛的选择加氢的研究则报道较少．本文对柠檬醛[Citral,3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛(3,7-Dimethyl-2,6-octadienal)]在Pt／CNTs和Pt／XC-72催化剂作用下的液相选择加氢进行了探索性研究．结果发现,碳纳米管(CNTs)负载的Pt催化剂具有生成不饱和醇的高选择性．     

Catalytic Performance of Carbon Materials Supported Pd Nanoparticles in Selective Hydrogenation of Acetylene

Pd/C catalysts were prepared by deposited Pd nanoparticles (NPs) on different carbon supports including activated carbon (AC), graphite oxide (GO), and reduced graphite oxide (rGO) using sol-immobilization method. Through transmission electron microscopy, powder X-ray di raction, and X-ray photoelectron spectroscopy, the role of the carbon supports for the catalytic performances of Pd/C catalysts was examined in selective hydrogenation of acetylene. The results indicate that Pd/AC exhibited higher activity and selectivity than Pd/GO and Pd/rGO in the gas phase selective hydrogenation of acetylene. Thermal and chemical treatment of AC supports also have some effect on the catalytic performance of Pd/AC catalysts. The differences in the activity and selectivity of various Pd/C catalysts were partly attributed to the metal-support interaction.     

SiO2阶层多孔结构搭建及块体材料制备机理

借助溶胶-凝胶结合相分离和模板法进行了阶层多孔结构的搭建及二氧化硅多孔块体材料的制备,表征了阶层多孔块体的显微结构及孔结构特性,分析了阶层多孔结构的搭建机理。研究结果表明,三嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷（P123）的加入不仅诱导共混体系发生相分离,调控大孔结构的形成,同时形成球形胶束并作为模板剂进入骨架,而1,3,5-三甲基苯（TMB）的加入使P123形成的胶束膨胀且更加稳定,在骨架上成功引入了球形介孔,骨架中凝胶粒子相互聚集形成微孔,从而搭建贯通大孔-球形介孔-微孔同时分布的阶层多孔结构,并获得相应的多孔块体材料;当正硅酸甲酯（TMOS）：P123：TMB摩尔比为1：0.015：0.353时,多孔块体材料的阶层多孔结构最优,大孔孔径为0.5-1.5 μm,介孔孔径为3-4 nm,显气孔率66.1%,比表面积为616 m²·g^-1。     

氧化铁负载铂纳米簇催化卤代硝基苯本体氢化性质研究

复相金属催化剂中的载体效应研究具有重要意义。我们以结构不同的氧化铁载体吸附"非保护型"Pt金属纳米簇制备了具有相同Pt纳米簇的Pt/Fe_3O_4、Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3催化剂,考察了其在无溶剂条件下(本体条件)催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性氢化反应的性能,发现三种铂/氧化铁催化剂的催化选择性远高于商购铂/碳催化剂,Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3的催化选择性明显高于Pt/Fe_3O_4,而Pt/Fe_3O_4的催化活性较Pt/α-Fe_2O_3高50%。铂/氧化铁对不同卤代硝基苯的本体选择性氢化反应表现出优良的催化性能,相应卤代苯胺产物的选择性均可达到99%以上。考察了温度、氢气压力对Pt/Fe_3O_4催化o-CNB本体氢化性能的影响。本工作为理解氧化铁负载金属纳米簇催化剂的特殊催化性质,进而发展高效金属纳米簇基催化体系提供了新的基础。     

Fabrication of Multi-pore Structure Cu,N-codoped Porous Carbon-based Catalyst and its Oxygen Reduction Reaction Catalytic Performance for Microbial Fuel Cell

The development of a non-noble metal cathode ORR catalyst with low cost, high activity and high stability has become an inevitable trend in MFC. The purpose of this study is to develop an efficient and stable Cu, N-codoped porous carbons catalysts with multi-pore structure for MFC. Herein, Cu, N-codoped porous carbons materials (Cu−NC−T) with high N content and multi-pore structure were successfully developed by co-pyrolysis with MOF-199 and melamine. By contrast, Cu-doped porous carbon (Cu−C−T) without melamine was synthesized using MOF-199 as template. The results showed that Cu−NC−T possessed a rough octahedral crystal with a unique multi-mesopore structure with pore centers of 3.4 nm and 11.2 nm, respectively. Owing to high N content, abundantly exposed Cu−N_x active sites and the multi-pore structure, Cu−NC−800 had a pronounced electrochemical ORR activity in neutral solution (onset potential and limiting current density were 0.161 V and −6.256 mA ⋅ cm⁻²), which were slightly lower than 20 wt % Pt/C (0.189 V and −6.479 mA ⋅ cm⁻²). Moreover, the MFC with Cu−NC−800 showed a power density of 662.8±3.6 mW ⋅ m⁻², which was higher than that of Cu−C−800 (425.7±3.9 mW ⋅ m⁻²) and was slightly lower than that 20 wt % Pt/C (815.0±6.2 mW ⋅ m⁻²). The output voltage of MFC with Cu−NC−T had no obvious decreasing trend in 30 days, demonstrating that the Cu−NC−T had great stability.