二氧化碳甲烷化催化剂研究 Ⅲ.Ni-Ru-稀土/ZrO_2作用下的催化反应机理

用漫反射傅里叶红外光谱法研究了Ｎｉ－Ｒｕ－稀土／ＺｒＯ２多组分催化体系作用下的二氧化碳甲烷化反应机理．结果表明，碳酸根、甲酸根和一氧化碳是催化剂表面可以检出的吸附物种，其中表面的含氧酸根类物种是催化反应的主要中间物．二氧化碳通过与载体表面羟基的作用转化为含氧酸根类物种吸附于催化剂表面，并进一步氢解为甲烷．反应中生成的少量一氧化碳可能来源于表面含氧酸根氢解为甲烷的副反应．含不同稀土的多组分催化剂作用下的二氧化碳甲烷化过程有相同的反应机理．     

二氧化碳甲烷化催化剂研究Ⅲ.Ni-Ru-稀土/ZrO2作用下的催化反应机理

用漫反射傅里叶红外光谱法研究了Ｎｉ－Ｒｕ－稀土／ＺｒＯ２多组分催化体系作用下的二氧化碳甲烷化反应机理，结果表明，碳酸根、甲酸根和一氧化碳是催化剂表达可以检出的吸附物种，其中表面的含氧酸类物种是催化反应的主要中间物，二氧化碳通过与载体表面羟基的作用转化为含氧酸根类物种吸附于催化剂表面，并进一步氢解为甲烷，反应中生成的少量一氧化碳可能来源于表面含氧酸根氢解为甲烷的副反应，含不同稀土的多组分催化剂作用下     

漫反射付立叶红外光谱法研究二氧化碳的催化甲烷化：Ⅰ.Ni／Al2O3体系…

用漫反射付立叶红外光谱法研究了二氧化碳甲烷化催化剂Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３体系的表面物种及催化反应过程。结果表明：二氧化碳难以直接在催化剂表面发生吸烩，而是通过与其它反应物的作用生成含氧酸根类表面吸附物种，并以此为主要中间物进行下一步反应。     

Ni2（OEt）2／SiO2催化二氧化碳与丙烯直接合成甲基丙烯酸的研究

 采用表面改性法制备了负载型Ni2（OEt）2／SiO2双核金属乙氧基配合物催化剂，利用示差量热、红外光谱和微反技术对催化剂的表面结构、热稳定性、化学吸附性质和催化活性进行了研究．结果表明，负载型双核金属乙氧基配合物Ni2（OEt）2／SiO2中的Ni2＋与载体SiO2表面的O2－以双齿配位形式键合；二氧化碳在催化剂表面存在桥式吸附态和碳酸单乙酯基物种两种吸附态，丙烯则只有一种分子吸附态；在适宜的反应条件下，二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂上的反应产物主要是甲基丙烯酸．根据实验结果，提出了二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂表面的反应机理，反应物分子共吸附于催化剂表面同一活性单元上，羧酸根和丙烯解离吸附态的形成是反应顺利进行的关键步骤．     

多孔纳晶TiO2薄膜光催化剂的研制及其催化性能

 采用表面改性法制备了负载型Ni2（OEt）2／SiO2双核金属乙氧基配合物催化剂，利用示差量热、红外光谱和微反技术对催化剂的表面结构、热稳定性、化学吸附性质和催化活性进行了研究．结果表明，负载型双核金属乙氧基配合物Ni2（OEt）2／SiO2中的Ni2＋与载体SiO2表面的O2－以双齿配位形式键合；二氧化碳在催化剂表面存在桥式吸附态和碳酸单乙酯基物种两种吸附态，丙烯则只有一种分子吸附态；在适宜的反应条件下，二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂上的反应产物主要是甲基丙烯酸．根据实验结果，提出了二氧化碳和丙烯在Ni2（OEt）2／SiO2催化剂表面的反应机理，反应物分子共吸附于催化剂表面同一活性单元上，羧酸根和丙烯解离吸附态的形成是反应顺利进行的关键步骤．     

二氧化碳和丙烯在Cu2(OEt)2/SiO2催化下超临界合成甲基丙烯酸

负载型双核金属乙氧基配合物催化剂Cu2(OEt)2／SiO2采用表面改性法制备。运用滴定、IR、DSC和超临界反应技术对催化剂的表面结构、化学吸附性质和反应性能进行了研究。结果表明：负载型双核金属乙氧基配合物Cu2(OEt)2／SiO2中Cu”与载体SiO2表面O^2-以双齿配位形式键合,存在Cu2(OEt)2双核结构;二氧化碳在催化剂表面吸附形式形成桥式和乙氧碳酸酯基物种两种吸附态,丙烯则只有一种分子吸附态;在超临界的反应条件下,二氧化碳和丙烯在Cu2(OEt)2／SiO2催化剂上可以高选择性地合成甲基丙烯酸;反应物分子共吸附于催化剂表面,同一活性基元以及羧酸根与丙烯解离吸附态的形成是反应顺利进行的关键因素。     

ZrO2修饰Cu催化剂对甲醇吸附原位红外表征

通过原位红外漫反射实验比较研究了甲醇在Cu及ZrO2/Cu催化剂表面的吸附与反应,并且采用不同还原温度来处理催化剂,改变催化剂表面的氧含量,并进一步研究甲醇吸附和反应性能随着催化剂表面氧含量的变化规律.结果表明,甲醇在Cu催化剂表面反应生成吸附态甲醛物种,进一步生成CO2,而在ZrO2/Cu表面形成甲酸盐物种,并与表面氧进一步反应生成CO2.随着催化剂还原温度的升高,反应中间物进一步生成CO2的反应速率变慢,说明催化剂表面的氧物种含量决定着催化剂甲醇吸附中间物种的形成及反应速率.     

高温沉淀铁基催化剂上费托合成含氧化合物生成机理的研究

采用漫反射原位红外光谱法及化学捕获方法,考察了费托合成过程中高温沉淀铁基催化剂表面吸附物种的变化,并探讨了含氧化合物的生成机理。结果表明,CO在高温沉淀铁基催化剂上有线式和桥式两种吸附态存在,同时,CO的吸附在催化剂表面生成大量含氧化合物前驱体。费托原位实验捕获到了一些较关键的中间产物:表面乙酸盐、表面酰基、甲氧基等。同时发现高温沉淀铁基催化剂表面具有以下反应共性:醇类可与表面羟基结合生成烷氧基团;催化剂表面的吸附分子具有氧化性;一些基础化学物质如OH^-、晶格氧等可以与甲醇或乙醛分子发生反应。对CH₃OH + CO及CH₃I + CO + H₂两个反应的化学捕获实验表明,酰基是C₂⁺含氧化合物的重要中间产物,酰基加氢是形成C₂⁺含氧化合物的关键步骤。根据表面中间产物及反应特性,得到了高温沉淀铁基催化剂上费托合成含氧化合物的生成机理。     

原位红外光谱研究镧对负载钯催化剂上甲醇车尾气氧化机理的影响

在色谱微反装置上考察了负载Pd催化剂的甲醇深度氧化性能.结果表明,在γ氧化铝载体中,添加镧对负载Pd催化剂催化活性和选择性影响较大,甲醇氧化含氧中间物含量大大降低.利用insituFTIR技术测定了镧改性后的负载Pd催化剂表面的吸附物种和表面的程序升温反应,对负载Pd催化剂甲醇深度氧化反应机理进行了探讨.     

研究表面扩散的双电解池方法及其在铂钌二元金属电催化研究中的应用

本文介绍一种由各自质子交换膜(作为电解质),参比电极和对电极在同一个工作电极上建立两个空间分离的、可独立控制的双电解池系统.它能够由第1个恒电位仪控制的第1电解池的工作电极产生某种吸附中间物,该中间物通过表面扩散到达第2个电解池的工作电极后,在第2个恒电位仪的控制下得到电化学检验.应用这一装置测量了铂电极上欠电势沉积的含氧吸附物种的表面扩散系数,并研究模拟铂钌电极电氧化有机小分子产生的毒性中间物与表面含氧吸附物种的相互作用.在质子交换膜燃料电池的燃料极的工作电势下,没有发现钌表面产生的含氧吸附物种扩散到铂的表面.作者据此假设Pt Ru协同催化作用的实现可能是由于铂上毒性中间物的表面扩散速率非常慢,限制了向钌表面的溢流速率.只有当Pt Ru边界足够大,中间物在铂表面扩散途径非常短时才能形成足够的流速,并在钌表面被表面含氧物种氧化成CO2,使铂表面被重新活化.     

Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

 利用程序升温脱附、程序升温还原、程序升温表面反应、程序升温反应和化学捕获反应等手段，对Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应进行了研究．结果表明，Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气机理属于热解－氧化反应机理．甲烷首先在催化剂上发生解离吸附，产生具有不同H／C比的化学吸附物种CHx（x＝1～3）．其中，具有较高H／C比的CHx可能是甲烷部分氧化反应的活性物种，而具有较低H／C比的CHx可能是催化剂上积碳并导致催化剂失活的来源．活性物种CHx在活性氧物种的作用下，生成含氧中间体物种CHxO或继续脱氢．含氧中间体物种进一步分解，即生成CO和H2；CO2也可由CHx或CHxO物种进一步氧 化生成．     

超临界条件下负载型配合物催化剂Cu2(μ-OEt)2/SiO2合成碳酸二甲酯的反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法制备了负载型配合物Cu2(μ-OEt)2／SiO2催化剂，用化学分析、IR、TPD和超临界反应技术考察了催化剂的表面构造、CO2和甲醇在催化剂上的化学吸附及超临界条件下的反应性能，结果表明：双核配合物Cu2(μ-OEt)2中金属离子Cu^2 与载体SiO2表面O^2-以双齿配位键合，配体以桥基形式连接双金属离子形成双核物种Cu2(μ-OEt)2；CO2在催化剂表面存在桥式和乙氧碳酸酯基两种吸附态，其中乙氧碳酸酯基吸附态是生成DMC的关键物种；CH3OH在催化剂上只有一种分子吸附态．催化剂用量、反应压力、反应温度和反应时间对甲醇的转化率都有不同程度的影响，在超临界条件下，DMC的选择性为100％，甲醇的转化率超过4％．     

CO_2在Ag－Ba－Ca－K／α－Al_2O_3上的吸附及其在乙烯环氧化反应

应用ＦＴＩＲ和脉冲反应技术研究了ＣＯ_２和Ｏ_２在Ａｇ－Ｂａ－Ｃａ－Ｋ／α－Ａｌ２Ｏ３上的吸附及ＣＯ２对Ｃ２Ｈ４环氧化、完全氧化及环氧乙烷（ＥＯ）深度氧化反应的影响．研究结果表明，ＣＯ２和表面吸附氧在负载银催化剂表面存在竞争吸附，ＣＯ２对表面吸附氧有置换作用，该作用降低了银催化剂表面吸附氧的浓度，并且所形成的碳酸根物种改善了乙烯环氧化反应活住氧种的表面分布，对Ｃ_２Ｈ_４的环氧化反应有一定的抑制作用，但是对Ｃ２Ｈ４和ＥＯ的深度氧化反应的抑制作用更强，使得乙烯环氧化反应的选择性得到改善．     

CO／H2在Cu／ZrO2催化剂表面吸附行为原位红外表征

用原位FT-IR法比较了Cu/ZrO2和ZrO2催化剂表面对CO及CO/H2的吸附行为。结果表明,CO在50℃便可以在Cu/ZrO2表面形成b-HCOO-Zr、Zr-COO^-和b-HOCOOZr物种,吸附温度升高,b-HOCOOZr逐渐分解生成Zr-OH和CO2,而b-HCOO-Zr吸附物种逐渐增强。b-HCOO-Zr物种在Cu/ZrO2催化剂表面生成速度远远大于ZrO2催化剂。在Cu/ZrO2催化剂表面,所形成的合成甲醇中间物种（HCOO-Zr和CH3O-Zr)均和ZrO2有关,意味着CO加氢反应主要在ZrO2表面进行,铜组分主要向ZrO2提供吸附CO及H2物种。     

Ni(OCH3)2/SiO2催化剂的制备及其合成碳酸二甲酯的反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法，制备了负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2催化剂。利用IR、TPD、TPSR和微反技术，考察了催化剂的表面结构以及CO2、CH3OH在催化剂表面上的化学吸附和反应性能。结果表明，负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2中，Ni^2 与载体SiO2表面的O^2-以双齿形式配位；在催化剂表面存在CO2的桥式吸附态和甲氧碳酸酯基物种两种吸附态，CH3OH则只有一种分子吸附态。在373-473K条件下，CO2和CH3OH在催化剂上的反应物主要是DMC、H2O以及少量的CO、CH4和CH2O，催化剂的活性由表面甲氧碳酸酯基物种与分子吸附态甲醇的反应决定的。讨论了催化剂上CO2和CH3OH的活化过程及吸附态的形成机理。     

CO/H_2在Cu/ZrO_2催化剂表面吸附行为原位红外表征

用原位FT IR法比较了Cu ZrO2 和ZrO2 催化剂表面对CO及CO H2 的吸附行为。结果表明 ,CO在 5 0℃便可以在Cu ZrO2 表面形成b HCOO Zr、Zr COO- 和b HOCOOZr物种 ,吸附温度升高 ,b HOCOOZr逐渐分解生成Zr OH和CO2 ,而b HCOO Zr吸附物种逐渐增强。b HCOO Zr物种在Cu ZrO2 催化剂表面生成速率远远大于ZrO2 催化剂。在Cu ZrO2 催化剂表面 ,所形成的合成甲醇中间物种 (HCOO Zr和CH3O Zr)均和ZrO2 有关 ,意味着CO加氢反应主要在ZrO2 表面进行 ,铜组分主要向ZrO2 提供吸附CO及H2 物种。     

CO2在Ag—Ba—Ca—K／α—Al2O3上的吸附及其在乙烯环氧化反应中的抑制作用

应用ＦＴＩＲ和脉冲反应技术研究了ＣＯ２和Ｏ２在Ａｇ－Ｂａ－Ｃａ－Ｋ／α－Ａｌ２Ｏ３上的吸附及ＣＯ２对Ｃ２Ｈ４环氧化，完全氧化及环氧乙烷（ＥＯ）深度氧化反应的影响。研究结果表明，ＣＯ２和表面吸附氧在负载银催化剂表面存在竞争吸附，ＣＯ２对表面吸附氧有置换作用，该作用降低了银催化剂表面吸附氧的浓度，并且所形成的碳酸根物种改善了乙烯环氧化反应活性氧种的表面分布，对Ｃ２Ｈ４的环氧化反应有一定的抑制作用，但是     

用原位红外光谱研究氧化镁上甲醛与乙醛合成双季戊四醇反应的机理

 以甲醛和乙醛为原料，研究了在碱性催化剂存在下合成双季戊四醇反应的机理和工艺．结果表明，与液体碱NaOH的碱催化作用相比，固体碱MgO上的产物季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇在收率方面水平相当．用原位红外光谱研究了在MgO上甲醛和乙醛各自的吸附物种及甲醛－乙醛混合物的吸附物种，考察了这些吸附物种随温度的变化．结果发现，吸附作用削弱了甲醛和乙醛分子中的C＝O双键；甲醛与乙醛原位反应后表明有α，β不饱和醛吸附物种生成，说明由甲醛与乙醛合成双季戊四醇的反应经历了丙烯醛中间物．     

乙烷部分氧化制C2氧化物用Fe-A1-P-O催化剂的研究 Ⅱ．Fe-A1-P-O催化剂的吸附及催化性能

用化学吸附-IR，化学吸附-TPD和微反技术研究了超细Fe-Al-P-O催化剂的化学吸附性能及对乙烷部分氧化反应的催化性能．结果表明，乙烷能够以-CH3中的H原子吸附于催化剂表面P=O键的端氧上形成分子吸附态，并且随着吸附温度的升高，对乙烷的吸附强度逐渐增大；乙烯则主要是以C=C双键吸附在催化剂的Lewis酸位：Fe3 上．乙烷部分氧化反应的主要产物为乙烯和COx，但在反应物中引入氢的条件下，乙烷部分氧化反应的性能大为改善，并可生成乙醇和乙醛等含氧化合物．     

超临界水热合成过渡金属改性铈基催化剂应用于CO-SCR脱硝研究

氮氧化物(NOx)作为煤炭燃烧过程主要污染物之一, 可直接或间接引起如光化学烟雾、酸沉降、平流层臭氧损耗和全球气候变化等大气环境污染问题. NOx的选择性催化还原技术(SCR)被认为是目前处理固定源NOx的最有效方法之一. 由于燃煤工业锅炉烟气中还有1%~3%的CO, 远高于NOx的0.02%~0.04%, 因此, 以CO为还原剂进行CO-SCR脱硝具有现实意义, 它可在反应过程中同时消除CO和NO两种有害气体, 但对催化剂的活性及抗毒性提出更高要求. CeO2作为一种常用的稀土材料, 因具有良好的储放氧能力而广泛应用于SCR反应中. 过渡金属改性可进一步改善CeO2的物化性能, 从而可能达到CO-SCR的应用要求.本文利用超临界水热技术合成了MOx-CeO2(M = Co, Fe, Cu)固溶体催化剂, 并利用X射线衍射(XRD), 氢气程序升温还原(H2-TPR), 傅里叶变换原位红外(DRFTIR)等探究了催化剂在CO-SCR反应中的催化活性与作用机制. CO-SCR反应活性测试表明, CuO-CeO2催化剂活性明显优于FeOx-CeO2和CoOx-CeO2催化剂, 在126 ℃ NO去除率即可达到90%; 其N2选择性也可在179 ℃时达到90%. 为了进一步探究MOx-CeO2(M = Co, Fe, Cu)催化剂的CO-SCR反应途径,本文随后进行了系列原位DRFTIR实验, 发现NO在三种催化剂表面均能被高效吸附, 其吸附态中间产物主要为双齿硝酸根, 桥式硝酸根, 桥式硝基和亚硝酰基等. 另外, 在CuO-CeO2催化剂表面还存有螯合硝基和单齿硝酸根. CO在催化剂表面主要以COx, 碳酸根和羧酸根等形式存在. 值得注意的是, 在CuO-CeO2表面, CO因吸附于Cu+而形成Cu+-CO, 在2100 cm-1左右形成明显的特征峰. 当催化剂表面吸附CO至饱和后再通入NO发现, CO的吸附特征峰逐渐被NO的特征吸附峰取代; 而当NO被吸附至饱和后再通入CO, NO的特征峰则不出现明显变化. 这表明NO和CO在催化剂表面存在竞争吸附, NO可能优先于CO吸附在催化剂表面. 当NO和CO同时通入红外反应仓时发现, 在CoOx-CeO2和FeOx-CeO2催化剂表面只观察到NO的吸附峰, 而在CuO-CeO2催化剂表面观察到Cu+-CO的特征峰, 说明在CO-SCR反应过程中, CO可以在Cu+表面被有效吸附,其与吸附于CeO2表面的NO物种反应生成N2和CO2, 遵循Langmuir-Hinshelwood反应机理. 而在CoOx-CeO2和FeOx-CeO2催化剂表面, 因NO的竞争吸附, 使得二者主要遵循Eley-Rideal反应机理.