高温聚合物电解质膜燃料电池催化剂的研究进展（英文）

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFCs)是一类将化学能转换为电能的能量转换装置,与传统的低温聚合物膜燃料电池相比具有诸多优势.目前HT-PEMFCs主要是以铂作为催化剂.铂基催化剂对于燃料电池氧还原反应(ORR)和氢氧化反应(HOR)有好的催化活性,但在HT-PEMFCs中通常需要高载量的铂基催化剂,以缓解磷酸在铂表面强吸附对活性表达的限制,其存在成本高、活性不足、长时间运行下活性降低及载体腐蚀等问题.本文总结了最近关于HT-PEMFCs催化剂的研究进展,系统分析了贵金属、非贵金属催化剂在HTPEMFCs中的应用前景,并对现阶段HT-PEMFCs催化剂的发展应用进行了展望.     

一体式可再生燃料电池双功能氧催化剂的研究进展

双功能氧催化剂的催化活性及稳定性是决定一体式可再生燃料电池能否高效运作的关键因素之一。得益于分别对于氧还原及氧析出反应特定中间产物适当的结合能，铂与铱、钌及其氧化物所制成的贵金属催化剂常被应用于一体式可再生燃料电池中作为双功能氧催化剂。同时，近年来对于非铂族双功能氧催化剂的研究也取得了较大进展。本篇综述从一体式可再生燃料电池中氧还原及氧析出反应的作用机理出发，首先着重对传统铂基双功能催化剂的构效关系进行了总结，其次介绍了钙钛矿型、尖晶石型氧化物、非金属等新型双功能氧催化剂的发展趋势。此外，本文对于该研究领域所存在的限制条件和发展路线也进行了总结与展望。     

单原子催化剂在氧还原反应中的分子级调控

氧还原反应(ORR)在电化学能量存储和转换系统以及精细化学制剂的清洁合成中发挥着重要作用. 然而, ORR过程的动力学极其缓慢, 需要使用铂族贵金属催化剂加快其反应动力学速率. 铂基催化剂的高成本严重阻碍了其大规模的商业化. 由于单原子催化剂(SACs)具有结构明确、 本征活性高和原子效率高的特点, 有望取代昂贵的铂族贵金属催化剂. 迄今, 在进一步提高SACs的ORR活性方面已有大量的研究报道, 包括定制金属中心的配位结构、 丰富金属中心的浓度以及设计衬底的电子结构和孔隙率等. 本文综合评述了近年来SACs在ORR性能以及与ORR相关的H₂O₂生产、 金属-空气电池和低温燃料电池等方面的应用研究进展. 总结了通过引入其它金属或配体来调整孤立金属中心的配位结构、 通过增加金属负载来增加单原子位点的浓度以及通过优化载体的孔隙度来优化催化性能和电子传输等方面的研究进展, 并对SCAs的未来发展方向和面临的挑战提出了展望.     

锌-空气电池双功能催化剂研究进展

锌-空气电池因其拥有理想的能量密度和功率密度,并有望在能源转化与储存领域的广泛应用,引起国内外研究者的高度关注. 其中,空气电极作为氧催化反应的核心区域,更是整个锌-空气电池研究的重点. 近年来,非贵金属双功能催化剂及其电极以其高活性、低成本以及种类丰富等特点取得了较多的研究成果. 本文综述了非贵金属氧化物催化剂、碳基催化剂、碳载过渡金属化合物复合材料以及自支撑电极在锌-空气电池中的反应机制和研究进展,提出了高效双功能催化剂的构建策略,并对双功能催化剂/电极的发展趋势进行了展望.     

负载型N-杂环卡宾催化剂在有机反应中的最新研究进展

负载型氮杂环卡宾金属催化剂兼具氮杂环卡宾金属配合物和固体催化剂的优势,其具有反应活性高、反应完成后便于分离和重复使用等特点,已被广泛用于催化各类有机反应中.综述了基于有机聚合物、磁性纳米粒子、碳材料和硅材料等不同类型载体制备的负载型氮杂环卡宾金属配合物催化剂的合成与应用的最新研究进展.     

质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法研究进展

Pt/C催化剂稳定性是制约质子交换膜燃料电池商业化的关键技术挑战之一,因此增强燃料电池催化剂稳定性研究一直是该领域的热点。指出Pt纳米粒子的溶解再沉积、团聚长大,中间物种在Pt表面的吸附钝化,有害杂质中毒及碳载体腐蚀是Pt/C催化剂稳定性衰减的主要因素,概述了近些年提高质子交换膜燃料电池催化剂稳定性的研究进展。指出Pt合金化、采用更稳定载体及进一步加强金属载体间相互作用是增强催化剂稳定性的发展方向。     

低温燃料电池非铂催化剂研究进展

简要综述了近年来低温燃料电池阳极和阴极催化剂的研究进展.阳极催化剂主要介绍了金属碳化物、Pd合金以及钙钛矿型氧化物三种,讨论了阳极催化剂对燃料氧化过程的催化活性和抗CO中毒能力;阴极催化剂则重点介绍了过渡金属大环化合物、氮化物以及氧化物,并较详细地阐述了过渡金属大环化合物的反应活性中心、金属-载体相互作用以及化合物制备条件.由于阴极非铂催化剂存在制备过程较复杂、中间产物过氧化物易破坏催化剂结构等问题,仍需探索新型的非铂催化剂.     

用于氧还原电催化的Fe-M-N-C基双原子催化剂的研究进展（英文）

实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化应用亟需开发出低成本的高效氧还原(ORR)电催化剂以替代昂贵的Pt基材料.过去十余年,研究人员对由M-N_x活性位点和富缺陷碳质基底组成的热解M-N-C基单原子催化剂进行了深入的研究,以期进一步提高催化剂的性能并降低成本.其中, Fe-N-C基单原子催化剂表现出了较好的催化性能和巨大的应用潜力.近年来人们发现,在单原子催化剂中引入另一种金属原子组成的双原子催化剂具有特殊的几何构型和电子结构,有利于反应过程中原子间相互作用,使催化性能进一步提高.其中,在Fe-N-C基催化剂中引入另一种金属原子组成的Fe-M-N-C双原子催化剂(M代表金属)可以进一步激发Fe-N-C催化剂的本征活性,相关研究也吸引了越来越多的关注.本文综述了Fe-M-N-C基双原子催化剂催化ORR过程的研究进展.首先,讨论了双原子催化剂催化ORR的机制,其中引入的第二种金属原子通过协同和/或调制效应发挥作用.其后,系统总结了Fe-M-N-C的合成方法、表征技术和计算方法,以进一步推动双原子催化剂的研究.再后,根据金属原子之间的相互作用,将双原子催化剂分为Ma...     

质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-Nx/C型氧还原催化剂研究进展

氧还原反应(ORR)是燃料电池能量转换的关键步骤,开发高性能低成本的催化剂以替代铂族贵金属是推动燃料电池商业化的重要途径。本文综述了质子交换膜燃料电池非贵金属M-N_x/C型催化剂的最新研究进展,概括了氧还原反应的基础理论,系统展示了先进表征技术对活性位点鉴定和反应机理研究的作用,总结了M-N_x/C型催化剂近年来的代表工作和活性突破,阐述了稳定性问题的根源及对应的方案策略,我们认为M-N_x/C型催化剂未来的发展方向是理性设计具高位点密度和高稳定性的催化剂。     

Au负载催化剂应用于水煤气变换制氢反应的研究进展

水煤气变换反应是目前广泛应用于制氢的方法 ,应用于水煤气变换反应的催化剂成为了重要的研究热点.我们在简述传统水煤气变换催化剂的基础上,重点介绍了Au负载型催化剂应用于水煤气变换反应的相关文献,针对Au负载型催化剂的载体种类、制备方法以及催化剂活性机理做出了详细分析.强调了影响水煤气变换反应催化剂的重点参数及Au负载型催化剂的发展趋势,以便为提高催化剂催化活性、设计Au负载催化剂并应用在水煤气变换反应中的研究者提供必要的参考信息.     

金负载量对低温水煤气变换Au/α-Fe2O3催化剂结构和性能的影响

采用共沉淀法制备了低温水煤气变换Au/α-Fe2O3催化剂。通过正交实验优化催化剂的还原活化条件，考察了金负载量对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、UV-VIS、XRF、H2-TPR和O2-TPO等表征手段对催化剂的结构进行分析，并与其催化性能进行关联。结果表明，（1）采用10%-H2/N2还原气将催化剂在150 ℃原位还原9 h，其催化活性最高；（2）金的最佳负载量为8.00%，此时在催化剂制备过程中金的流失量较少，金粒子较小，也有利于抑制催化剂在反应过程中烧结；（3）TPR-TPO结果表明，金的负载量为8.00%时，Au/α-Fe2O3催化剂具有较易被还原、不易被氧化的性质，从而显示出最高催化活性。（4）Au/α-Fe2O3催化剂中的金以单质金（Au0）形式存在；其高活性与Au0-Fe3O4间的协同作用有关。     

A Review on Complete Oxidation of Methane at Low Temperatures

This paper reviews recent developments in complete oxidation of methane at low temperatures over noble metal catalysts in the past 20 years. The Pd/A1203 catalyst system is fully discussed. The review mainly focuses on the kinetic aspects of methane oxidation over this catalyst, and methane activation behavior over Pd and PdO phases (the form of PdO on the surface, transient behavior, the nature of the active sites, the influence of metal particle size and their structure sensitivities, and so on). Some Pd catalysts supported on other oxides besides the Al2O3 support are briefly discussed. Possible routes of non-noble metal catalysts as substitutes for the Pd catalyst are also proposed.     

CuO/ZnO/Y2O3/γ-Al2O3双功能催化剂上二甲醚水蒸气重整制氢

将沉积-沉淀法制备的CuO/ZnO/Y2O3催化剂同γ-Al2O3进行机械混合, 制备了CuO/ZnO/Y2O3/γ-Al2O3双功能催化剂, 用于二甲醚水蒸气重整制氢反应, 实验结果表明其活性、稳定性等均优于常用的CuO/ZnO/Al2O3/γ-Al2O3催化剂. 结合N2吸附-脱附(BET)、N2O化学吸附(N2O chemisorption)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)等表征手段研究了两种催化剂在表面酸性及微观结构上的差异, 发现CuO/ZnO/Y2O3催化剂具有相对较高的铜分散度, 铜晶粒更加细小化, 并且具有高温稳定性的Y2O3可能起到隔离铜的作用, 在一定程度上防止了铜晶粒的团聚, 从而改善了重整组分的性能, 提高了双功能催化剂的重整制氢活性及稳定性.     

巴豆醛气相选择性加氢催化剂

巴豆醛是α, β-不饱和醛中最具代表性的一类有机化合物,采用气相催化巴豆醛选择加氢制备巴豆醇符合原子经济和绿色化学要求,具有重要的工业应用和学术价值。本文综述了近十年国内外巴豆醛气相选择性加氢合成巴豆醇的负载型催化剂的研究成果,评述了贵金属催化剂(铂、金、铱、银、钯)和非贵金属催化剂(钴、铜)上巴豆醛选择性加氢性能,分析了活性组分、载体、助剂以及活性组分粒径对催化剂性能的影响,探讨了巴豆醛选择性加氢的反应机理和失活机理。最后,对气相巴豆醛选择性加氢催化剂所存在的问题进行总结,并对催化剂的发展趋势作出了展望。指出了非贵金属催化剂的巴豆醛选择性加氢性能因具有价廉易得等优势,将是该领域的研究方向之一。催化剂失活是巴豆醛气相选择性加氢工业化的最大障碍,因此研究和认识反应机理,解决催化剂失活问题是重点研究方向。     

Synthesis of Supported Bimetal Catalysts using Galvanic Deposition Method

Supported bimetallic catalysts have been studied because of their enhanced catalytic properties due to metal‐metal interactions compared with monometallic catalysts. We focused on galvanic deposition (GD) as a bimetallization method, which achieves well‐defined metal‐metal interfaces by exchanging heterogeneous metals with different ionisation tendencies. We have developed Ni@Ag/SiO₂ catalysts for CO oxidation, Co@Ru/Al₂O₃ catalysts for automotive three‐way reactions and Pd−Co/Al₂O₃ catalysts for methane combustion by using the GD method. In all cases, the catalysts prepared by the GD method showed higher catalytic activity than the corresponding monometallic and bimetallic catalysts prepared by the conventional co‐impregnation method. The GD method provides contact between noble and base metals to improve the electronic state, surface structure and reducibility of noble metals.     

Catalytic Reduction of NOx by CO and Hydrocarbons Over Different Catalysts in the Presence or Absence of O2

The performances of a non-noble metal (catalyst A), a non-noble metal catalyst containing a smaller amount of a noble metal (catalyst B) and noble metal (catalyst C) for NOx reduction at 400 - 600°C and space velocity of 16×10^-1h^-1 have been studied by means of a fixed-bed continuous flow system. In both the absence and presence of oxygen, the following activity orders of catalysts for the reduction of NOx to N₂ by CO and C₃H₆(HC) can be given: C > B > A and B > A C, respectively. Meanwhile, there was CO formation in the reduction reactions of NOx by HC on the three catalysts. The amount of CO produced on catalyst C was the largest of the three catalysts.     

Studies on the Performance and Structure of Supported Catalysts for the Partial

The catalytic properties of several supported metal catalysts on different carriers were studied in the partial oxidation of methane (POM) to syngas. In our experiment, supported noble metal catalysts exhibited better performance than the other supported transition metal catalysts. The catalyst performances were significantly influenced by the d-electron configuration of the active metal components and the dispersion of active metal components on the support. A catalyst with a moderate number of unpaired electrons in the d-orbital of the active metal support without obvious acidity or redox activity (e.g. MgO) was suitable for POM performance. The Rh/SiO2 catalyst was the best in the POM reaction, among those investigated. Reaction conditions apparently also affected the POM performance of the catalyst. The conversion of methane and the selectivity for CO increased with the reaction temperature, and a high CH4/O2 ratio was not beneficial for POM performance.     

Studies on the Performance and Structure of Supported Catalysts for the Partial Oxidation of Methane to Syngas

The catalytic properties of several supported metal catalysts on different carriers were studied in the partial oxidation of methane (POM) to syngas. In our experiment, supported noble metal catalysts exhibited better performance than the other supported transition metal catalysts. The catalyst performances were significantly influenced by the d-electron configuration of the active metal components and the dispersion of active metal components on the support. A catalyst with a moderate number of unpaired electrons in the d-orbital of the active metal support without obvious acidity or redox activity (e.g. MgO) was suitable for POM performance. The Rh/SiO2 catalyst was the best in the POM reaction, among those investigated. Reaction conditions apparently also affected the POM performance of the catalyst. The conversion of methane and the selectivity for CO increased with the reaction temperature, and a high CH4/O2 ratio was not beneficial for POM performance.     

Hydrogen production via autothermal reforming of ethanol over noble metal catalysts supported on oxides

Hydrogen was produced over noble metal (Ir, Ru, Rh, Pd) catalysts supported on various oxides, including γ-Al2O3, CeO2, ZrO2 and La2O3, via the autothermai reforming reaction of ethanol (ATRE) and oxidative reforming reaction of ethanol (OSRE). The conversion of ethanol and selectivites for hydrogen and byproducts such as methane, ethylene and acetaldehyde were studied. It was found that lanthana alone possessed considerable activity for the ATRE reaction, which could be used as a functional support for ATRE catalysts. It was demonstrated that Ir/La2O3 prevented the formation of methane, and Rh/La2O3 encumbered the production of ethylene and acetaldehyde. ATRE reaction was carried out over La2O3-supported catalysts (Ir/La2O3) with good stability on stream, high conversion, and excellent hydrogen selectivity approaching thermodynamic limit under autothermal condition. Typically, 3.4 H2 molecules can be extracted from a pair of ethanol and water molecules over Ir(5wt%)/La2O3. The results presented in this paper indicate that Ir/La2O3 can be used as a promising catalyst for hydrogen production via ATRE reaction from renewable ethanol.     

贵金属助剂对费-托合成用钴基催化剂的促进作用

贵金属助剂促进的费-托合成用钴基催化剂具有高活性和长链烃(C₅⁺)选择性优越等特点,被广泛应用于由合成气制清洁燃料的合成反应中。 本文重点讨论了贵金属助剂对活性钴物种的结构（还原度、分散度、双金属颗粒或合金的构成）, 钴基催化剂稳定性以及其对费-托合成的反应速率和产物选择性的影响规律。