非贵金属催化剂上CO氧化的研究与进展

非贵金属催化剂催化CO氧化反应研究,不仅拓展了非贵金属的应用,而且为探求可替代贵金属催化CO氧化反应的催化剂提供了新机遇,成为当前催化研究中的热点课题之一。本文综述了近年来铜、钴等非贵金属催化剂体系催化CO氧化反应的研究进展。     

非贵金属催化剂上CO氧化的研究与进展

非贵金属催化剂催化CO氧化反应研究,不仅拓展了非贵金属的应用,而且为探求可替代贵金属催化CO氧化反应的催化剂提供了新机遇,成为当前催化研究中的热点课题之一.本文综述了近年来铜、钴等非贵金属催化剂体系催化CO氧化反应的研究进展.     

Cu/SiO2气凝胶催化剂上CO的催化氧化性能

如何消除CO对环境造成的污染,是当前人们所关心的课题之一.催化氧化是消除CO的一种有效方法.常用的CO氧化催化剂多以贵金属为基础.目前,对非贵金属催化剂的研究也正在进行,其中,过渡金属Cu、Co、Fe等对CO的氧化有较好的催化作用.     

一氧化碳低温催化氧化

一氧化碳 (CO) 催化氧化反应因在实际生活中应用广泛而受到人们普遍关注,如激光器中微量CO的消除、封闭体系中CO的消除、汽车尾气净化以及质子交换膜燃料电池中少量CO的消除等。本文总结了近年来CO低温催化氧化研究进展,包括催化剂及其制备方法、CO氧化反应机理以及不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响。催化剂的制备方法主要包括传统浸渍法、共沉淀法、沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、离子交换法、化学气相沉积法、溶剂化金属原子浸渍法等。催化剂可分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂、以分子筛为载体的催化剂和合金催化剂等。CO氧化反应机理方面的相关报道较多,人们针对不同催化剂体系提出了各种假设。不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响主要分为H₂O、CO₂、H₂和其它气氛等4部分进行描述。最后对该领域的发展前景进行了展望。     

燃料电池中Pt基催化剂对CO的催化氧化

燃料电池具有燃料多样性、噪声低、对环境污染小等优势,近年来备受研究者关注。然而,电池中的贵金属催化剂极易被少量的CO毒化,成为制约其商业化的一大障碍。因此,设计出高性能的催化剂对于推动燃料电池的发展十分关键。本文综述了燃料电池中铂(Pt)基催化剂对CO催化氧化的研究现状,首先探讨了CO催化氧化机理以及CO在Pt金属表面化学吸附的机理,其次详细介绍了Pt负载型催化剂、双金属催化剂以及助催化剂在催化反应中的不同作用,然后简单分析了影响Pt基催化剂性能的其他因素。最后,对燃料电池中Pt基催化剂的研究方向作了进一步的展望,旨在为燃料电池中CO催化氧化的发展开拓新思路。     

贵金属单原子催化剂的制备及其在CO、VOCs完全氧化反应中的应用北大核心CSCD

为有效提高负载型催化剂中贵金属的原子利用效率,贵金属单原子催化剂逐渐成为一个研究热点和前沿课题.我们针对单原子催化剂在催化氧化领域中的应用,综述了几种贵金属单原子催化剂的典型制备方法,包括原子层沉积法、湿法化学法、光化学辅助法、热解法等,并讨论了上述方法的优缺点.此外,对比传统贵金属负载型催化剂,我们重点讨论了贵金属基单原子催化剂在CO催化氧化、挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化、催化机理等催化氧化过程中的最新研究进展,尤其是贵金属基单原子催化剂在低温低浓度催化氧化过程中表现出的优异催化活性、抗水性和抗毒性,表明该类催化剂具备极大的工业应用潜力.最后,进一步从大规模工业应用角度探讨了单原子催化剂目前面临的挑战和可能的解决办法,期望可以为应用于催化氧化过程的高效、稳定的单原子催化剂的设计提供思路.     

气相金属催化反应综述

金属催化剂在工业、环境、能源以及生物等过程具有重要的应用.设计具有特定活性、环境友好型以及室温下具有反应活性的催化剂,需要在分子水平对金属催化剂的基元步骤,活性位点的结构以及催化反应微观机理有充分的认识.然而,由于宏观催化剂表面结构异常复杂,催化反应常受到溶剂、压力、金属颗粒团聚、催化剂表面缺陷等因素的干扰,利用现有实验仪器,从微观角度探索金属催化反应机理仍具有较大挑战,因此,对金属催化剂活性位的结构以及反应微观机理的认识还不十分清楚.质谱方法结合现代量子化学理论计算,提供了在气相条件下实验探索化学反应微观机理的有力工具,团簇反应可在隔离外界条件、可控以及可重复条件下进行,可以排除一些难以控制因素的干扰,可在化学键和分子结构水平认识金属活性位的结构以及催化反应的微观机理.气相金属团簇离子可用多种实验方法制备,与反应物分子反应后可利用多种质谱仪器探测,根据实验上所得的具有反应活性的团簇,结合现代量子化学理论模拟,得到金属催化反应的基元步骤以及微观反应机理信息,所得反应机理信息为宏观催化剂的设计提供重要理论研究基础.本综述总结了团簇实验上已经探测到的金属单原子离子、金属团簇、金属氧化物团簇和金属化合物催化的气相反应.反应物分子囊括了大量的无机和有机分子,包括CO,H2,CH4,C2H2,C2H4,C6H6,CH3OH,HCOOH,CH3COOH等.本综述主要介绍了以下三类催化反应:(1)CO催化氧化;(2)CH4催化转化;(3)催化脱羧反应,并重点关注贵金属单原子掺杂团簇独特的催化反应性.单原子催化剂可最大限度地利用有限的贵金属.在化学反应方面,单原子催化剂具有特异的反应活性,选择性以及稳定性.本综述对气相团簇反应中报道的两个重要的贵金属单原子掺杂团簇的催化反应进行了详细介绍:(1)金原子掺杂的AuAl3O3-5+团簇为首次报道的可以利用分子氧催化氧化CO的团簇单原子催化剂,我们对Au原子起催化作用的本质原因进行了介绍:(2)铂原子掺杂的PtAl3O5-7-团簇能利用分子氧催化氧化CO,该研究提出了"电负性阶梯"效应来解释Pt原子催化的微观机理,且此效应有望对大部分贵金属适用.此外,本综述对CO催化氧化反应和CH4催化转化反应的研究现状以及尚未解决的问题进行了剖析.相比CO的催化氧化反应,科学家对CH4催化转化反应机理的认识还不够深入,还需要进一步实验研究,而团簇单原子催化剂有望在此领域有所突破.     

非贵金属催化剂在羟甲基糠醛电氧化增值中的应用

羟甲基糠醛是呋喃类化合物,具有价格低廉及来源广泛的优点,可作为平台化合物用于制备其它高附加值产品.传统的热催化氧化增值方法需要高温、高压及贵金属催化剂,造成经济效益的下降.而电氧化方法不需要高温、高压条件;同时,通过对电催化剂的合理设计,非贵金属催化剂表面的羟甲基糠醛选择性转化已经得以实现,从而避免使用大量贵金属.因此,通过电氧化方法对羟甲基糠醛平台化合物进行高附加值转化受到了广泛关注.在羟甲基糠醛氧化的多种产物中,羟基和醛基被全部氧化为羧基的产物——2,5-呋喃二甲酸,被美国能源部列为“最具有价值的12种生物质衍生化学品”之一.鉴于此,本文介绍了羟甲基糠醛电氧化增值生产2,5-呋喃二甲酸的重要研究价值及相关非贵金属电催化剂的最新进展,并对催化羟甲基糠醛电氧化反应的非贵金属催化剂的发展前景进行了展望.     

甲醛氧化催化剂及反应机理

甲醛具有致畸和致癌性,是主要的室内污染物。催化氧化法甲醛转化效率高,没有二次污染,相关研究日益受到关注。本文详细介绍了贵金属和非贵金属两类主要的甲醛氧化催化剂,探讨了活性组分、载体、催化剂助剂等催化剂组成对于其理化性质和反应性能的影响规律,讨论了制备方法、反应物中的水含量等因素对于催化反应的影响,分析了催化剂失活的主要因素。研究表明,催化剂表面活性氧、表面羟基、氧空位数量以及对反应物的吸脱附和存储能力是影响催化活性的关键因素。贵金属催化剂,特别是Pt催化剂具有较好的催化性能,可在较低温度实现甲醛充分转化;非贵金属催化剂具有可变价态,通过催化剂的合理设计可以具有足够的催化活性,其原料资源丰富,价廉易得,应用前景广阔。     

助剂改性对贵金属催化剂CO选择氧化活性中心的影响*

本文综述了近年来关于助剂改性对贵金属催化剂活性中心的构建及其对一氧化碳 PROX反应催化性能影响的最新研究进展。详尽的比较了碱（土）金属、过渡金属以及稀土氧化物对Au催化剂和Pt催化剂的影响,此外,还对CO氧化反应的机理、负载型贵催化剂在不同反应过程和存储条件下的失活原因进行了讨论。最后,提出了一些尚未解决或者仍需进一步研究的问题,并展望了CO选择氧化催化剂的研究和发展方向。     

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.     

Property and structure of various platinum catalysts for low-temperature carbon monoxide oxidations

The oxidation of carbon monoxide (CO) has received more attention in the last two to three decades owing to its importance in different fields. To control this CO pollution, catalytic converters have been investigated. Different types of catalysts have been used in a catalytic converter for CO emission control purposes. Platinum (Pt)-based noble metal catalysts show great potential for CO oxidation in catalytic converters with high thermal stability and tailoring flexibility. Pt metal catalysts modified with promoters such as alkali metals and reducible metal oxides have received great attention for their superior catalytic activities in CO oxidation. Temperature, close environment of the catalyst, and chemical composition in the surface layer of the catalyst have a huge effect on the active phase dispersion and O₂ adsorption capacity of the Pt metal catalysts. The main difference in activities of Pt metal catalyst for CO oxidation in O₂ or H₂ atmosphere has found. The addition of supports in Pt metal catalysts has improved their performances and reduced their cost. These improvement strongly depends on the surface structure, morphology, number of active sites, and various Pt-O interactions. Many research articles have already been published in CO oxidation over Pt metal catalysts, but no review article dedicated to CO oxidation is available in the literature.     

CO催化氧化用纳米材料及其最新研究成果

当前,环境问题和能源危机已经威胁到人类的健康和生存。用于环境治理和化学能源合成新概念的纳米催化材料越来越受到人们的关注。催化作为一个特殊的纳米现象,是纳米材料应用领域的一个重要方向,在环境净化、能量转化和新化学品的生产等方面具有广泛的应用前景。早期的一氧化碳(CO)催化氧化研究主要集中在催化剂的制备方法以及制备条件对催化反应的影响等方面。本文针对CO催化氧化这一基础课题,以影响CO催化氧化的关键因素(如金属颗粒的大小,金属与载体之间的相互作用以及载体本身的作用等)为主线,简要概述了近年来CO催化氧化的催化机理及相关催化剂的最新研究进展。同时,结合我们课题组的一些最新研究结果,进一步指出了纳米材料在CO催化氧化方面还存在的一些值得关注的问题,并对未来CO氧化催化剂的研究做出展望,提出一些可行的研究方向。     

纳米金催化剂上CO低（常）温氧化的研究

金历来被认为是催化惰性的,但近年来有关金催化剂的研究与开发引起人们的兴趣与关注。负载纳米金催化剂显示了良好的催化性能,尤其对一氧化碳氧化反应,能够在低（常）温下将CO氧化为CO₂。和其他CO氧化催化剂相比,金催化剂具有高的催化活性、稳定性和抗潮湿的性能,预示着更加广泛的应用前景。本文从制备方法、载体的性质、微粒粒径的大小、预处理、活性机理和催化反应机理等方面进行综合与评述。     

Ir/CeO2催化剂的表征和CO氧化性能

采用浸渍法制备了Ir/CeO2催化剂,考察了催化剂的CO氧化活性。随着Ir负载量的增加,Ir/CeO2催化剂的CO氧化活性先上升后下降,当Ir的负载量为1%时,催化剂的活性最高。Ir/CeO2催化剂中Ir以IrO2的形式存在,当低负载量(≤1%)时以高分散形式存在;高负载量(>1%)时以晶相IrO2的形式存在。随着Ir负载量增加,Ir粒子逐渐变大,反应比速率和反应转换频率(TOF)逐渐下降,表明小粒子上具有更高的CO反应活性。同时也发现金属态Ir催化剂的CO氧化活性高于氧化态IrOx催化剂。     

CO Oxidation Activity and Characterization of Ag-Mn、Ag-Ce and Ag-Cu Mixed Oxide Catalysts

Catalytic oxidation is an efficient way to convert CO to CO₂ at low temperature. Precious metal catalysts such as Ft and Pd have been demonstrated to be very effective^[1]. However, attention has also been given to base metals due to the limited availability of precious metals. As a single component base metal catalyst cannot rival a precious metal catalyst, improvement in its activity has been attempted by combining several elements^[2,3]. In the present work, we studied redox and structure of Ag-M(M=Mn、Ce and Cu) catalysts to gain some evidence of the synergism between Ag and base metals, and investigated their catalytic activities.     

Cooperative Catalysis for Selective Alcohol Oxidation with Molecular Oxygen

The activation of dioxygen for selective oxidation of organic molecules is a major catalytic challenge. Inspired by the activity of nitrogen‐doped carbons in electrocatalytic oxygen reduction, we combined such a carbon with metal‐oxide catalysts to yield cooperative catalysts. These simple materials boost the catalytic oxidation of several alcohols, using molecular oxygen at atmospheric pressure and low temperature (80 °C). Cobalt and copper oxide demonstrate the highest activities. The high activity and selectivity of these catalysts arises from the cooperative action of their components, as proven by various control experiments and spectroscopic techniques. We propose that the reaction should not be viewed as occurring at an ‘active site’, but rather at an ‘active doughnut’–the volume surrounding the base of a carbon‐supported metal‐oxide particle.     

Metal–Support Cooperative Catalysts for Environmentally Benign Molecular Transformations

Metal–support cooperative catalysts have been developed for sustainable and environmentally benign molecular transformations. The active metal centers and supports in these catalysts could cooperatively activate substrates, resulting in high catalytic performance for liquid‐phase reactions under mild conditions. These catalysts involved hydrotalcite‐supported gold and silver nanoparticles with high catalytic activity for organic reactions such as aerobic oxidation, oxidative carbonylation, and chemoselective reduction of epoxides to alkenes and nitrostyrenes to aminostyrenes using alcohols and CO/H₂O as reducing reagents. This high catalytic performance was due to cooperative catalysis between the metal nanoparticles and basic sites of the hydrotalcite support. To increase the metal–support cooperative effect, core–shell nanostructured catalysts consisting of gold or silver nanoparticles in the core and ceria supports in the shell were designed. These core–shell nanocomposite catalysts were effective for the chemoselective hydrogenation of nitrostyrenes to aminostyrenes, unsaturated aldehydes to allyl alcohols, and alkynes to alkenes using H₂ as a clean reductant. In addition, these solid catalysts could be recovered easily from the reaction mixture by simple filtration, and were reusable with high catalytic activity.     

Oxidation of Carbon Monoxide over Cu/CeO_2 Catalysts Prepared by SMAI

Introduction Carbon monoxide is ubiquitous air pollutants emitted by many sources. Total oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide is employed to meet environmental regulations in an economic way. Precious metals (Pt, Pd) are well-known oxidation catalysts with high activity and stability, and are widely used for exhaust gas emission control. However, the high cost of precious metals and their sensitivity to sulfur poisoning have long motivated the search for substitute catalysts. …