热催化合成氨催化剂研究进展

氨不仅是一种重要的化工原料,还是一种潜在的储氢能源载体.传统的Haber-Bosch合成氨工艺通常需要较高的温度和压力来解离强的N ≡ N键(945 kJ·mol-1).因此,开发在温和条件下使用的高效合成氨催化剂引起了广泛关注.本文综述了负载型钌基催化剂、金属间化合物、金属氮化物和金属氢化物在温和条件下合成氨的研究进...     

低功率微波等离子体合成氨的研究

在本文中,我们进行了在减压和室温条件下,由氢气和氮气为原料用微波等离子体合成氨的研究,做了一系列条件实验,并对合成氨的反应机理作了初步的探讨.     

松树排放丙酮的定量化方法

在流动式反应箱中对松树(pinus sylvestris)的丙酮排放进行了测定. 在光强一定的条件下, 丙酮排放速率随叶面温度指数上升, 而在叶面温度一定时, 丙酮排放速率随光强的增加而增加, 松树在黑暗条件下也排放丙酮. 松树释放的丙酮在其暴露于¹³CO₂ 的同时即被¹³C标记, 但计算显示只有不到20%的丙酮是被标记的分子. 松树排放丙酮可能是温度控制过程和光强控制过程同时贡献的结果, 据此提出参数化方程对丙酮排放速率的短期变化进行模拟.     

打破合成氨反应中线性标度关系的碗型活性位点设计:来自LaRuSi及其同构电子化物的启示（英文）

合成氨反应是现代工业和农业中提供所需氮源的关键基础化学过程,但在温和条件下实现低能耗、高效率合成氨反应的多相催化剂设计依然是一个挑战.其中,一个普适的限制起源于线性标度关系,即合成氨反应中的一系列含氮物种在催化剂表面的吸附能构成正相关的线性关系,这使得同时提高催化剂活化N2与释放NH3的能力形成矛盾,最终导致最优的催化剂设计需要采用折衷办法,即:最优催化剂对含氮物种的吸附既不能太强也不能太弱,这正是Sabatier原则.因此,线性标度关系导致了催化剂设计中的火山型曲线,其顶点限制了最优催化剂的性能.如果想进一步优化催化剂性能,超越该限制,需要设计能打破合成氨反应中线性标度关系的多相催化剂活性位点.基于电子化物LaRuSi催化合成氨反应机理的理论研究,本文揭示了一种能打破合成氨反应中线性标度关系的碗型活性中心设计.采用第一性原理计算,首先确认了LaRuSi催化剂最稳定的(001)-La表面可高效催化合成氨反应,其最优反应路径为解离机理.通过理论分析发现,(001)-La表面上的碗型活性位点在高效催化中起到了关键作用.该碗型活性位点由四个带正电的表面La离子和一个在催化过程中可变正负电荷的...     

电化学合成氨研究进展

氨是化学工业中最高产量的化学品之一,在全球经济中占重要地位.传统的合成氨工艺是Haber-Bosch法,该方法具有工作压力高、能耗高、转化率低以及CO_2排放量大等缺点.氮气电化学还原合成氨可以在常压条件下进行,并可由可再生电力提供动力,被认为是最有希望的Haber-Bosch工艺替代方法之一.本文概述了高温(t500℃)、中温(100℃t500℃)和低温(t100℃)下电化学合成氨的研究工作进展,并对电化学合成氨的发展趋势进行了预测.     

基于氢源和氮源的电化学合成氨研究进展

电化学合成氨是未来绿色合成氨工业的可选途径,可在室温常压下进行,近年来成为热门研究领域.从氢源和氮源角度看电化学合成氨,综述了电化学合成氨的研究发展概况.简要地介绍了电化学氮还原合成氨的机理,回顾了不同氢源、不同氮源、不同催化剂以及不同电解质体系下的电化学合成氨的性能,展望了该领域未来的研究发展.     

基于BiOCl-Fe2O3@TiO2介孔复合材料的光电化学合成氨性能研究

传统合成氨工艺存在能耗高、污染严重的问题. 因此, 高效、低能耗绿色合成氨工艺的开发迫在眉睫. 光电化学以H₂O和N₂为原料, 可以在太阳光驱动下, 在常温常压条件下实现氨的合成, 因而受到广泛重视. 但总的来说, 效率和产率都达不到实际要求. 新型高效催化剂及工艺的开发是提高合成氨产率及效率的关键. 非贵金属催化剂具备成本低、来源广泛、可操作性强的优势, 有利于光电化学合成氨的产业化. 本实验采用溶胶凝胶结合原位热裂解的方法制备了分散性好、结构均匀的BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂复合材料, 对其物相、微观结构、表面状态、光学性能、电学性能等方面进行了系统表征, 并探究了该材料在常温常压下光电化学合成氨的催化活性. 结果表明, 同纯介孔TiO₂相比_, BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂的吸收带隙变窄, 可见光吸收能力增强, 光生载流子的利用率增加, 光电合成氨的产率提升了7倍, 且BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂显示了优异的化学稳定性. 本研究工作为绿色合成氨催化材料及工艺设计提供了新思路.     

环境条件下电催化氮还原的现状、挑战与展望

氨是一种重要的化肥生产原料和清洁能源载体,在工业上主要通过哈伯法合成,但该工艺反应条件苛刻,需要高温高压并消耗大量的化石能源.因此,开发能耗低、反应温和的合成氨方法,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义.近年来,在温和条件下通过电催化氮还原反应(NRR)合成氨有望替代哈伯法,但该技术的重点在于设计合理的电催化...     

氧官能团MXenes用于电催化合成氨的理论筛选（英文）

电催化合成氨技术以绿色可再生的电能为驱动力,通过在室温条件下改变外加电压来克服速控步能垒,被认为是一种取代哈伯工艺的潜在选择.然而,该技术存在法拉第效率较低、氨气产率不高等问题.因此,设计高效的电合成氨催化剂是目前亟待解决的关键问题.氧官能团的二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)由于具有独特的几何结构、高导电性和表面易调变等特点,在全水解、碳转化、氧还原或固氮等电催化过程中应用十分广泛.其中,表面氧官能团不饱和覆盖的MXenes材料的电催化合成氨性能较好,这是因为适量的氧空位能够调节活性中心的电荷分布,从而优化关键中间体的结合强度;同时,氧空位的存在为反应提供了足够的活性位点.然而,氧官能团MXenes家族庞大,种类众多,如何从中筛选出合适的合成氨电催化剂尚且缺乏理论指导.本文设计了一系列氧官能团的二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)作为合成氨电催化剂,并通过密度泛函理论从稳定性、选择性和活性角度出发提出了一套较完善的筛选流程.以纯MXenes表面覆盖17/18氧官能团所需的极限电位来判断氧官能团MXenes的稳定性.通过对催化剂上氮气分子和氢原子的吸附行为进行比较来证明其...     

SmCo_(0.8)Fe_(0.2-x)Ni_xO_3(x=0,0.1,0.2)粉体在低温常压电化学合成氨中的阴极催化性能

用溶胶.凝胶法制备了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)(SDC)、SmCoO_3(SCO)和SmCo_(0.8)Fe_(0.2-x)Ni_xO_3(x=0,0.1,0.2)(SCFN)系列纳米粉体,用XRD、TEM等方法对所制的SCO和SCFN粉体进行了表征;以碳纸为支撑,Ni-SDC粉体为阳极材料,分别以SCO和SCFN系列粉体为阴极、Nafion膜为质子交换膜组成电化学合成氨电池,以湿氢气和湿氮气为原料进行电化学合成氨试验,在低温常压条件下,研究了SCO和SCFN系列粉体在电化学合成氨中的阴极电催化性能.结果表明,在低温常压电化学合成氨中,SCO和SCFN系列粉体均有阴极电催化性能,其中SmCo_(0.8)Fe_(0.1)Ni_(0.1)O_3的阴极电催化性能最好,在353K和0.5V条件下,电化学合成氨的速率达到8.01 ×10~(-9)mol/(s·cm~2).     

固氮酶与化学模拟生物固氮

我们都知道,由H2和N2合成氨需要高温、高压和催化剂。可是自然界进化出一种完全不同的不需高温、高压的更加精巧的合成路线,这就是通过固氮酶的生物固氮过程。该过程的特征,也是最诱人的地方是该合成反应可以在常温、常压的温和条件下进行。固氮酶只有在无氧条件下才能催化这种氧化一还原反应。     

熔铁催化剂的还原对其表面结构的影响

熔铁催化剂是工业上很重要的催化剂,它不仅在合成氨工业中已广泛采用,并且在近年来,在水煤气合成中应用熔铁催化剂的研究工作也已有了很大的发展.无论在合成氨或是合成油的过程中,催化剂的还原都被认为是关键性的步骤.这不仅因为还原是使金属氧化物还原成金属,因而产生活性,并且还原的条件也影响到催化剂的活性表面的性质,如结晶大小、     

化学链合成氨研究进展

氨不仅是氮肥的主要原料,近年来亦被认为是一种具有重要应用前景的"能源载体".现有的Haber-Bosch合成氨工艺是一严重依赖化石能源、高能耗、高碳排放的过程.开发可再生能源驱动的新型"绿色"合成氨过程是实现人类社会可持续发展的重要课题.将合成氨反应解耦为两个或多个分步反应,即化学链合成氨过程,具有易与可再生能源耦合、常压操作、规避反应物竞争吸附等特点,越来越受到业界的关注.本综述阐述了化学链合成氨的发展历史及近期研究进展,重点总结了载氮体材料的研发现状,并对高效载氮体的设计筛选以及化学链合成氨研究所面临的挑战进行了分析和探讨.     

二茂铁-活性炭-钾合成氨催化剂的穆斯堡尔谱学研究

中国科学院植物研究所研制的以活性炭为载体的二茂铁-钾合成氨催化剂在温度350℃、压力150公斤、空速15000/小时,这种较为温和条件下,50小时平均出口氨值达18.9％,大大超过了现有工业熔铁催化剂的活性水平。为了对此新型催化剂的活性相存     

不同氮源用于电催化合成氨的研究进展

氨是化肥生产和化学工业的重要原料,也是良好的无碳储能燃料.相比于工业应用上能耗大、转化率低的哈勃博施(Haber-Bosch)法,电催化合成氨的方法能够在温和条件下绿色高效地合成氨.本文综合评述了以氮气、硝酸根和一氧化氮作为不同氮源时电催化合成氨的反应机理,并结合不同氮源的特点分析了各自的研究进展与优势,分别讨论了氮气难以溶解在水中被吸附和活化、硝酸盐还原元素价态跨度大难以控制中间体和反应路径及一氧化氮体系复杂、水溶液中析氢副反应难以控制等问题,总结了运用不同策略开发高活性、高稳定性催化剂以提高反应效率和选择性、优化反应装置以减小传质影响、选用不同电解质体系改善反应过程等解决思路.最后,对不同氮源电催化合成氨的未来发展趋势和应用前景进行了展望.     

基于水滑石衍生钌催化剂光驱动合成氨的研究

通过在还原性气氛中煅烧钌基水滑石前驱体,制备了高度分散于金属氧化物纳米片上的钌纳米颗粒(Mg Al Ru-500R).利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见-近红外漫反射光谱(UV-Vis-NIR DRS)对Mg Al Ru-500R的晶体结构、形貌、元素组成和光学特性进行分析表征.基于流动相反应体系研究了Mg Al Ru-500R催化剂在常压条件下的光热催化合成氨性能.结果表明,Mg Al Ru-500R可以仅依靠光照升温至300℃以上,并驱动光热催化合成氨反应.在380℃下,Mg Al Ru-500R光热催化合成氨速率高达3.0 mmol·g^?1·h^?1,显著高于相同温度下的热催化合成氨速率(1.5 mmol·g^?1·h^?1).动力学分析(包括表观活化能和动力学反应级数的测定)结果表明,优异的光热催化合成氨活性是因为光激发加速了N₂解离,进而降低了反应活化能.     

Influence of preparation conditions on the performance of Ni-CaO-ZrO2 catalysts in the tri-reforming of methane

在不同条件下采用并流共沉淀法制备了Ni-CaO-ZrO2催化剂,并将其用于CH4的三重整反应过程.以CH4的转化率和催化剂稳定性为指标,研究了催化剂制备过程中各工艺参数对其催化性能的影响.结果表明,催化剂的最佳制备条件为:焙烧温度973K、前驱体沉淀pH=10～12、回流时间24h.在该条件下得到的催化剂具有适宜的比表面积和Ni-ZrO2相互作用,在常压、973K的反应条件下CH4的转化率能够达到70％,具有较高的催化活性和稳定性.     

钯基三效催化剂在实际排气体系中的应用性研究

将实验室制备的钯基三效催化剂在工厂实际条件下放大,制备了钯基三元催化净化器.分别考察了其在实验室配气条件下催化活性,及按照国家催化转化器认定技术条件进行的发动机老化及工况法排放性能.所制备的净化器具有等同于传统Pt/Pd/Rh或Pt/Rh催化剂的催化性能.     

利用Nafion膜和SFCN在低温常压下电化学合成氨

用溶胶-凝胶法制备了Ce0.8Sm0.2O2δ（SDC）和SmFe0.7Cu0.3-xNixO3（x=0,0.1,0.2,0.3）（SFCN）系列超细粉体,用XRD、TEM和SEM等方法对其进行了表征.分别将NiO-SDC和SFCN系列超细粉体干压成片并烧结成陶瓷,以SFCN系列陶瓷片为阴极,Nafion膜为电解质,NiO-SDC还原后得到的Ni-SDC金属陶瓷为阳极,银-铂网为集流体组成单电池,在低温常压下研究了其在电化学合成氨中的性能.结果表明：在25-100℃和施加电压的条件下,使用SFCN系列陶瓷片为阴极时均有氨气在阴极生成,其中SmFe0.7Cu0.1Ni0.2O3作阴极时电化学合成氨的性能最佳,在80℃时氨的合成速率为1.13×10^-8mol·s^-1·cm^-2,其电流效率为90.4%.     

电子授受型络合物合成氨催化剂的研究Ⅰ.Fe-K-C(G)催化体系的活性考察

本文报道了用两种铁化合物制备的温和条件下合成氨的EDA型催化剂。得到了活性较高的FeCp_2-K-C催化体系。常压下,350℃,1000小时~(-1)时出口氨浓度可达0.70％,接近热力学平衡值(0.838％)。加压下,150公斤/厘米~2,350℃,15000小时~(-1)时出口氨浓度可达12.5％。考察了影响催化活性的几种因素并进行了讨论。