CeO2(110)表面上CO氧化反应的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论系统研究了O2与CO在CeO2(110)表面的吸附反应行为. 研究表明, O2在洁净的CeO2(110)表面吸附热力学不利, 而在氧空位表面为强化学吸附, O2分子被活化, 可能是重要的氧化反应物种. CO在洁净的CeO2(110)表面有化学吸附与物理吸附两种构型, 前者形成二齿碳酸盐物种, 后者与表面仅存在弱的相互作用. 在氧空位表面, CO可分子吸附或形成碳酸盐物种, 相应吸附能均较低. 当表面氧空位吸附O2后(O2/Ov), CO可吸附生成碳酸盐或直接生成CO2, 与原位红外光谱结果相一致. 过渡态计算发现,O2/Ov/CeO2(110)表面的三齿碳酸盐物种经两齿、单齿过渡态脱附生成CO2. 利用扩展休克尔分子轨道理论分析了典型吸附构型的电子结构, 说明表面碳酸盐物种三个氧原子电子存在离域作用, 物理吸附的CO及生成的CO2电子结构与相应自由分子相似.     

CO和CH3O在Cu2O(111)表面吸附特性及共吸附的理论研究

基于密度泛函理论, 采用广义梯度近似方法结合周期平板模型, 对Cu₂O(111)非极性表面上CO和CH₃O的吸附和共吸附进行了系统的研究. 计算了CO以4种吸附模式和CH₃O以O端在Cu₂O(111)表面上的吸附, 通过对不同吸附位置的吸附能、几何构型参数和Mulliken电荷的计算和比较发现, Cu₂O(111)表面上配位未饱和铜离子(Cu_CUS)为CO的活性吸附位; 配位饱和铜离子(Cu_CSA)为CH₃O的活性吸附位. CO和CH₃O吸附于Cu₂O(111)表面后, 表面弛豫现象明显改善. CO和CH₃O与Cu₂O(111)表面能够形成共吸附体系, CO和CH₃O之间的相互作用力达到75.89 kJ/mol, 为典型的化学作用, 有助于促进CO和CH₃O反应形成表面物种CH₃OCO, 计算结果与实验事实一致.     

焙烧温度对Mn/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备10%Mn/Al_2O_3-TiO_2催化剂,借助TPO、XRD、O_2-TPD、Raman、XPS等手段,考察焙烧温度(450~650℃)对催化剂结构以及氧化NO性能的影响。TPO结果表明催化剂活性随焙烧温度的升高先增后减,其中焙烧温度为550℃时催化剂活性最好。XPS结果显示随着焙烧温度的升高(450~550℃),催化剂表面Mn~(3+)的含量逐渐升高,与催化剂活性的强弱成对应关系,并且催化剂晶格氧含量下降,而表面化学吸附氧从40.9%增加到64.8%。Raman分析显示550℃焙烧时,催化剂表面存在丰富的Mn_2O_3活性物种,并且O_2-TPD分析也表明随着焙烧温度的升高,晶格氧向表面化学吸附氧流动,提高了化学吸附态氧物种的含量。这些结果表明Mn_2O_3可能是NO氧化起主要作用的活性Mn物种,释放更多的表面化学吸附氧物种,将有助于促进NO的催化氧化。     

含Cu复合氧化物对NO和CO吸附和活化的TPSR研究

利用MS－TPD法并结合XRD、化学分析等对催化剂进行了表征，探讨了K2NiF4结构La2-x(Sr，Th)xCuO4±λ系催化剂中三个典型样品LaSrCuO4、La2CuO4和La1.7Th0．3CuO4对NO、CO及CO＋NO等小分子的吸附性能和活化规律。结果表明：NO吸附量的大小与催化剂中氧空位含量有关，吸附强度和脱附峰种类与金属离子氧化态有关。CO在氧缺陷复合氧化物催化剂上的吸附是首先变为碳酸根，并在高温以CO2物种脱出．在NO和CO的共吸附过程中，有关NO的吸、脱性能与单独NO－TPD中NO的吸脱附规律相似，表明NO在NO＋CO共吸附的竞争吸附过程中，优先吸附起决定作用，而受CO的影响较小．NO的吸附是NO活化分解的必要条件．     

CO在CeO2(111)表面的吸附与氧化

采用密度泛函理论计算了CO在CeO2(111)表面的吸附与氧化反应行为. 结果表明, O2在洁净的CeO2(111)表面为弱物理吸附, 而在氧空位表面是强化学吸附, 且O2分子活化程度较大, O—O键长为0.143 nm. CO在CeO2(111)表面吸附行为的研究表明, CO在洁净表面及氧空位表面上为物理吸附, 吸附能均小于0.42 eV; 当表面氧空位吸附O2后, CO可吸附生成二齿碳酸盐中间体或直接生成CO2, 与原位红外光谱结果相一致. 表面碳酸盐物种脱附生成CO2的能垒仅为0.28 eV. 计算结果表明, 当CeO2表面存在氧空位时, Hubbard参数U对CO吸附能有一定的影响. CeO2载体在氧化反应中可能的催化作用为, 在氧气氛下, CeO2表面氧空位吸附O2分子, 形成活性氧物种, 参与CO催化氧化反应.     

预吸附氧对NO在Pt(110)表面吸附和分解的影响

 利用程序升温反应谱、X射线光电子能谱和高分辨电子能量损失谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Pt(110)表面的吸附和分解. 在清洁的Pt(110)表面,室温下低覆盖度时NO以桥式吸附为主,高覆盖度时NO以线式吸附为主. 加热过程中部分NO(主要是桥式吸附物种)分解,生成N2和N2O. 室温下O2在Pt(110)表面发生解离吸附. Pt(110)表面预吸附氧会抑制桥式吸附NO的生成,并导致其脱附温度降低40 K. 降低脱附温度有利于桥式吸附NO的分子脱附,从而抑制分解反应. 这些结果从表面化学的角度合理地解释了铂催化剂在富氧条件下对NO分解能力的降低.     

二氧化碳在铜表面的吸附研究及其光致分解

使用X光电子能谱(XPS)及高分辨电子能量损失谱(HREELS)研究了二氧化碳在铜表面的吸附及其光化学反应.通过实验条件控制将物理吸附及化学吸附的二氧化碳吸附物种分别分离在规整铜表面及无序铜表面上,并使用193 nm激光对其照射研究其相应的光化学反应.结果表明只有化学吸附的二氧化碳物种在光诱导下发生了解理反应,而物理吸附的二氧化碳未发生反应.     

Au/CeO2-TiO2表面物种在还原和CO氧化过程中的变化

采用溶胶-凝胶法制备了CeO2-TiO2载体, 再用沉积沉淀法制备了Au/CeO2-TiO2催化剂. 利用原位漫反射红外(FT-IR), 程序升温还原(TPR)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附方法考察了催化剂的结构和表面性能. 结果表明, CeO2的存在有效抑制TiO2晶粒的长大, 增加TiO2的比表面积和晶格应变, 从而增强了Au和载体中TiO2的相互作用, 使得催化剂表面的氧化能力显著增强. 结合原位CO吸附的FT-IR结果表明, 不同温度的还原预处理能有效改变催化剂表面氧物种的组成, 并对不同氧物种在CO低温氧化过程中的作用进行了分析.     

ZrO2酸碱性质的TPD表征 II. NH3和CO2共吸附研究

用NH_3和CO_2双组分并吸附TPD-MS和IR技术对ZrO_2催化剂表面酸中心和碱中心的相互关系进行了表征. 先吸附NH_3（或CO_2）对在其后吸附的CO_2（或NH_3）不仅无阻碍，反而导致后吸附CO_2（或NH_3）在最高程脱峰温区（＞510 K）的脱附量增加．这种双组分并吸附效应在IR谱图上表现为NH_3共吸附诱发生成了一种新的CO_2吸附态，即在碱中心上形成单齿碳酸根物种．同时CO_2共吸附又强化NH_3与Zr~(4＋)（Lewis酸中心）的配位键合．这表明ZrO_2表面存在相互邻接的酸中心和碱中心，它们通过表面键诱导极化而令酸－碱相互作用加强．这类双组分共吸附效应可归结为表面键诱导酸－碱相互作用．     

H2,CO和H2/CO在ZrO2催化剂上吸附行为研究

用insituFTIR法研究了H₂、CO及CO/H₂在ZrO₂表面的吸附行为.结果表明,H₂在ZrO₂表面吸附存在两种形态的羟基(即ZrOH和ZrOHZr),吸附温度增加,羟基数量增加.CO在200℃易与ZrO₂表面羟基作用形成甲酸盐物种,吸附温度升高时,该物种逐渐分解生成CO和ZrOH.当CO和H₂共存时,表面甲酸盐的量明显增加,并随温度增加,逐渐加氢形成甲氧基,最后生成甲烷.甲氧基的加氢过程较慢,所需反应温度也较高,被认为是CO加氢合成醇的速控步骤.     

乙腈、苯基氰在Cu(111)与Pd(100)表面上的吸附与反应

用高分辨电子能量损失谱(HREELS~*)对CH_3CN(乙腈)及C_6H_5CN(苯基氰)在清洁与氧覆盖的Cu(111)及Pd(100)表面上的吸附及其反应进行了研究。从198 K时CH_3CN吸附在Cu(111)及Pd(100)表面上的高分辨电子能量损失谱(HREELS)中观察到v(C≡N)几乎消失, 并在195 meV处出现一个较弱的v(C=N)谱带, 表明CH_3CN在吸附过程中C≡N再杂化为C=N,C,N原子分别与金属表面原子键合并C=N平行于表面。从198 K时C_6H_5CN在Pd(100)及Cu(111)上的HREELS表明C_6H_5CN的环平面与CN平行于金属表面。在185K时C_6H_5CN在氧覆盖的Pd(100)表面上的HREELS与其在清洁表面上的相似。并未观察到覆盖氧增强了C_6H_5CN在Pd(100)上的吸附及其它效应。C_6H_5CN吸附在氧覆盖的Cu(111)表面上产生了C_6H_5CNO的特征谱带。     

Al2O3/Au(111)反相催化剂在CO氧化反应中界面作用的理论研究

氧化物负载的金催化剂具有温和条件下优异的CO催化氧化活性。实验与理论计算表明,金与氧化物两相界面在催化反应过程中具有重要地位。反相催化剂提供了全新的角度以探究界面的重要地位。本文以Au（111）表面负载Al₂O₃团簇为反相催化剂模型,基于密度泛函理论,对催化剂模型的构型、界面性质以及O₂、CO的吸附与氧化进行了理论计算与研究。理论计算表明：电荷的迁移增强了Al₂O₃小团簇在Au（111）表面的附着,在催化剂金表面与氧化铝的两相界面位置,Au原子与Al原子的协同作用使得氧分子易于在界面位置吸附,并因此高度活化。对催化CO氧化反应路径,分别计算了缔合机理和解离机理不同路径,从活化能分析表明缔合机理比解离机理更可能发生。本文的工作揭示了反相催化剂催化CO氧化的活性本质,表明两相界面在金催化CO氧化中具有重要作用。     

Calorimetric study of room temperature adsorption of N2O and CO on Cu(II)-exchanged ZSM5 zeolites

Copper ion-exchanged ZSM5 zeolites have been prepared with different cooper loadings from under- to over-exchanged levels. The adsorptions of N₂O and CO at 303 K have been studied using calorimetric method and infrared spectroscopy. The samples were additionally characterised by ammonia adsorption at 423 K. The active sites for both N₂O and CO are Cu(I) ions, which were formed as a result of pre-treatment in vacuum at 673 K.

Room temperature adsorption of nitrous oxide at low equilibrium pressures (up to 66.7 Pa) resulted in small amounts of chemisorbed N₂O (<0.2 molecule per one Cu ion). Differential heats of N₂O adsorption between 80 and 30 kJ/mol were obtained. Differential heats of CO adsorption between 140 and 40 kJ/mol were obtained. The obtained amounts of chemisorbed species in the investigated systems and the values of differential heats of both nitrous oxide and carbon monoxide demonstrate the dependence on the copper content.     

NO reduction and CO oxidation over Cu/Ce/Mg/Al mixed oxide catalyst in FCC operation

Simultaneous NO reduction and CO oxidation in the presence of O₂, H₂O and SO₂ over Cu/Mg/Al/O (Cu-cat), Ce/Mg/Al/O (Ce-cat) and Cu/Ce/Mg/Al/O (CuCe-cat) were studied. At low temperatures (<340 °C), the presence of O₂ or H₂O enhanced the activity of CuCe-cat for NO and CO conversions, but significantly suppressed the activity of Cu-cat and Ce-cat. At high temperature (720 °C), the presence of O₂ or H₂O had no adverse effect on the NO and CO conversions over these catalysts. The addition of SO₂ to NO+CO+O₂+H₂O system had no effect on the reaction of CO+O₂ over Cu-cat, but deactivated this catalyst for NO+CO and CO+H₂O reactions; over Ce-cat, all of these reactions of NO+CO,CO+O₂ and CO+H₂O were suppressed significantly; over CuCe-cat, NO+CO and CO+O₂ reactions were not affected while the reaction of CO+H₂O was slightly inhibited.     

IN situ Confocal Microprobe Raman Spectroscopic Studies on Defective La-based Complex Oxides

ＩＮｓｉｔｕＣｏｎｆｏｃａｌＭｉｃｒｏｐｒｏｂｅＲａｍａｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃＳｔｕｄｉｅｓｏｎＤｅｆｅｃｔｉｖｅＬａ－ｂａｓｅｄＣｏｍｐｌｅｘＯｘｉｄｅｓＣＨＥＮＤｕ－ｈｕｉ,ＣＡＩＪｕｎ－ｘｉｕ,ＬＩＡＯＹｕａｎ－ｙｉａｎ,ＷＡＮＨｕｉ－ｌ...     

一氧化碳在Ru/Al2O3上吸附态的相互转化和稳定性的研究

本文利用差分红外光谱方法研究了不同预处理条件下,CO在4% Ru/Al₂O₃上的吸附,以及H₂和CO在Ru/Al₂O₃上的共吸附。对CO在Ru上吸附态的红外光谱进行了归属,认为2070cm^-1-2060cm^-1的中频谱带是孪生CO吸附态的对称伸缩振动和线式CO吸附态的伸缩振动相叠合的谱带。讨论了表面碳(C_S)、表面氧(O_S)、表面氢(H_S)对CO吸附态的影响,认为CO在Ru上发生岐化反应形成的表面碳可使Ru=CO键加强,共吸附H₂可使Ru-CO键削弱。表面氧促使形成缺电子的中心,在此中心上生成CO孪生吸附态。CO的孪生吸附是活化吸附过程。     

The interaction of molecular oxygen with active sites of graphite: a theoretical study

The adsorption of molecular oxygen at defective edge sites of zigzag and armchair graphite surfaces has been investigated by adopting cluster models in conjunction with density functional theory. Several different types of chemisorbed O₂ species are identified. It was found that the defect edge sites exhibit the significant catalytic role toward the adsorption and activation of molecular oxygen. The O₂ molecule is not only able to strongly bind to these edge sites, but the O–O bond strength is obviously weakened. Moreover, the calculated adsorption energy for O₂ adsorbed on the clean graphite basal surface is fairly consistent with the weak interaction nature of O₂ with the surface observed in the experiment, indicating one-layer cluster model is an effective way to study O₂ adsorption on graphite surface in terms of accuracy and computational cost, which is in agreement with previous experience. Whereas, we note that the local detailed arrangement of edge carbon atoms can play an important effect on the adsorption of O₂ on defect surfaces.     

Effect of Cesium Modification on CuO/CeO2 Catalysts for the Catalytic Decomposition of N2O

A series of Cs-modified CuO/CeO2 mixed oxide catalysts was prepared for enhancing the stable activity of N2O decomposition.It was found that Cs modification promoted the catalytic performance of CuO/CeO2 catalysts significantly,The l%Cs-CuO/CeO2 catalyst exhibited the best activity,and the conversion of N2O reached 100%at 380℃ in the presence of 2% O2.The catalytic behaviors were investigated by means of XRD,N2 adsorption isotherms,XPS,H2-TPR(TPR:temperature-prograrmmed reduction),CO-IR,O2-TPD(TPD:temperature-programmed desorption)and diffused reflectance infrared Fourier transform spectorscopy(DRiFTs).The results revealed that Cs modification promoted the activity and the oxygen resistance by enhancing the desorption of surface oxygen species and increasing the content of Ce^3+.CO-DRIFTs revealed that Ce^3+could efficiently facilitate the regeneration of active Cu^+sites by an oxygen migration step.The possible reaction mechanism was also discussed.     

Pt（111）和Pt3Ni（111）表面上CO催化氧化反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论,对Pt(111)和Pt3Ni(111)表面上CO和O的单独吸附、共吸附以及CO的氧化反应进行了系统的研究. 结果表明, Pt3Ni(111)表面上CO的吸附弱于Pt(111)表面, O的吸附明显强于Pt(111)表面. 两个表面表现出相似的CO催化氧化活性. 表面Ni的存在不但稳定了O的吸附,同时也降低了过渡态O的能量.     

Ce含量对Ni-Ce/Al_2O_3催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响

以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了不同Ce含量的Ni-Ce/Al2O3催化剂,并考察了其浆态床CO甲烷化反应性能。借助XRD、BET、H2-TPR及CO-TPD等对催化剂进行了表征分析,研究了催化剂的微观结构与甲烷化性能之间的关系。结果表明,助剂Ce的引入能够加强Ni物种与载体之间的相互作用、增强活性组分Ni对CO的吸附能力。随着Ce含量的升高,Ni物种在载体表面的分散度提高、Ni晶粒粒径减小,催化剂的比表面积及与载体相互作用较强的β-NiO相对含量先升后降。催化剂的浆态床甲烷化活性随Ce含量的升高呈现规律性的变化,CO转化率和CH4时空收率先增加后略有下降,当Ce含量为4%(质量分数)时,催化剂甲烷化活性最佳。