由沸石纳米粒子自组装制备具有高催化活性中心和水热稳定的新型介孔分子筛材料

 人们合成了一系列介孔分子筛材料，并发现它们在催化、吸附与分离以及化学组装制备先进材料和分子器件等方面具有很大的潜在应用价值．但是，介孔分子筛材料相对于微孔沸石分子筛存在着两个致命弱点：较低的水热稳定性和较不活泼的催化活性中心．这两个弱点大大地影响了介孔分子筛在催化反应中的广泛应用．本文系统地综述了最近几年利用沸石纳米粒子自组装制备具有高催化活性中心和水热稳定的介孔分子筛材料的研究进展．这包括利用硅铝沸石纳米粒子自组装制备具有强酸性和水热稳定的新型介孔硅铝分子筛材料，利用钛硅沸石纳米粒子自组装制备具有高催化氧化活性中心和水热稳定的新型钛硅介孔分子筛材料，以及利用含有不同杂原子的沸石纳米粒子自组装制备一系列水热稳定的新型介孔分子筛催化材料．     

沸石分子筛及其负载型催化剂去除VOCs研究进展

挥发性有机物（VOCs）的排放对自然环境、人类健康产生了严重危害,吸附法和催化氧化法是治理VOCs的有效方法.沸石分子筛含有丰富的微孔,比表面积大,且含有较多的酸位点,具有一定的催化活性,十分适合作为催化剂载体材料,被广泛应用于分离、吸附及催化等领域.本文综述了不同沸石分子筛吸附去除及沸石基负载型催化剂催化氧化去除烷烃、芳香烃、醛类、酮类、酸类、酯类、醇类及氯代烃等VOCs的研究进展.分析表明,沸石吸附剂的孔道结构、硅铝比、表面物理化学性质,VOCs种类、极性、亲水性,对沸石分子筛吸附性能影响较大;沸石载体表面酸碱度,催化剂活性组分种类、分散性,VOCs种类等是影响负载型催化剂催化活性的重要因素;沸石载体和活性组分之间存在协同作用,赋予了负载型催化剂优异的催化活性.沸石负载贵金属催化剂对各类VOCs的催化氧化性能优于沸石负载金属氧化物催化剂,但贵金属价格昂贵,成本较高,通过合理设计多组分金属氧化物催化剂,可显著提高负载型催化剂的催化活性.此外,本文对沸石分子筛及其负载型催化剂去除VOCs的未来研究方向进行了展望.     

分子筛结构设计及酸性调控在合成气催化转化中的应用研究进展

合成气催化转化是生物质或煤炭资源化清洁利用的重要路径,由此可获得烯烃和芳烃等多种高附加值碳氢化合物。分子筛由于具有独特的亚纳米孔道、可控活性位及分子择形性等优点,常被作为载体或直接作为活性组分用于催化合成气转化中C-C的形成和断裂等关键步骤。本综述总结了以分子筛负载金属、氧化物-分子筛(OX-ZEO)双功能以及核壳结构催化剂等直接催化转化合成气制备碳氢化合物的研究进展。重点介绍分子筛结构和酸性对反应路径和机理以及产物分布的影响,并展望分子筛催化合成气转化的未来发展方向。     

聚合物负载金属纳米粒子型核壳结构催化剂的研究

核壳结构聚合物负载型催化剂因其载体材料独特的结构、形貌和性质而具有优异的催化活性,成为了催化化学领域研究的热点。本文综述了聚合物负载金属纳米粒子型核壳结构催化剂,包括球形聚合物刷负载金属纳米粒子、聚合物中空微球负载金属纳米粒子、聚合物实心微球表面包覆金属纳米粒子等类型催化剂的制备及其相应的催化性能,强调了各类载体的组成和结构特点对催化活性及其稳定性的影响。最后总结了该类催化材料的优势和不足,并对其性能和应用进行了展望。     

水凝胶/金属纳米粒子复合物的制备及其在催化反应中的应用

金属纳米粒子的表面效应使其在有机催化方面具有广阔的应用前景,但由于金属纳米粒子易团聚而降低了其催化活性,解决金属纳米粒子的团聚问题具有重要的实际意义。水凝胶具有三维网状结构和大量的功能基团,可用于金属纳米粒子催化剂的制备,有利于金属纳米粒子的分散与固定以及提高金属粒子的回收率与重复使用性。本文主要综述了水凝胶（天然水凝胶与合成水凝胶）负载金属纳米粒子复合物的制备及其催化性能的研究,对影响复合催化剂性能的因素进行总结,最后对其存在的问题和将来可能的发展方向进行展望。     

过渡金属氧化物和金属负载型沸石催化剂上合成 纳米碳管及其表征

采用气相催化沉积法催化合成纳米碳管,比较了不同金属氧化物和金属负载型沸石催化剂以及不同分子筛载体对合成纳米碳管的影响,并用TEM,XRD表征其形貌和结晶度,用DTA-TG考察了纳米碳管的热和稳定性。实验结果表明纳米碳管的形成除了与金属种类有关外,还直接与催化剂的颗粒大小和分散状态有关。粒径在20nm左右的不规则形状的纳米粒子是形成纳米碳管的活性组分,非负载和负载型的催化剂均表明活性组分的粒径与纳米碳管的管径有一定的对应关系。化学提纯后能得到高纯度的纳米碳管;其管壁具有较好的石墨化结构,在空气中的热稳定性大于400℃,而在氮气中能维持到1200℃以上。     

金属纳米颗粒镶嵌于沸石晶体：设计与制备高效多相催化材料的新策略

本文简要综述了近年来金属纳米颗粒镶嵌于沸石晶体的合成路线,包括在沸石介孔结构中引入金属纳米颗粒、金属组分的前驱体加入到沸石合成体系中以及采用晶种导向合成或无溶剂合成,所制备的催化材料与传统催化剂相比,具有优异的金属纳米颗粒抗烧结性、长反应寿命和高催化活性与选择性,这是设计与制备高效多相催化材料的新策略.     

共价有机框架材料在多相催化领域的研究进展（英文）

共价有机框架(COFs)材料是近年来在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机多孔聚合物,是有机单体通过可逆共价键连接而形成的晶型多孔材料,具有拓扑结构"可设计"、比表面积大、结构规整、孔道均一、孔径可调节以及易于修饰和功能化等优点.与金属有机框架材料(MOFs)相比,由于COFs是以共价键连接形成空间网络结构,具有较好的热稳定性和化学稳定性,又被称为"有机分子筛".COFs的构筑单体为有机小分子,有机小分子来源广泛而且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.自2005年首次报道以来,COFs以其独特的结构和优越的性能,吸引了广大科研工作者的极大兴趣,对其结构设计、可控合成、结构解析以及功能探索成为了研究热点,在气体吸附与分离、光电材料等领域展现出了广阔的应用前景.特别是在催化领域,由于COFs材料的多孔性、敞开的孔道结构、良好的稳定性以及易于修饰的特点,采用COFs作为催化剂以及催化剂载体受到了人们普遍的关注.作为催化剂,COFs可分为本征型催化剂和负载型催化剂.本征型催化剂的设计方法是基于"自下而上"策略将催化活性中心嵌入材料骨架之中;负载型催化剂的设计方法是以COFs为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子来构建多相催化剂.本征型COFs催化剂是在分子水平上引入催化活性中心,具有活性位点均匀分散、数量可控的特点,而且COFs规整均一的孔道结构有利于底物的传质,也为择形催化提供了可能;负载型催化剂通过后修饰方式引入催化活性中心,由于COFs以共价键连接,催化剂稳定性较高.COFs载体具有较大的比表面积,使得催化活性位点分散性好,也有利于底物与催化活性位点的结合.本文综述了COFs作为多相催化剂在催化领域的发展状况,按照COFs引入催化活性位点的类别,如单催化位点、双催化位点以及负载的金属纳米粒子进行了细致的阐述,重点讨论了COFs催化剂的设计理念、制备方式、功能化策略、材料的稳定性、催化活性以及选择性等内容.此外,对COFs作为光催化剂以及电催化剂方面的研究也进行了详细的介绍.最后,我们讨论了COFs在未来催化领域所面临的问题及挑战,并展望了COFs在超分子催化以及酶催化等方面的应用前景.     

大晶粒ZSM-5分子筛的合成及其催化性能的研究

ZSM-5分子筛对许多正碳离于反应有优异的择形催化性能。近年来的研究表明,ZSM-5沸石的晶粒大小对其催化活性、选择性和稳定性有显著影响。如对甲苯歧化、甲苯与甲醇的甲基化反应,大晶粒ZSM-5分子筛对生成对二甲苯有较高的选择性。对于二甲笨液相异构化反应,小晶粒ZSM-5沸石具有较高的催化活性和选择性。我们用“直接法”合成了大晶粒(34×116μ)ZSM-5沸石分子筛,比较了不同晶粒大小ZSM-5分子筛催化剂在一些反应中的催化性能。大晶粒ZSM-5分子筛系不用有机胺,直接用水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成的。用光学显微镜、扫描电镜观察所得分子筛的晶粒外形和大小,取5—6个有代表性的晶粒计算其平均尺寸。用BET重量法测定分子筛对正己烷、环己烷和水的吸附量。用X—射线衍射分析样品的物相。在160—200℃温度范围内考察了晶化温度对晶粒大小的影响,所得结果如表1。     

二维分子筛的制备及其催化应用研究进展

沸石分子筛是一种具有独特孔道结构的硅铝酸盐晶体,因其具有较大的比表面积、优异的孔道择形性、良好的热稳定性以及适宜的酸性质等特点,被广泛应用于催化、吸附、分离等领域。与常规三维沸石分子筛相比,二维分子筛由于其独特的形貌结构带来的可调变的多级孔结构、适宜的表面酸性以及良好的扩散传质性能等优点,已在吸附和催化领域显示出巨大的应用潜力。本文系统总结了二维MFI、SAPO-34、MCM-n、Y型分子筛等的合成以及此类分子筛催化应用研究方面的最新进展。最后,对二维沸石分子筛材料的新合成方法及新应用领域进行了展望。     

磁性纳米粒子负载钯催化剂在C-C键偶联反应中的应用

磁性纳米粒子(MNPs)负载钯催化剂因具有高的催化活性及易于原位磁分离回收等优点而得到快速发展,成为一类具有广泛应用前景的纳米催化剂,在学术及工业领域均受到广泛的关注。 本文对近年来MNPs负载钯催化剂在Suzuki、Heck等C-C偶联反应中的应用研究进行简要阐述,并对其发展前景进行了展望。     

Graphene‐Supported Ultrafine Metal Nanoparticles Encapsulated by Mesoporous Silica: Robust Catalysts for Oxidation and Reduction Reactions

Graphene nanosheet‐supported ultrafine metal nanoparticles encapsulated by thin mesoporous SiO₂ layers were prepared and used as robust catalysts with high catalytic activity and excellent high‐temperature stability. The catalysts can be recycled and reused in many gas‐ and solution‐phase reactions, and their high catalytic activity can be fully recovered by high‐temperature regeneration, should they be deactivated by feedstock poisoning. In addition to the large surface area provided by the graphene support, the enhanced catalytic performance is also attributed to the mesoporous SiO₂ layers, which not only stabilize the ultrafine metal nanoparticles, but also prevent the aggregation of the graphene nanosheets. The synthetic strategy can be extended to other metals, such as Pd and Ru, for preparing robust catalysts for various reactions.     

Metal–Organic Framework (MOF)‐Derived Nanoporous Carbon Materials

Metal–organic framework (MOF)‐derived nanoporous carbon materials have attracted significant interest due to their advantages of controllable porosity, good thermal/chemical stability, high electrical conductivity, catalytic activity, easy modification with other elements and materials, etc. Thus, MOF‐derived carbons have been used in numerous applications, such as environmental remediations, energy storage systems (i.e. batteries, supercapacitors), and catalysts. To date, many strategies have been developed to enhance the properties and performance of MOF‐derived carbons. Herein, we introduce and summarize recent important approaches for advanced MOF‐derived carbon structures with a focus on precursor control, heteroatom doping, shape/orientation control, and hybridization with other functional materials.     

Pd@tetrahedral hollow magnetic nanoparticles coated with N‐doped porous carbon as an efficient catalyst for hydrogenation of nitroarenes

Hollow magnetic nanoparticles (MNPs) with tetrahedral morphology were synthesized and then covered by a shell prepared by coating with melamine–formaldehyde followed by the introduction of glucose‐derived carbon. Subsequently, Pd nanoparticles were immobilized and the core–shell nanocomposite was carbonized. The obtained magnetic catalyst was successfully applied for the hydrogenation of nitroarenes in aqueous media. To investigate the effects of the morphology of MNPs, the nature of carbon shell, and the order of incorporation of Pd nanoparticles, several control catalysts, including the MNPs with different morphologies (disc‐like and cylinder); MNPs coated with different shells (sole glucose‐derived carbon or melamine–formaldehyde carbon shell); and a nanocomposite, in which Pd was immobilized after carbonization, were prepared and examined as catalyst for the model reaction. To justify the observed different catalytic activities of the catalysts, their Pd loadings, leaching, and specific surface areas were compared. The results confirmed that tetrahedral MNPs coated with porous N‐rich carbon shell exhibited the best catalytic activity. The high catalytic activity of this catalyst was attributed to its high surface area and the interaction of N‐rich shell with Pd nanoparticles that led to the higher Pd loading and suppressed Pd leaching.     

纳米孔炭负载 MnOx 催化剂上苯甲醇氧化反应性能

 以纳米孔炭 (NC) 为载体, 采用浸渍法制备了一系列 MnOx/NC 催化剂, 并用于以空气为氧源的苯甲醇液相氧化反应. 通过 X 射线衍射、X 射线光电子能谱、N2 吸附-脱附和 H2-程序升温还原等手段对催化剂进行了表征, 考察了催化剂中 Mn 负载量和焙烧温度, 以及反应条件等对反应性能的影响. 结果表明, 10%MnOx/NC 催化剂的活性较高, 反应 4 h 后苯甲醇转化率可达 80.4%; 明显高于活性炭负载的 MnOx 催化剂. 这主要归因于其表面存在大量高分散、且易于还原的 Mn 物种.     

Nanostructured perovskite oxides as promising substitutes of noble metals catalysts for catalytic combustion of methane

In this review, we summarize the recent development of nanostructured perovskite oxide catalysts for methane combustion, and shed some light on the rational design of high efficient nanostructured perovskite catalysts via lattice oxygen activation, lattice oxygen mobility and materials morphology engineering.     

高效铂-纳米多孔金催化剂的设计和制备

使用去合金法制备了孔径和孔壁均匀的纳米多孔金(NPG)电极.研究发现NPG对甲酸、甲醛的氧化具有很高的电催化活性.如在NPG基体再沉积微量的铂,不仅明显改善了NPG的结构稳定性,而且由于Pt、Au两组分之间的协同效应而使该催化剂对有机小分子的电催化氧化具有比纯铂更高的催化活性和更强的抗催化毒物能力.     

Research Progress and Application of Single-Atom Catalysts: A Review

Due to excellent performance properties such as strong activity and high selectivity, single-atom catalysts have been widely used in various catalytic reactions. Exploring the application of single-atom catalysts and elucidating their reaction mechanism has become a hot area of research. This article first introduces the structure and characteristics of single-atom catalysts, and then reviews recent preparation methods, characterization techniques, and applications of single-atom catalysts, including their application potential in electrochemistry and photocatalytic reactions. Finally, application prospects and future development directions of single-atom catalysts are outlined.     

Hierarchical cobalt iron oxide nanoarrays as structured catalysts

Large-scale arrays of hierarchical cobalt iron oxide nanowires with preferentially exposed reactive crystal planes have been fabricated for use as structured catalysts, which showed high catalytic activity and excellent cycling stability.     

Hybrid magnetic materials (Fe3O4–κ-carrageenan) as catalysts for the Michael addition of aldehydes to nitroalkenes

Two hybrid magnetic materials have been prepared from κ-carrageenan and Fe₃O₄ nanoparticles and tested as catalysts for the Michael addition of aldehydes to nitroalkenes. Remarkably, the material prepared from unmodified κ-carrageenan showed catalytic activity in the reaction of choice, while the individual components were inactive. This points out to a synergistic effect between the MNPs and κ-carrageenan. The second catalyst, bearing a diphenylprolinol silyl ether moiety, was also shown to promote the reaction, giving rise to the corresponding adducts in excellent ees. After the reaction is complete, the catalysts can be conveniently retrieved by simple magnetic decantation.