Pt-CeOx/CNxNT催化剂的高稳定性和高效氧还原性能

通过简便的方法合成出了Pt-CeO_x/CN_xNT催化剂。该催化剂以聚吡咯纳米管碳化后的含氮碳纳米管作为载体,以氧化铈作为助催化剂。实验表明,由于二氧化铈的储氧性能,也由于CN_xNT载体中氮元素的促进作用和其本身独特的一维中空结构,Pt-CeO_x/CN_xNT催化剂的氧还原性能明显高于商业Pt/C。而催化剂优秀的稳定性则源于二氧化铈对Pt纳米颗粒和载体的保护作用。     

通过Pt-载体作用制备高热稳定的CH4重整催化剂

使用三效催化剂是国六天然气车(NGVs)尾气实现高效净化的有效手段，增强甲烷(CH₄)重整反应是提高三效催化剂对CH₄转化活性的有利途径之一。国六天然气车排放法规对催化剂的耐久里程提出了更高的要求，这就要求该CH₄重整催化剂必须具有优异的热稳定性。本文分别以铈锆复合物、二氧化铈(CeO₂)和二氧化锆(ZrO₂)为载体，通过不同的金属-载体相互作用制备三种热稳定性不同的Pt催化剂。结果显示，以CeO₂为载体制备的Pt催化剂对CH₄蒸气重整反应显示出优异的活性和热稳定性，这是由于Pt与CeO₂发生强相互作用，老化过程中Pt发生再分散，最终Pt在CeO₂表面生成热力学稳定的Pt²⁺,因此老化后Pt还能保持较高的分散性。以铈锆复合物为载体制备的Pt催化剂，由于电子转移生成以PtO₂为主的铂物种，经老化后发生一定程度的分解和团聚，Pt分散度下降，活性降低。而...     

铈基催化剂在挥发性有机物催化燃烧治理中的研究进展

铈基催化剂由于其特殊的氧化还原性能在催化反应中得到了广泛应用,在非均相催化反应中其表面性质尤为重要.二氧化铈晶格中的氧缺陷对表面催化反应起着非常重要的作用,而二氧化铈可以有效调节催化剂表面酸碱性,修饰催化活性中心的结构,提高催化剂的储放氧能力,增强其结构稳定性和提高活性组分的分散度等.我们分别从二氧化铈催化剂的制备方法...     

CeO_2/Pt(111)反向催化剂结构和活性的密度泛函理论研究（英文）

铈基材料因其独特的Ce~(4+)/Ce~(3+)转化性质而广泛运用于非均相催化反应中.尽管在实验和理论上对纯净二氧化铈表面的物理和/或化学性质进行了深入研究,但是与二氧化铈有关的界面结构和反应性能引起了人们的极大兴趣.其中,已有报道表明,氧化铈/金属反向催化剂相较于氧化铈、金属或者金属/氧化铈负载材料能明显提高CO催化氧化和水汽转化等反应活性.然而多数前期研究并没有从理论上给出合理解释,同时也并未说明反向催化剂中氧化铈结构(层数)和性质的关系.可以预见,因受到金属基板的影响,二氧化铈表面的物化性质,如氧空位形成能、电子分布、催化活性等必然会发生变化.本文通过库伦作用校正的密度泛函理论(DFT+U)计算,系统地研究了不同厚度的Ce O_2/Pt(111)反向催化剂几何结构和电子性质,催化CO氧化的性能.本文首先在Pt(111)载体上明确了单层Ce O_2(111)的最佳结构,然后研究随着二氧化铈厚度增加,各复合结构界面热力学稳定性、几何结构和电荷性质的变化.计算结果表明:首先,单层Ce O_2/Pt(111)比双层和三层Ce O_2/Pt(111)复合结构在界面处表现出更强的相互作用,并且其强度与界面结合结构密切相关,如界面O–Pt键的数量及其长度等;其次,氧化铈板层和Pt基板之间的接触会显著影响界面处一个氧化铈层和两个金属层内的电子分布,使氧化铈外暴露表面的氧空位形成能降低～0.3 e V,而界面氧空位形成能则显著降低1.3?1.8 e V,并且当表面上沉积≥2个氧化铈层时,氧化铈/铂复合材料的物理性能会趋向收敛;最后,通过计算单层Ce O_2/Pt(111),单层Ce O_2和模拟体相结构的三层Ce O_2(111)表面上的CO氧化过程,结果表明三者均遵循Mvk机理,并且关键步骤OC…O_s偶联的反应能垒分别是0.45,0.33和0.61 e V,表明三者的活性趋势为ML Ce O_2ML Ce O_2/Pt(111)TL Ce O_2(111).综合考虑到单层Ce O_2/Pt(111)界面处适度的二氧化铈-铂相互作用,一方面可以极大提高复合材料热力学稳定性,另一方面还成功保留了单层二氧化铈的优异催化活性,因此单层Ce O_2/Pt(111)复合材料从理论上认为是一种优异的CO氧化催化剂.     

CeO2的富氧性能对质子交换膜燃料电池阴极的影响

应用溶胶法和浸渍法向质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂添加CeO2,透射电子显微镜(TEM)分析和循环伏安测试表明:对由上述两种方法制备的各含5%CeO2的Pt/C催化剂,其粒径、形态分布以及CeO2在催化剂表面的覆盖度都不相同.单电池测试结果发现,二氧化铈的富氧作用表现明显,在以溶胶法制得的CeO2-Pt/C催化剂中,3%CeO2含量的催化剂呈现最佳的性能,而由浸渍法制得的CeO2-Pt/C,则以1%CeO2含量的性能最好,但对比之下,不如溶胶法制备的含3%CeO2的催化剂.     

层级多孔碳载铂催化剂的制备及可达性

层级多孔碳作为氧还原铂基催化剂载体的选择之一, 简单的旋转圆盘电极(RDE)验证此类催化剂具有较高的氧还原活性, 但几乎都缺少膜电极(MEA)性能验证, 实用性无法保证. 本文设计制备了基于聚苯胺的层级多孔碳（NHPC）载铂催化剂（Pt/NHPC850）, 研究了其氧还原活性、 MEA质子传输和氧传输特性. RDE测试研究表明, Pt/NHPC850催化剂在低I/C（离聚物与碳载体质量比）时的面积活性低于实心碳载铂催化剂（Pt/XC-72）, 但当I/C增大到与膜电极中一致时, 由于Nafion树脂对Pt催化剂的毒化作用增强, 其面积活性反而优于 Pt/XC-72. Pt/NHPC850催化剂的高Pt分散性及其优异的抗Nafion毒化性能, 使其在I/C为0.8时的质量活性为Pt/XC-72催化剂的1.34倍. MEA质子传输研究表明, 即使在高加湿条件下, Pt/NHPC850质子电阻率仍高达72.6 mΩ·cm², 为Pt/XC-72的3倍. Pt/NHPC850制备的膜电极极化曲线在500 mA/cm²电流密度下性能迅速下降, Pt/NHPC850的氧增益电压达到144.4 mV, 比Pt/XC-72高56.7 mV. 表明Pt/NHPC850膜电极的质子传输和氧传输性能较差. 对比Pt/NHPC850催化剂的RDE和MEA的测试结果, 说明以层级多孔碳为载体的铂碳催化剂虽然耐Nafion毒化能力提高, 但是质子和氧气的氧传输性较差, 此类层级多孔碳还需进一步优化其结构, 才有可能满足低铂质子交换膜燃料电池（PEMFC）的应用需求.     

二氧化铈与氢气之间相互作用及其在炔烃选择加氢中的应用（英文）

二氧化铈因其具有较强的氧化还原性能和多变的酸碱功能而在催化领域有着广泛的应用,其可用作催化剂、改性剂或载体.虽然二氧化铈常被用于氧化反应,但由于其独特的选择性地将炔烃加氢成烯烃的能力,近年来引起了广泛的研究兴趣.氧化铈出色的加氢能力引发了新的研究热潮,以了解纯二氧化铈用作加氢催化剂的原理.本文综述了近年来氧化铈的实验和计算研究进展,重点介绍了氧化铈与氢气的相互作用和加氢反应.讨论了各种研究的重要观点,包括原位光谱/显微镜和铈在涉氢反应中的理论模型,从而阐明了氧化铈催化炔烃加氢反应能力的本质和反应机理.最后在总结和展望部分提出了进一步提高对铈基材料加氢反应机理认识和催化性能的途径.     

二氧化铈与氢气之间相互作用及其在炔烃选择加氢中的应用

二氧化铈因其具有较强的氧化还原性能和多变的酸碱功能而在催化领域有着广泛的应用,其可用作催化剂、改性剂或载体.虽然二氧化铈常被用于氧化反应,但由于其独特的选择性地将炔烃加氢成烯烃的能力,近年来引起了广泛的研究兴趣.氧化铈出色的加氢能力引发了新的研究热潮,以了解纯二氧化铈用作加氢催化剂的原理.本文综述了近年来氧化铈的实验和计算研究进展,重点介绍了氧化铈与氢气的相互作用和加氢反应.讨论了各种研究的重要观点,包括原位光谱/显微镜和铈在涉氢反应中的理论模型,从而阐明了氧化铈催化炔烃加氢反应能力的本质和反应机理.最后在总结和展望部分提出了进一步提高对铈基材料加氢反应机理认识和催化性能的途径.     

氧化铜与CeO2-γ-Al2O3混合氧化物载体之间的表面相互作用

 采用XRD，XPS和TPR等手段研究了氧化铜与二氧化铈－氧化铝机械混合载体之间的表面相互作用．结果表明，在混合载体表面，当氧化铜的负载量低于其在二氧化铈载体上的分散容量时，氧化铜优先与二氧化铈发生作用并分散在其表面；当氧化铜的负载量超过其在二氧化铈载体上的分散容量时，氧化铜会继续在氧化铝表面分散．这些结果说明，在制备用氧化铈改性载体的负载型催化剂时，如果氧化铈的用量偏高，会导致样品中有晶相氧化铈生成，从而对氧化铈作为改性剂的作用不利．     

M(Al,Cu,Pd,Pt,Rh,Zr)掺杂CeO2的第一性原理研究

二氧化铈因其具有较高的储氧/释氧能力、较强的氧化-还原性能,受到人们极大关注,并在工业催化领域有重要应用。杂质对二氧化铈性能具有重要影响,本文用基于密度泛函理论的第一性原理方法,并用DFT U方法描述Ce4f电子的强关联效应,研究了金属(M=Al,Cu,Pd,Pt,Rh,Zr)掺杂对二氧化铈(CeO2-x)的体性质(如晶格常数,体弹性模量)的影响。结果表明:晶格常数随着杂质含量增加呈单调减小;M掺入CeO2晶胞后,引起了体弹性模量的变化。     

沉淀剂种类对Ru/CeO2氨合成催化剂结构和性能的影响

采用6种沉淀剂通过共沉淀法制备了6种Ru/CeO2氨合成催化剂, 考察了沉淀剂种类对其氨合成性能的影响. 通过X射线衍射、N2吸附-脱附、X射线荧光光谱和H2程序升温还原等表征手段, 对不同沉淀剂影响Ru/CeO2催化剂氨合成性能的原因进行探讨. 结果表明: 采用(NH4)2CO3和NH4HCO3制备的催化剂样品具有较好的氨合成活性, 其中NH4HCO3为最佳沉淀剂, 所制备的催化剂在450 ℃, 10 MPa , 10000 h－1测试条件下, 出口氨浓度为14.46%. 而采用KHCO3, KOH, K2CO3沉淀剂制备的样品的氨合成活性相对较低. 沉淀剂种类不仅明显地影响钌离子和铈离子的共沉淀, 而且会影响载体二氧化铈表面氧的还原. 由NH4HCO3沉淀剂制备的Ru/CeO2催化剂的高活性归因于钌负载量增大、钌粒子分散度提高以及二氧化铈表面氧易还原三者相互作用的结果.     

碳纳米管上沉积二氧化铈颗粒

碳纳米管可作为优良的催化剂载体材料。研究了在碳纳米管上沉积二氧化铈颗粒的新工艺及其影响因素。试验结果表明，化学沉积法能在碳纳米管上沉积尺寸细小，分布均匀的二氧化铈颗粒。经过预处理后的碳纳米管，沉积在碳纳米管上的颗粒数量明显增多。制备过程中，氧化温度和时间对沉积效果影响较大。     

Pt纳米颗粒在氮掺杂空心碳微球上的高分散负载及其氧还原性能

通过热解自聚合多巴胺法制备了氮掺杂空心碳微球(N-HCMS), 并采用微波辅助乙二醇还原方法把Pt纳米粒子负载于N-HCMS上制得了Pt/N-HCMS催化剂. 催化剂的表面形貌、晶体结构及其比表面积和孔径分布等分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及比表面分析仪等进行表征. 采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Pt/N-HCMS 催化剂在酸性条件下的电催化氧还原性能. Pt/N-HCMS 催化剂由于Pt纳米粒子的均匀分散、N-HCMS载体的快速电子传递及其独特的微孔和中空结构而具有很高的电催化氧还原活性, 其质量比活性是E-TEK Pt/C 催化剂的近两倍. Pt/N-HCMS 催化剂还具有优良的稳定性. 本工作对于开发高性能的燃料电池阴极催化剂具有重要意义.     

碳纳米管负载铂催化剂的制备、结构及电化学加氢特性

采用浸渍沉淀法制备Pt/CNTs和Pt/C催化剂,并对其结构及电催化性能进行比较,表征.实验表明,以碳纳米管作催化剂载体可使催化剂的负载量,载体上铂的分散度以及其活性中心大大提高.与Pt/C(JohnsonMatthey)催化剂相比,Pt/CNTs的电化学性能表现出更大的活性.碳纳米管作为阴极材料在质子交换膜燃料电池加氢反应器合成化学品中的作用十分明显.     

铈锆比对低贵金属Pt＋Rh/Ce0.3＋xZr0.6－xY0.1O1.95＋Al2O3三效催化剂性能的影响

用共沉淀法制得一系列铈锆比不同的Ce_0.3＋xZr_0.6－xY_0.1O_1.95储氧材料, 并用于制备了一系列低贵金属Pt＋Rh/Ce_0.3＋xZr_0.6－xY_0.1O_1.95＋Al₂O₃三效催化剂. 用比表面、程序升温还原以及X射线衍射对该系列催化剂进行表征, 结果发现, 催化剂的活性与催化剂中贵金属的还原性能密切相关, 低铈储氧材料比高铈储氧材料更有利于促进贵金属还原, 因而含低铈储氧材料催化剂的活性明显优于含高铈储氧材料催化剂的活性, Pt＋Rh/Ce_0.35Zr_0.55Y_0.1O_1.95＋Al₂O₃的活性最佳, 对HC, CO和NO的起燃温度最低分别为: 235, 175, 200 ℃. 样品经1000 ℃水热老化之后, 贵金属Pt被烧结而发生迁移, 使得催化剂的活性及还原性能变差, 含低铈材料的催化剂的抗老化性能优于含高铈材料的催化剂, 其中Pt＋Rh/Ce_0.35Zr_0.55Y_0.1O_1.95＋Al₂O₃的抗老化性能最好.     

氮掺杂碳纳米管包覆Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN核壳结构用于高稳定锌-空气电池

可逆锌-空气电池因其高功率密度和环境友好性而得到了广泛研究。然而,氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的缓慢动力学限制了其实际应用。迄今为止,二氧化铱和二氧化钌被认为是氧还原反应的最佳电催化剂,同时铂碳被认为是最有效的氧还原反应的电催化剂。然而,由于Pt、Ir和Ru的天然丰度低、成本高的原因,它们在ZABs中的实际应用严格受限。因此,探索低成本和高性能的双功能催化剂对促进可充电锌-空气电池的发展至关重要。具有高导电性、低氧还原反应能垒的过渡金属合金可作为有潜力的氧还原电催化剂。然而,为提高过渡金属合金催化剂的双功能催化活性,可构筑过渡金属合金@过渡金属氮化物的核壳结构。在此,我们设计了一种氮掺杂碳纳米管包覆Fe_0.64Ni_0.36@Fe₃NiN核壳结构(Fe_0.64Ni_0.36@Fe₃NiN/NCNT)的双功能电催化剂,其具有高效的双功能催化活性。核壳结构可以为ORR/OER产生更多的活性点。Fe_0.64Ni_0.36<...     

多尺度炭材料担载铂作为稳定的电催化剂用于氧还原反应

炭载体的稳定性对于燃料电池电催化剂是至关重要的. 本文中采用酚醛树脂作为前驱体,二氧化硅为模板剂,制备了多介孔且石墨化程度高的炭载体（HGMC）. 相比于商品Vulcan XC-72,HGMC具有中等的比表面积和高的石墨化程度,因此在电位循环扫描过程中具有较高的化学稳定性,然而HGMC碳层堆叠的结构不利于传质. 为克服这一劣势,多壁碳纳米管（MWCNTs）作为隔离物加入至HGMC中以构建具有三维多尺度结构的载体（MSGC）. 与HGMC为载体担载Pt以及商品催化剂Pt/C-JM相比,由于炭载体的具有高稳定性以及三维多尺度结构,MSGC担载Pt后不仅使电催化剂的电化学稳定性提高,且氧还原反应过程中传质得到显著改善.     

Pt/CNTs催化剂的制备及其催化臭氧化活性研究

以碳纳米管(CNTs)为催化剂载体, 以H₂PtCl₆•6H₂O为贵金属活性组分前驱物, 采用等体积浸渍法制备了Pt/CNTs催化剂. 以草酸为目标污染物, 考察了所制备催化剂的催化活性, 并采用SEM, XRD和XPS等分析方法对催化剂进行表征. 对活性组分Pt的负载量、氢还原温度和热处理方式进行了研究, 确定了适宜的制备条件为Pt负载量1.0%、氢还原温度350 ℃. 研究表明, 在本实验条件下, 单独臭氧氧化、碳纳米管载体催化臭氧化和Pt/CNTs催化臭氧化分别能去除溶液中3.0%, 72.9%和97.9%的草酸. Pt的负载明显地提高碳纳米管催化臭氧化的效果. XRD分析显示催化剂的活性组分Pt以单质Pt⁰的形式存在; 与氢还原过程相比, 在空气气氛中焙烧制备的Pt/CNTs催化剂表面Pt的结晶度过高, 而且XPS结果表明此催化剂表面的Pt有化学吸附氧存在, 导致催化活性降低.     

满足欧Ⅲ排放标准的摩托车用三效催化剂

以性能优异的铈锆固溶体和耐高温高比表面积的氧化铝为载体材料制成Pt/Pd/Rh型三效催化剂,分别在模拟快速老化条件和实车条件下对其进行了活性和耐久性考察. 结果表明,催化剂的两种载体材料均表现出良好的抗高温老化性能. 催化剂表现出良好的低温活性、宽的空燃比窗口和高的耐久性能. 整车实验结果表明该催化剂能够满足欧Ⅲ标准的排放限值和耐久性要求.     

聚乙烯亚胺改性石墨烯载Pt催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化

以聚乙烯亚胺(PEI)改性的石墨烯(PEI-GNs)为载体,利用原位电化学还原法制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/PEI-GNs)。运用X射线光电子能谱、X射线粉末衍射、扫描电镜等对催化剂的组成、结构、形态进行表征,结果表明:实验成功制备了Pt/PEI-GNs催化剂,且PEI-GNs改善了Pt粒子的分散性和形貌。运用电化学方法考察了PEI-GNs对Pt纳米粒子电催化性能的影响,结果表明,相对于Pt催化剂,Pt/PEI-GNs催化剂表现出更高的催化活性和稳定性,这主要是由于Pt粒子在PEI-GNs载体上形成均匀分散的绣球状粒子及PEI-GNs良好的电子传递能力。