制备方法对氧化锰八面体分子筛的NH_3选择性催化还原NO_x性能的影响

采用不同方法制备了一系列氧化锰八面体分子筛(OMS-2)催化剂,考察了制备方法对其低温NH3-SCR催化性能的影响,并采用BET、XRD、Raman、H2-TPR、XPS和TEM等手段对催化剂的物化性质进行表征。结果表明,OMS-2催化剂在50~150℃时其低温SCR活性明显优于MnOx催化剂,OMS-2催化剂在120℃时NOx转化率接近100%。此外,不同的制备方法对OMS-2催化剂的SCR脱硝活性影响明显。其中,固相法制备的OMS-2催化剂的SCR活性最佳。H2-TPR测试结果表明,OMS-2更容易发生氧化还原反应,MnOx还原峰对应的温度较高。XRD、TEM和XPS分析结果表明,低结晶度和高分散性的无定形催化剂有利于低温SCR反应,较高的表面晶格氧和无定形MnO2物种是OMS-2催化剂具有优异低温SCR活性的主要原因。     

堇青石蜂窝陶瓷负载锰氧化物催化分解臭氧性能

为了提高臭氧分解催化剂的实际应用能力,通过采用过渡金属锰氧化物为原料与铝胶混合涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体表面,制备了不同锰氧化物负载的整体式催化剂。 然后在常温常压下考察了整体式催化剂分解臭氧的性能。 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱仪(XPS)、BET比表面积法和程序升温还原技术(H₂-TPR)对催化剂进行了表征。 研究结果表明,不同锰氧化物催化剂的活性按以下顺序排列:氧化锰八面体分子筛(OMS-2)＞MnO₂＞Mn₂O₃＞Mn₃O₄＞MnO。 相比其它锰氧化物,OMS-2负载的整体式催化剂对臭氧的反应活性最高,这可能归因于OMS-2具有较大的比表面积和较好的还原性能,从而有利于表面氧空位的生成和参与臭氧分解反应。 研究结果为提高堇青石蜂窝陶瓷负载型整体式催化剂应用于臭氧分解的性能提供了理论依据。     

Ce-OMS-2催化苯甲醇液相氧化制苯甲醛

采用回流法合成氧化锰八面体分子筛(OMS-2),并采用浸渍法负载Ce制备Ce-OMS-2催化剂,以分子氧为氧化剂考察了催化剂对苯甲醇液相氧化制苯甲醛的活性。当Ce含量为30%(质量分数)时,Ce-OMS-2催化剂的活性最高。100℃下反应1 h时,苯甲醇转化率为50.3%,催化剂的质量比活性达10.1 mmol.(g.h)-1。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征。结果表明:所制备的催化剂具有结晶良好的八面体结构,当Ce含量小于30%时,Ce以高分散形式存在,但当Ce含量大于30%时,将出现聚集态CeO2结晶;高分散CeO2促进了OMS-2中MnOx的还原,改善了活性中心的电子传递,从而显著提高了催化剂活性。     

OMS-2 的制备及其负载 PdO 对 CO 氧化的催化活性

 以 MnSO4 和 KMnO4 为前驱体, 采用回流法在酸性介质中合成了氧化锰八面体分子筛 (OMS-2). 以 OMS-2 为载体采用浸渍法制备了 PdO/OMS-2 催化剂, 并对催化剂进行了表征和 CO 氧化活性测试. 结果表明, OMS-2 为纳米棒结构, 是典型的隐钾锰矿 (cryptomelane) 结构. 当 PdO 负载量 ≤ 1.0% 时, PdO 以高分散的形式存在, 而更高负载量时形成 PdO 晶相. 当 PdO 负载量为 2.5% 时, PdO/OMS-2 催化剂上 CO 氧化反应活性最高, CO 完全转化温度为 80 oC. 催化剂中高分散的 PdO 和高价态的 Pd 物种是反应的活性中心.     

OMS-2/堇青石整体式催化剂的制备及其对二甲醚燃烧的催化性能

 以有机物为粘合剂, 采用涂覆法制备了氧化锰八面体分子筛 (OMS-2)/堇青石整体式催化剂, 采用热重-差热分析、扫描电镜、X 射线衍射、H2 程序升温还原和 O2 程序升温脱附等技术对催化剂进行了表征, 考察了有机粘合剂种类及其用量对二甲醚 (DME) 催化燃烧性能的影响. 结果表明, 在有机粘合剂聚乙烯醇 1799 (其质量含量为 3%) 的作用下, OMS-2 以相互交织的簇体均匀分布于堇青石表面, 且粘附力较强, 制备的整体式催化剂在 DME 催化燃烧中表现出最优的催化性能, 起燃温度 T10 = 169 oC, 完全转化温度 T90 = 243 oC; 催化剂使用后再经高温焙烧其活性仍能保持稳定, 表现出较高的重复使用性.     

OMS-2/Al2O3/堇青石整体式催化剂的制备及其催化性能研究

以Al₂O₃/堇青石蜂窝陶瓷为载体,氧化锰八面体分子筛(OMS-2)为活性组分,采用涂覆法制备了系列整体式催化剂。考察了黏合剂种类和活性组分涂覆次数对二甲醚(DME)催化燃烧性能的影响,并对催化剂进行XRD、BET、SEM、H₂-TPR、O₂-TPD等表征。结果表明,以甲氧基聚乙二醇为黏合剂经一次涂覆制备的整体式催化剂的性能最佳,活性组分OMS-2以相互交织的簇体均匀分布在载体上,并与Al₂O₃之间存在较强的相互作用。涂层的添加有效增加了催化剂的比表面积,提高了催化剂的性能,最佳催化活性t₉₀为257 ℃。     

掺Ag对氧化锰八面体分子筛催化CO氧化性能的影响

采用回流法在酸性介质中合成了掺杂贵金属Ag的氧化锰八面体分子筛(OMS-2).利用X射线衍射、低温N2吸附、透射电子显微镜及程序升温脱附(TPD)等技术对固体材料的结构进行了表征,考察了材料对CO氧化反应的催化性能,以及Ag的掺杂对该反应的影响.结果表明,合成的OMS-2材料属于cryptomelane一维隧道结构,适量Ag的掺杂使分子筛的有序性得到改善,孔径更均一.Ag的加入还能明显提高催化剂的反应活性.O2-TPD和CO-TPD实验表明,Ag的引入使材料对CO的吸附性能及晶格氧的扩散能力得到显著增强,这是提高催化剂对CO氧化催化能力的主要原因.     

锰八面体分子筛的合成、表征及其对二甲醚燃烧的催化性能

以高锰酸钾和马来酸为原料,以聚乙二醇单甲醚(MPEG)为模板剂,采用溶胶凝胶法合成了锰八面体分子筛(OMS-2),并将其用于二甲醚的催化燃烧反应.XRD,FT-IR和UV-Vis结果表明,合成的材料为隐钾锰矿型的锰氧化物.TEM结果表明合成的材料具有棒状的外形结构,其中MPEG起模板导向剂的作用.O2-TPD和H2-TPR结果表明合成的OMS-2材料容易还原,富有晶格氧.OMS-2材料在二甲醚催化燃烧中表现出优异的催化性能,能够在较低的温度下将二甲醚完全转化为CO2和H2O,晶格氧在该反应中起非常重要的作用.     

不同分子筛负载锰铈催化剂的低温NH_3-SCR脱硝性能

分别以β、ZSM-5和USY分子筛为载体,采用浸渍法制备了锰铈催化剂,对其低温NH_3-SCR反应性能进行了评价,并采用XRD、BET、NH_3-TPD、H_2-TPR以及XPS对催化剂进行了表征。结果表明,三种分子筛负载的锰铈催化剂均具有较好的低温NH_3-SCR反应活性,其中,Mn-Ce/USY的催化性能最好,在107℃时NOx转化率可达到90%。负载锰铈后催化剂的比表面积和孔体积均有所下降;活性组分MnOx主要以无定型态分布于催化剂表面,且在ZSM-5上检测到聚集的CeO_2。催化剂表面弱酸对低温NH3-SCR反应起主要作用,催化剂表面上活性组分的表面浓度和氧化态明显不同,较高的Mn~(4+)/Mn~(3+)原子比和吸附氧表面浓度对提高催化剂的低温NH3-SCR反应活性有利。     

Co掺杂OMS-2纳米纤维的合成研究

以KMnO_4、MnSO_4、Co(NO_3)_2·6H_2O和H2_SO_4为反应原料,采用水热法合成了一系列掺杂过渡金属Co的氧化锰八面体分子筛(OMS-2),采用X-射线衍射、扫描电镜、红外光谱、低温氮气物理吸脱附和H_2程序升温还原对样品进行了表征,研究了Co的掺杂对OMS-2分子筛的结构、形貌和氧化还原性质等的影响,并对该系列催化剂进行了CO氧化性能评价。结果表明,掺杂Co并未改变OMS-2的晶体结构,并充分分散在OMS-2骨架结构中;掺杂Co的OMS-2分子筛的形貌发生了由纳米短棒向纳米纤维的转变。不仅如此,Co的掺杂增加了活性氧物种的移动性,改善了OMS-2分子筛的催化CO氧化性能。     

氧化锰八面体分子筛(OMS-2)在有机分子清洁合成中的催化氧化应用

氧化锰八面体分子筛具有优异的氧化性、离子交换性和导电性等性能,被广泛应用于环保、半导体、有机合成等诸多领域。由于体相存在混合价态Mnn+和丰富的表面缺陷空位,使该分子筛同O2或H2O2等绿色氧化剂之间容易发生快速电子转移,活化绿色氧化剂,近年来作为非均相催化剂和功能性载体应用于有机分子的清洁合成中,表现出优异的催化活性、反应选择性和结构稳定性。本文综述了近年来OMS-2催化剂在有机分子清洁氧化合成中,及作为具有电子转移介质性能的载体材料的研究进展,并对未来发展提出了展望。     

钯/掺杂锰氧八面体分子筛催化一步合成碳酸二苯酯

采用浸渍法制备出Ce3＋, Cu2＋, Pb2＋, Ag＋, Fe3＋掺杂锰氧八面体分子筛, 负载钯后用于一步氧化羰基化合成碳酸
二苯酯(DPC)反应. Pd/Cu-OMS-2 催化活性最高, DPC 收率为12.1%. 通过X 射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), 氮气吸
附(BET)和X 射线光电子能谱(XPS)对催化剂样品进行了表征. 表征结果表明, 不同金属离子掺杂后, 催化剂的晶型仍
保持隐钾锰矿结构. 从电位滴定测试数据来看, 杂质离子引入后, 锰的平均氧化态增加. 在催化反应过程中, Mn4＋/
Mn2＋和Pd2＋/Pd0 构成了氧化还原循环链, Mn3＋的存在可以补充反应过程中消耗掉的Mn4＋. XPS 分析了晶体中氧物种的
存在形式, 化学吸附氧/(晶格氧＋化学吸附氧)的比值越高, 催化活性越好.     

Ho改性OMS-2催化CO选择性还原NO的研究

采用水热法一步合成了Ho改性的OMS-2催化剂(Hox-OMS-2)，并对其CO选择性催化还原NO(CO-SCR)性能进行了研究。研究结果表明，当Ho/Mn摩尔比为0.05时，Ho0.05-OMS-2催化剂在225 ℃表现出非常有吸引力的CO-SCR活性，可实现接近100%的NO转化率和N2选择性。Ho的掺杂过量时会导致催化剂团聚。此外，Ho0.05-OMS-2催化剂具有较好的抗SO2性能。通过XRD、BET、XPS、H2-TPR对催化剂进行表征，探究Ho物种的掺杂对OMS-2催化剂的物理化学性质的影响。结果表明，Hox-OMS-2催化剂低温活性的增强可归因于晶格膨胀、较低的结晶度、高比表面积、较高的Mn4 含量和更多的表面氧空位。     

固相浸渍法和湿浸渍法制备CuO/CeO2催化剂及其CO氧化性能的对比研究

采用固相浸渍法和常规湿浸渍法制备了一系列CuO/CeO₂催化剂,并结合X射线衍射（XRD）、氢气-程序升温还原（H₂-TPR）、激光拉曼光谱（LRS）、原位漫反射红外光谱（in situ DRIFTS）、X射线光电子能谱（XPS）等手段考察了制备方法对催化剂结构性质及其在CO氧化反应中性能的影响. XPS和H₂-TPR结果表明,固相浸渍法更有利于得到高分散的铜物种,并促进CuO物种的还原. LRS结果表明,相比于湿浸渍法,固相浸渍法能产生更多氧空位,而这些氧空位可以活化参与反应的O₂. CO氧化活性测试结果表明,当铜负载量相同时,固相浸渍法制备的催化剂相比于湿浸渍法表现出更好的催化性能. 结合多种表征结果发现,催化剂CO氧化性能与其表面氧空位和Cu⁺-CO浓度紧密相关,提出了CuO/CeO₂催化剂在CO氧化反应中可能的协同作用机制.     

The effect of hydrogen reduction of α-MnO2 on formaldehyde oxidation: The roles of oxygen vacancies

A series of α-MnO₂ catalysts with various Mn valence states were treated by hydrogen reduction for different periods of time. Their catalytic capacity for formaldehyde (HCHO) oxidation was evaluated. The results indicated that hydrogen reduction dramatically improves the catalytic performance of α-MnO₂ in HCHO oxidation. The α-MnO₂ sample reduced by hydrogen for 2 h possessed superior activity and could completely oxidize 150 ppm HCHO to CO₂ and H₂O at 70 °C. Multiple characterization results illustrated that hydrogen reduction contributed to the production of more oxygen vacancies. The oxygen vacancies on the catalyst surface enhanced the adsorption, activation and mobility of O₂ molecules, and thereby enhanced HCHO catalytic oxidation. This study provides novel insight into the design of outstanding MnO_x catalysts for HCHO oxidation at low temperature.     

Effect of oxygen mobility in the lattice of Au/TiO<Subscript>2</Subscript> on formaldehyde oxidation

Two Au catalysts supported on TiO₂ were prepared by impregnation method followed by sodium borohydride reduction or calcination in air (Au/TiO₂-R and Au/TiO₂-C, respectively). The 1 wt % Au/TiO₂-R sample was found to be highly efficient for the oxidation of low concentrated formaldehyde at room temperature. A HCHO conversion of 98.5% was achieved with this catalyst, whereas the Au/TiO₂-C sample showed almost no activity under the same conditions. Highly dispersed metallic Au nanoparticles with small size (∼3.5 nm) were identified in the 1 wt % Au/TiO₂-R catalyst. A significant negative shift of Au4f peak in XPS spectra with respect to bulk metallic Au was observed for the 1 wt % Au/TiO₂-R but no similar phenomena was found for the heat-treated catalyst. More Au nanoparticles and higher content of surface active oxygen were identified on the surface of the Au/TiO₂-R in comparison with the Au/TiO₂-C, suggesting that the Au/TiO₂-R catalyst can enhance the amount of active sites and species involved in for HCHO oxidation. The reduction treatment by sodium borohydride promotes the formation of dispersed metallic Au nanoparticles with small size because it facilitates the electron transfer and increases the content of surface Au nanoparticles and activated oxygen. All these factors are responsible for a high activity of this catalyst in the oxidation of HCHO.     

Hierarchical Ni−Al hydrotalcite supported Pt catalyst for efficient catalytic oxidation of formaldehyde at room temperature

Catalytic oxidation at room temperature is recognized as the most promising method for formaldehyde (HCHO) removal. Pt-based catalysts are the optimal catalyst for HCHO decomposition at room temperature. Herein, flower-like hierarchical Pt/NiAl-LDHs catalysts with different [Ni²⁺]/[Al³⁺] molar ratios were synthesized via hydrothermal method followed by NaBH₄ reduction of Pt precursor at room temperature. The flower-like hierarchical Pt/NiAl-LDHs were composed of interlaced nanoplates and metallic Pt nanoparticles (NPs) approximately 3–4 nm in diameter were loaded on the surface of the Pt/NiAl-LDHs with high dispersion. The as-prepared Pt/NiAl21 nanocomposite was highly efficient in catalyzing oxidation of HCHO into CO₂ at room temperature. The high activity of the hierarchical Pt/NiAl21 nanocomposite was maintained after seven recycle tests, suggesting the high stability of the catalyst. Based on in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) studies, a reaction mechanism was put forward about HCHO decomposition at room temperature. This work provides new insights into designing and fabricating high-performance catalysts for efficient indoor air purification.