酸洗Pt-Fe和Pt-Co催化剂在CO氧化反应中的对比研究（英文）

负载型纳米催化剂表面结构与其催化性能之间关系的研究一直受到广泛关注.由于其结构复杂使得人们在研究催化剂构效关系时遇到了很多困难.近年来,大量研究发现反转催化剂在众多反应中表现出优越的催化性能.反转催化剂是将过渡金属氧化物负载于其它金属表面.和传统金属/氧化物催化剂相比,反转催化剂更能突出氧化物在催化反应中的重要作用.众多研究表明,在氧化物-金属界面处存在特殊的作用,这种作用可以改变氧化物的电子特性和化学性质,进而产生较高的催化性能.傅强等人创建了金属氧化物负载于Pt表面的反转催化体系,其表现出了高的低温CO氧化反应性能.在氧化物和Pt之间的界面限域效应可以稳定氧化物中配位不饱和的金属阳离子.这种配位不饱和的氧化物提供了活化O_2的活性位.目前,反转催化剂的研究主要集中在单晶模型体系中,在负载型催化剂中的研究还较少.我们以炭黑(CB)为载体,将还原后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过酸洗制备了一种表面富Pt核为合金的结构.考察了酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂经过不同温度氧化后的结构变化,并讨论了其结构与CO完全氧化反应(COOX)和CO选择氧化反应(CO-PROX)性能的关系.X射线粉末衍射(XRD),电感耦合等离子体发射光谱(ICP),透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,还原后的Pt基催化剂经过酸洗可以选择性去除纳米粒子表面的3d过渡金属,形成表面富Pt体相为合金的结构.将酸洗后的Pt-Fe和Pt-Co催化剂在不同温度下空气中氧化,发现近表层的Fe(Co)会扩散到粒子表面上,形成过度氧化的Fe_2O_3(Co_3O_4)表面结构.氧化后的催化剂在COOX和CO-PROX反应中表现出截然不同的催化性能.酸洗后的Pt-Fe(Pt-Co)催化剂经过不同温度氧化后在COOX反应中活性都较差,室温下的CO转化率只有不到30%,CO完全转化的温度超过100 ℃,相当于纯Pt催化剂的活性.这说明Pt表面过度氧化的Fe_2O_3(Co_3O_4)对CO氧化反应的促进作用不明显.而氧化后的催化剂在CO-PROX反应中表现出较高的活性,250 ℃(或350 ℃)氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂室温下的CO转化率接近100%,250 ℃(或350 ℃)氧化后的酸洗Pt-Co催化剂室温下的CO转化率也达到了70%.结合表征和反应结果,我们认为氧化处理形成的表面过度氧化的金属氧化物(Fe_2O_3,Co_3O_4)在COOX的催化性能较差.通入CO-PROX反应气后,气氛中大量H_2的存在和Pt表面的氢溢流效应可以使得表面Fe_2O_3,Co_3O_4在室温下被还原成配位不饱和的FeO,CoO.这种配位不饱和的氧化物在表面Pt的限域作用和大量H_2气氛下比较稳定,并且具有较强的活化解离O_2的能力,进而提高了CO-PROX反应的活性.为了进一步证实催化剂表面氧化物与其催化性能的关系,我们在室温下进行了两种反应气的循环实验测试.测试结果表明,对于氧化后的酸洗Pt-Fe催化剂,COOX反应中的表面Fe_2O_3和CO-PROX反应中的表面FeO可以通过变换反应气氛实现两种氧化物的相互转变,并表现出完全不同的催化性能.对于氧化后的酸洗Pt-Co催化剂,CO-PROX反应中形成的CoO表面结构在COOX反应中也比较稳定,在两种反应气中表现出相似的催化性能.     

氧化铁对铂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用

Pt催化剂是电催化领域用途最为广泛的贵金属催化剂.Pt资源稀缺,价格昂贵,同时它的物理化学特性又决定了其在多种催化反应中难以被替代.在质子交换膜燃料电池的小分子醇类电氧化过程中,难免存在Pt的毒化现象,其催化性能有待进一步提升.因此,围绕着Pt催化剂纳米结构的设计、抗毒性及反应机理的探索一直是电催化研究面临的重要课题.目前,已被广泛认可的提高Pt催化性能的方法之一是引入第二种金属,通过金属间协同效应(双功能机理)、张力效应或电子效应等对Pt的催化行为进行改性.对于由双/多金属组成的纳米结构催化剂,无论是协同效应还是电子效应,催化活性的提高都需要金属间有丰富的接触界面和恰当的邻近状态.通过调变两组元的种类、原子比和接触状态等可以实现对金属-金属界面的调控,进而调变催化剂性能.除金属助剂外,金属氧化物对Pt催化剂的助催化作用也引起广泛关注.由于金属氧化物与Pt之间的密切接触作用,氧化物的形貌特点对Pt的催化性能可产生重要影响.到目前为止,有关催化剂形貌效应的研究主要集中于贵金属纳米颗粒上(Pt,Au,Pd等),但关于金属氧化物载体/助剂的形貌对贵金属催化性能影响的研究尚不多.具有明确形貌的金属氧化物载体/助剂,暴露的晶面不同,表面原子的配位状态也不同,从而造成与之密切接触的Pt的性质发生改变.因此,金属氧化物的表面性质以及Pt-金属氧化物的界面性质将对电催化性能产生重要影响,深入阐释贵金属-金属氧化物的表/界面性质以及建立有效的构效关系,对设计和制备高效电催化剂具有一定的指导意义.为了提高Pt基催化剂活性、抗CO中毒能力以及稳定性,本文采用共沉淀法和水热法分别制备了纳米棒和六边形纳米片状的Fe2O3作为Pt催化剂的助剂,考察了助剂形貌对Pt催化剂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及电化学技术对催化剂进行了表征.结果显示,Fe2O3的存在能显著提高Pt催化剂在碱性介质中对甲醇氧化的电催化性能,而且以Fe2O3纳米棒为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-R催化剂催化活性以及稳定性比Fe2O3纳米片为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-P催化剂更高.这种促进效应可能与助剂Fe2O3的形态有关.Pt-Fe2O3/C-R催化剂中Pt的质量比活性为5.32 A/mgPt,本征活性为162.7 A/m2Pt,分别是Pt-Fe2O3/C-P催化剂的1.67和2.04倍,是商业PtRu/C样品的4.19和6.16倍.协同效应和电子效应是Pt催化性能提升的主要原因.此外,Pt-Fe2O3/C-R样品中高价态Pt的含量较高,可能也是加速甲醇氧化反应动力学的原因之一.高价态的Pt可能会增强甲醇分子在Pt表面的吸附强度,促进Pt上甲醇氧化反应初始步.这些发现不仅可对甲醇电催化氧化机理有了更深的理解,而且对设计和制备高性能甲醇氧化电催化剂也具有一定的指导意义.     

钙钛矿型氧化物负载纳米金属催化剂结构的动态调变及其催化氧化CO反应性能

研究了钛酸钡和钛酸钙担载的Ag和Pt纳米催化剂的表面结构随氧化-还原处理过程的动态变化及其对CO完全氧化反应性能的影响.发现氧化物担载的Ag催化剂在氧化处理后其催化活性较还原处理的高; X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,氧化处理能够提高载体表面Ag颗粒的分散度,而还原处理导致Ag颗粒的聚集,从而降低了催化氧化CO反应的活性.氧化-还原处理改变了担载Ag纳米粒子的尺寸并影响其CO氧化反应活性.与此相反,氧化物担载的Pt催化剂在还原处理后所表现出的CO氧化反应活性较氧化处理的高; 对比研究发现,氧化和还原处理后Pt纳米粒子的尺寸基本相同,但是氧化处理的样品中Pt表面物种以氧化态为主,而还原处理后Pt表面物种主要为金属态.Pt纳米粒子表面化学状态随氧化-还原处理的调变是导致表面催化活性差异的主要原因.     

炭黑负载Pt-Fe双金属催化剂对甲醇的电催化氧化性能

采用浸渍还原法制备了炭黑负载Pt及Pt-Fe双金属催化剂,通过X光衍射、扫描电镜及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.利用循环伏安法和计时电流法研究了溶液pH值和Pt/Fe原子比对Pt-Fe/C催化剂的甲醇电催化氧化活性与稳定性的影响.结果显示,当溶液pH值为9.0,Pt/Fe原子比为1∶1时,所得Pt-Fe/C催化剂对甲醇的电催化氧化活性与稳定性明显优于Pt/C催化剂.Fe的引入不仅提高了Pt粒子的分散与电化学活性表面积,而且有利于富Pt表面的形成,从而提高了Pt的有效利用率与催化性能.     

用于CO选择氧化反应的新型Pt-Fe/Al2O3催化剂

 基于前体的概念,采用调变多元醇法制备了Pt-Fe/Al2O3催化剂,并考察了其催化CO选择氧化的性能. TEM结果表明,该方法可有效控制催化剂的金属粒子粒径为2.5～3 nm; 催化剂性能测试结果表明,在80 ℃和n(CO)/n(O2)=2的条件下,Pt-3Fe/Al2O3显示出良好的催化性能和稳定性,CO转化率达99%,CO2选择性达98%,这可能是由于Pt和Fe之间的有效相互作用所致.     

Pt-表层限域的表面FeOx结构用于低温CO氧化反应

通过简单的浸渍-还原并随后在酸性溶液中处理制备了Pt-Cu双金属催化剂. 利用电感耦合等离子体发射光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱对不同处理条件下的Pt-Cu纳米粒子的结构和组成进行了表征. 研究发现, Pt-Cu催化剂在高温H₂中还原形成了PtCu₃合金结构, 酸洗处理后形成了包含Pt-骨架(Pt-skeleton)的表面结构和PtCu₃合金核的纳米粒子. 而Pt-骨架结构又可通过在H₂中退火转变为规整的Pt-表层(Pt-skin)结构. Pt-表层表面修饰Fe氧化物后在CO选择氧化反应中表现出较好的催化性能. 通过此方法制备的三金属Pt-Cu-Fe催化剂可达到与Pt-Fe相近的高活性, 并且催化剂中Pt的用量大大降低.     

氧化铈促进的高效Au/Al2O3催化剂制备及其催化CO选择氧化反应性能

近年来,伴随全球能源危机的加剧,以及温室效应和细颗粒物等一系列环境问题出现,各国研究者正努力寻求和开发可持续利用的新能源来代替传统的化石能源.燃料电池具有能量转化效率高、对环境排放低和污染小等优点,作为一种新的环境友好型技术而广受关注.在众多的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有能量效率高和工作窗口温度
　　低等优势而备受关注.但是, PEMFC燃料以H2为主,主要来源是烃类的重整气,但其中痕量的CO (10 ppm)将会引起Pt电极中毒,导致PEMFC性能迅速下降,因此如何有效地祛除富氢气体中的CO并尽可能减少H2的消耗具有重要研究价值.目前, CO选择氧化法(CO-PROX)是公认的最简单、廉价和有效的办法之一. CO的消除通常选用霍加拉特催化剂,虽然Cu基催化剂具有低廉的成本和较好的CO催化氧化性能,但是当反应中有H2O和CO2存在时,其活性会迅速下降. Au催化剂具有优异的低温CO催化氧化性能,但在PEMFC的工作温度窗口为80–120oC时,随着反应温度提高, H2与CO之间的竞争吸附变强,采用单组分Au催化剂难于在80–120 oC内使CO完全氧化.因此,设计并制备高效的Au催化剂来提高其在PEMFC工作温度(80–120 oC)条件下CO-PROX反应活性和选择性仍然是目前该方向的难点.氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物,由于Ce具有独特的4f电子层结构, Ce3+/Ce4+在一定条件下可以相互转化,具有较高的储放氧能力,即能够在富氧条件下储存氧,在贫氧条件下释放氧. CeO2是一种重要的氧化反应催化剂载体,是三效催化剂的主要组成部分,在净化汽车尾气方面稀土元素具有独特的优势,广泛应用于CO氧化和NOx消除等领域中.最近,本课题组以自制的氧化铝为载体,制备了K掺杂的Au-Cu/Al2O3催化剂,其在CO-PROX反应中具有较好的催化活性和稳定性.本文在此基础上,利用Au与CeO2之间的相互作用,制备了CeO2掺杂的Au/CeO2/Al2O3催化剂和K掺杂的Au-Cu/CeO2/Al2O3催化剂.表征结果发现,催化剂中Au和Au-Cu纳米粒子的尺寸均一,平均粒径分别为2.4±0.4和2.8±0.4 nm.与Au/Al2O3催化剂相比, Ce掺杂的Au催化剂具有更高的金属分散度,拓宽了其CO完全转化时的反应温度窗口(30–70 oC).对所制备的Au催化剂进一步通过拉曼光谱、H2程序升温还原和CO-红外光谱等手段分析和CO-PROX催化性能测试,可以证实Au-Cu/CeO2/Al2O3催化剂中各组分在CO-PROX反应中所起的作用.结果表明, CeO2的掺杂能增强活性组分与载体之间的相互作用,有助于提高Au-Cu纳米粒子的分散度,此外还能提高Au催化剂的还原性能,其表面形成的氧空位提高了CO-PROX反应的催化性能. Cu物种的引入显著增强了CO在Au催化剂上吸附能力.综上所述, CeO2组分对Au/Al2O3催化剂的促进作用体现在：(1)有效锚定Au和Au-Cu纳米粒子;(2)提供CO-PROX反应中的活性氧物种.     

丙烷在负载型催化剂上脱氢反应的研究 Ⅲ.丙烷在氧化铝负载的铂-金属氧化物催化剂上的脱氢

第Ⅰ,Ⅱ报结果指出,氧化态锡对Pt/Al_2O_3具有助催化作用。本文通过对氧化脱氢过程类比分析,提出具有可变价态元素氧化物可替代Pt-Sn/Al_2O_3催化剂中氧化态锡组分,而与金属铂组分构成一系列具有良好催化性能的负载型双组分催化剂。对Al_2O_3负载的Pt-Ti,Pt-V,Pt-Cr,Pt-Mn及Pt-Fe催化剂评价结果表明,催化剂性能均随氧化态组分(Ti,V,Cr,Mn,Fe等)载量增加而逐步改善。     

以钙钛矿型复合氧化物为前驱体构筑La-Ce氧化物修饰的Pt-Co纳米双金属催化剂及其对CO氧化的性能

利用钙钛矿型复合氧化物(PTO)可以将多种金属离子限域并均匀混合于钙钛矿晶格中的特点,提出了一种构筑氧化物修饰的纳米双金属催化剂团簇的新构想。以担载于大比表面积SiO_2上的钙钛矿型复合氧化物La_(1-y)Ce_yCo_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2作为前驱体,将La、Ce、Co和Pt多种金属离子均匀混合并限域于PTO晶粒中,还原后得到Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂;通过氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR和TEM等手段对Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂进行了表征,考察了其对CO氧化的催化性能,研究了构效关系。结果发现,La-Ce-O-Pt-Co构成了纳米团簇,担载于SiO_2表面,形成了Pt-Co纳米双金属颗粒; Co修饰Pt提高了其催化活性,而添加Ce进一步改善了其催化性能。当Ce含量(y)为0.2时,催化剂La_(0.8)Ce_(0.2)Co_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2的活性最佳,在120℃下即可实现CO完全转化,且在含体积分数15%H_2O及12.5%CO_2的气氛中仍具有较好的催化性能。稳定性测试表明,所制得的Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂具有良好的稳定性和抗烧结性能。     

Pt/Co3O4/3DOM Al2O3：甲苯燃烧的高效催化剂

与硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳以及悬浮颗粒一样,大部分挥发性有机物(VOCs)污染大气环境.控制 VOCs排放有多种方法,其中催化氧化法是一种有效技术,关键在于获得高效催化剂.
　　近年来,负载过渡金属和贵金属催化剂因具有比单纯负载贵金属和单纯负载过渡金属氧化物更好的催化性能而备受关注.在负载贵金属催化剂中,高比表面积载体负载 Pt, Pd或 Rh催化剂得到广泛而深入的研究,尽管这些催化剂成本较高,但是其对 VOCs氧化反应显示了很高的低温催化活性.众所周知,催化活性取决于贵金属和 VOCs的种类,不同负载贵金属催化剂对特定反应会表现出不同的催化活性.负载 Pt催化剂对长链碳氢化合物和芳香族化合物氧化反应表现出更高的活性.相对于负载贵金属催化剂,负载过渡金属氧化物催化剂不仅具有良好的氧化活性,而且价格低廉.迄今已发现许多过渡金属氧化物(如 Co3O4, Cr2O3和 MnO2等)对典型 VOCs氧化反应具有催化活性,其中 Co3O4的催化活性尤为突出.研究表明, Co3O4的性质和分散度是决定其性能的关键因素,制备方法、载体性质和过渡金属氧化物负载量对 Co3O4的物化性质具有重要影响,而且在负载 Pt催化剂中添加金属氧化物能改善其催化性能.尽管多孔氧化铝是一种常用的载体材料,但目前尚无文献报道三维有序大孔-介孔氧化铝负载 Co3O4和 Pt纳米粒子催化剂的制备及其对甲苯氧化反应的催化性能.
　　本文采用聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板法、等体积浸渍法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了三维有序大孔-介孔(3DOM Al2O3)负载 Co3O4和 Pt (xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3, Pt的质量分数(x%)为0-1.4%, Co3O4的质量分数(y%)为0-9.2%)纳米催化剂.通过电感耦合等离子体原子发射光谱、X射线衍射、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、X射线光电子能谱及氢气程序升温还原等技术表征了催化剂的物化性质,利用固定床微型石英反应器评价了催化剂对甲苯氧化反应的催化活性.结果表明,xPt/yCo3O4/3DOMAl2O3催化剂具有多级孔结构(大孔孔径为180–200 nm,介孔孔径为4–6 nm),比表面积为94?102 m2/g.粒径为18.3 nm的 Co3O4纳米粒子和粒径为2.3?2.5 nm的 Pt纳米粒子均匀分散在3DOM Al2O3表面.在xPt/yCo3O4/3DOM Al2O3催化剂中,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3拥有最高的 Oads浓度、最好的低温还原性和最高的甲苯氧化反应催化活性(当空速为20000mL g–1 h–1时,甲苯转化率达90%的反应温度为160oC).基于催化剂的活性数据和结构表征,我们认为,1.3Pt/8.9Co3O4/3DOM Al2O3优异的催化性能与其高分散的 Pt纳米粒子、高的 Oads浓度、好的低温还原性、Pt和 Co3O4纳米粒子间的强相互作用以及多级孔结构相关.     

Recent Advances in Preferential Oxidation of CO in H2 Over Gold Catalysts

Recent studies have revealed that supported gold catalysts exhibit comparable or superior catalytic performance relative to platinum group metals, especially at low temperatures, in the preferential oxidation of CO under excess H₂ (CO-PROX). Complete conversion of CO with good selectivity of O₂ for CO₂ and highly stable catalyst performance in the presence of CO₂ and H₂O are considered to be essential for the successful development of CO-PROX catalysts for application in polymer electrolyte membrane fuel cells. The performance of supported gold catalysts in the CO-PROX reaction has been shown to be dependent on the characteristics of gold (size, oxidation state, and its interaction with other metal/oxides), nature of the support (size, composition, preparation method, presence of promoters, and doping with other metal ions), and reaction conditions (temperature and feed composition). Complete CO conversion has been achieved in the presence of certain gold catalysts below 100 °C. The unresolved issues in CO-PROX include the undesired oxidation of H₂, detrimental effects of CO₂ and/or H₂O, and long-term stability of the catalysts. To address these issues, the catalytic activity of gold supported on simple oxides such as TiO₂, CeO₂, Al₂O₃, and Fe₂O₃ has been improved dramatically by the addition of promoters, alteration of the gold-oxide support interface, and modification of the oxide supports. Recently, nanoporous gold has also been recognized to be promising for this reaction. This review highlights recent developments of unsupported and supported gold catalysts for the CO-PROX reaction.     

Partial Oxidation of Methane to Syngas Using Lattice Oxygen of La1-xSrxFeO3

Catalytic partial oxidation of methane to syngas using the lattice oxygen of La1-xSrxFeO3 perovskite oxide catalysts in place of molecular oxygen was studied. La1-xSrxFeO3 (x＝0, 0.1, 0.2,0.5) perovskite oxides were prepared by the "auto-combustion method". XRD analysis showed that all La1-xSrxFeO3 samples have a single-phase perovskite-type oxide. The redox properties of the catalysts were investigated by temperature programmed reduction with hydrogen (H2-TPR). Reducibility of the catalysts increase with the increasing of the Sr2+ content. The oxygen species of the catalysts and their reaction with CH4 were studied by the temperature programmed surface reaction (CH4-TPSR). In the absence of gas phase oxygen, there exist two kinds of oxygen species on the catalysts. One kind of the oxygen species with strong oxidative ability is produced first, which can oxidize CH4 completely to CO2 and H2O.Then, the second oxygen species with weak oxidative ability is formed, which can oxidize CH4 partially to CO and H2 with high selectivity. The number of the oxygen species with strong oxidative ability in the CH4-TPSR tends to become zero at low x values (x≤0.1). Under suitable reaction conditions, switching alternatively the reactions of 11% O2-Ar and 11% CH4-He over a La0.sSr0.2FeO3 catalyst at 900 ℃ allows methane to be selectively converted to synthesis gas (CH4 conversion ～90%, CO selectivity ＞93%) using the lattice oxygen of the perovskite oxide catalyst in a redox mode.     

费-托合成Co/ZrO2-Al2O3催化剂反应性能的研究

以ZrOCl2·6H2O和AlCl3为原料,采用共沉淀方法制得一系列不同ZrO2质量分数的ZrO2-Al2O3混合氧化物载体;并以该混合氧化物为载体,采用初湿浸渍法制得钴质量分数为12％的Co/ZrO2-Al2O3催化剂。XRD、NH3-TPD、TPR和原位IR等表征结果表明,随着混合载体中ZrO2质量分数的增加,载体比表面积先增加后减少,混合载体的平均孔径则小于单一氧化物ZrO2和Al2O3的平均孔径。ZrO2和Al2O3载体混合后会导致氧化物的比表面积和酸性增大并且有新的物相生成。当混合氧化物用作载体时,能够抑制载体表面金属钴的分散,改变催化剂的还原行为,降低催化剂对CO物种的吸附能力。CO加氢反应表明,与单一金属氧化物相比,钴负载ZrO2-Al2O3混合氧化物催化剂的加氢活性和重质烃选择性有所降低。     

碱 性 载 体 对 负 载 型ＣｏＯ 催 化 剂 催 化 性 能 的 影 响

采用XRD、TPR、TPD、XPS和催化活性评价等技术,考察了负载型CoO催化剂的表面性质和其对CH4与CO2重整制合成气反应的催化性能.实验结果表明,碱性载体或助剂MgO和La2O3的添加能有效地改善CoO催化剂的表面结构、抗积炭能力和还原性能,CoO/MgO催化剂显示出最佳的催化反应稳定性,在750℃、GHSV=2500h-1、CH4/CO2原料比为1:1下,连续反应100h内催化剂活性较为稳定,CoO/MgO和CoO/γ-Al2O3催化剂的表面性质本质上是不相同的.     

Selective catalytic reduction of NO by propane over CoO(x)/Al2O3: an investigation of the surface reactions using in situ infrared spectroscopy

The partial oxidation of propane and the mechanism of the selective catalytic reduction (SCR) of NO by C3H8 over CoO(x)/Al2O3 catalysts were investigated using in situ infrared spectroscopy. Emphases are placed on the formation and reactivity of surface oxygenates during the SCR reaction. The SCR reaction starts with partial oxidation of propane to adsorbed acetate and formate. Impregnation of cobalt onto alumina greatly enhanced this reaction. The as-formed acetate acts as an efficient reductant for NO reduction. Surface nitrates (nitrites) are also reactive to propane and to oxygenates generated from C3H8 + O2 reaction. Surface -NCO species are formed over CoO(x)/Al2O3 catalysts. These nitrogen containing organic species are believed to be the direct intermediates in the final formation of N2. On the basis of these investigations, a proposed reaction mechanism explains the formation and roles of all intermediates detected by IR spectroscopy in this study.     

Investigation of the physicochemical properties of CuO-CoO binary metal oxides supported on γ-Al2O3 and their activity for NO removal by CO

The dispersion and physicochemical behaviors of CuO-CoO binary metal oxides supported on γ-Al(2)O(3) were characterized by XRD, LRS, XPS, H(2)-TPR, and in situ FT-IR techniques. Their activities were evaluated by NO-CO model reaction. The results indicated that (a) for lower loadings, CuO and CoO were able to be highly dispersed on the surface of γ-Al(2)O(3) support; (b) the interaction between dispersed CuO and CoO upon γ-Al(2)O(3) was discussed in the view of incorporation model. According to this model and obtained results, the surface dispersed Cu-O-Co species were considered to exist on the surface of γ-Al(2)O(3); (c) CO or/and NO adsorption FT-IR results evidenced that the surface dispersed copper species could be reduced to lower valence by CO and the NO adsorption species converted with the increase in the temperature; (d) the surface dispersed Cu-O-Co species could be reduced to active Cu-□-Co species by CO among the mixture atmosphere. The formation of the surface synergetic oxygen vacancy (SSOV) was a crucial factor in the process of the NO-CO reaction. And a possible reaction pathway was tentatively proposed to discuss the NO-CO reaction based on all of these results.     

Synergetic effect of surface and subsurface Ni species at Pt-Ni bimetallic catalysts for CO oxidation

Various well-defined Ni-Pt(111) model catalysts are constructed at atomic-level precision under ultra-high-vacuum conditions and characterized by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning tunneling microscopy. Subsequent studies of CO oxidation over the surfaces show that a sandwich surface (NiO(1-x)/Pt/Ni/Pt(111)) consisting of both surface Ni oxide nanoislands and subsurface Ni atoms at a Pt(111) surface presents the highest reactivity. A similar sandwich structure has been obtained in supported Pt-Ni nanoparticles via activation in H(2) at an intermediate temperature and established by techniques including acid leaching, inductively coupled plasma, and X-ray adsorption near-edge structure. Among the supported Pt-Ni catalysts studied, the sandwich bimetallic catalysts demonstrate the highest activity to CO oxidation, where 100% CO conversion occurs near room temperature. Both surface science studies of model catalysts and catalytic reaction experiments on supported catalysts illustrate the synergetic effect of the surface and subsurface Ni species on the CO oxidation, in which the surface Ni oxide nanoislands activate O(2), producing atomic O species, while the subsurface Ni atoms further enhance the elementary reaction of CO oxidation with O.     

N_2O分解催化剂Co-Al尖晶石型复合氧化物制备参数的优化

以柠檬酸为配合剂,用溶胶-凝胶法制备了一组不同组成的Co-Al复合氧化物(CoAl_2O_4、CoCo0.5Al1.5O4、CoCoAlO_4、CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4、Co_3O_4),用于催化分解N_2O.用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了结构表征,考察了复合氧化物组成、母液pH值、配合剂用量等制备参数对催化剂活性的影响.结果表明:用Al取代Co_3O_4中部分Co制备Co-Al复合氧化物,提高了催化剂的比表面积和催化活性,其中组成为CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4、母液pH=2、柠檬酸/金属离子(摩尔比)为1的催化剂活性较高.在CoCo_(1.5)Al_(0.5)O_4表面浸渍K2CO3溶液制得K改性催化剂,弱化了钴-氧化学键,提高了催化活性.其中0.02K/CoCo1.5Al0.5O4催化剂在有氧有水气氛400℃连续反应50h,N_2O转化率达97.1%.     

铜基催化剂用于一氧化碳催化消除研究进展

催化消除CO主要包括CO的完全氧化(CO-COOX)和优先氧化(CO-PROX).首先,结合本课题组的相关研究,按照催化剂体系介绍了Cu基催化剂在CO-COOX中的活性物种和组分之间的相互作用.其次,对用于富氢气氛下CO-PROX的Cu基催化剂进行了系统的分类总结,重点阐述了CuO-CeO2催化剂的制备方法、助剂改性、载体调变以及过渡金属离子掺杂(CuO/Ce1-xMxO2)、反相结构(CeO2/CuO)等方面对CO-PROX催化性能的影响.最后,总结了Cu基催化剂在CO-PROX中存在的问题,并展望了未来的研究趋势.     

Effect of cobalt precursors on the dispersion, reduction, and CO oxidation of CoO(x)/γ-Al2O3 catalysts calcined in N2

The present work tentatively investigated the effect of cobalt precursors (cobalt acetate and cobalt nitrate) on the physicochemical properties of CoO(x)/γ-Al(2)O(3) catalysts calcined in N(2). XRD, Raman, XPS, FTIR, and UV-vis DRS results suggested that CoO/γ-Al(2)O(3) was obtained from cobalt acetate precursors and CoO was dispersed on γ-Al(2)O(3) below its dispersion capacity of 1.50 mmol/(100 m(2) γ-Al(2)O(3)), whereas Co(3)O(4)/γ-Al(2)O(3) was obtained from cobalt nitrate precursors and Co(3)O(4) preferred to agglomerate above the dispersion capacity of 0.15 mmol/(100m(2) γ-Al(2)O(3)). Compared with Co(3)O(4)/γ-Al(2)O(3), CoO/γ-Al(2)O(3) catalysts were difficult to be reduced and easy to desorb oxygen species at low temperatures and presented high activities for CO oxidation as proved by H(2)-TPR, O(2)-TPD, and CO oxidation model reaction results. A surface incorporation model was proposed to explain the dispersion and reduction properties of CoO/γ-Al(2)O(3) catalysts.