利用原位红外光谱确证Ru/SBA-15的加氢活性位点（英文）

Ru/SBA-15催化剂具有高的氢气活化能力,因此被广泛应用在加氢和氢解反应中.一般认为Ru/SBA~-15催化剂的高活性与金属Ru的高分散有关,然而有研究发现在氧化硅载体上还存在溢流的氢,这部分溢流氢也很可能参与加氢和氢解反应.这就产生了两个关键性的问题:(1)Ru/SBA~-15的催化加氢活性中心是什么,是金属Ru还是载体SBA-15;(2)在金属Ru上解离的H是如何迁移到载体上的.因此,加氢活性位点及其形成机理的确认对理解Ru/SBA~-15催化剂的高活性至关重要.原位红外光谱可从分子层面研究在工作状态的催化剂表面活性位点的状态,进而推测可能的反应机理.通过与催化剂Pd/SBA-15,Ru/Al_2O_3和SBA-15比较发现,在氢气氛围中Ru/SBA-15催化剂的原位红外谱图中存在一个独特的位于1996cm~(-1)的峰.由于在Pd/SBA-15,Ru/Al_2O_3和SBA-15上都不存在这个峰,因此该峰的形成是金属Ru和SBA-15相互作用的结果.此外,Si–O键在位于1866 cm~(-1)的合频峰不随氢气氛围变化而变化,因此可排除这个峰属于Si–O键振动的倍频峰.为了排除该峰的产生是由于CO的吸附,我们采用脉冲引入CO的方法,发现在低的CO覆盖率下,红外谱图中位于2068 cm~(-1)处出现了一个CO在Ruδ+上的线性吸附峰.随着CO覆盖率增加,该峰逐渐蓝移至2075 cm~(-1),同时位于2132 cm~(-1)处的峰强度增强了,这两个峰都归属于Run+(CO)x物种的振动峰.这些CO的化学吸附强度都很高,即使在He气中吹扫1 h后仍然存在,而1996 cm~(-1)峰的形成是可逆的.此外,低CO覆盖率下生成的吸附峰(2068 cm~(-1))的强度低于1996 cm~(-1)峰的强度,因此可以排除1996cm~(-1)峰属于CO吸附峰的可能.既然1996 cm~(-1)峰的形成是可逆的,将这个峰归属于载体上氢的可能性也可排除,因为形成载体上氢的过程是不可逆的.另外,形成1996 cm~(-1)峰的速率还证明了这个峰不属于金属Ru上吸附的氢,因为金属Ru上氢的吸附是很快的.通过以上分析,我们推断1996 cm~(-1)峰应该指认为在Ru和SBA-15界面处位点的红外峰.为了证明这一点,我们制备了不同Ru负载量的Ru/SBA-15催化剂,发现这个界面处位点峰的峰面积与金属Ru颗粒在载体上形成交界面的周长成正比,而峰达到稳态所需时间与Ru颗粒大小成反比.这说明H2在金属Ru上发生解离吸附后迁移到Ru和SBA-15界面处,形成了Ru–H–Si物种.当金属Ru的颗粒比较小时,与载体形成交界面的周长小,Ru–H–Si物种的数量少,体现在红外谱图上峰的峰面积小,但解离的氢迁移到该界面所需时间变短了.当金属Ru的颗粒比较大时,与载体形成交界面的周长大,Ru–H–Si物种的数量多,1996 cm~(-1)峰的峰面积大,但解离氢的迁移慢了.此外,H-D交换实验还证明这个界面处的位点具有加氢活性.与文献报道的孤立Si–H物种的红外峰位置比较发现,Ru–H–Si物种具有明显的峰红移现象,说明该物种中的Si–H键活性很高,这可能是由于金属Ru将电子转移至Si–H键的结果.总之,以上结果清晰地表明这个1996 cm~(-1)峰归属为结构是Ru–H–Si的活性位点.     

丙酸水相加氢反应中Ru负载量对C—C键断裂的影响

考察了(1.0%、4.0%、6.0%)Ru/ZrO2催化剂的丙酸水相加氢性能.采用N2物理吸附、CO脉冲化学吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO和丙酸吸附傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了Ru/ZrO2催化剂的物理化学性质.COFTIR表明,Ru负载量增加,催化剂表面Ru粒子的富电子程度增加,更接近金属Ru的本征特性.丙酸FTIR表明,丙酸分子在Ru/ZrO2催化剂表面经解离吸附主要形成丙酰基和丙酸盐物种.随Ru含量增加,丙酰基更容易发生脱羰反应,导致C—C键断裂.     

丙酸水相加氢反应中Ru负载量对C-C键断裂的影响

考察了（1.0、4.0、6.0 wt.%）Ru/ZrO2催化剂的丙酸水相加氢性能。采用N2物理吸附、CO脉冲化学吸附、H2程序升温还原（H2-TPR）、CO和丙酸吸附傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究了Ru/ZrO2催化剂的物理化学性质。CO-FTIR表明,Ru负载量增加,催化剂表面Ru粒子的富电子程度增加,更接近金属Ru的本征特性。丙酸FTIR表明,丙酸分子在Ru/ZrO2催化剂表面经解离吸附主要形成丙酰基和丙酸盐物种。随Ru含量增加,丙酰基更容易发生脱羰反应,导致C-C键断裂。     

类水滑石Mg3Al1-xFex负载Ir催化剂在肉桂醛加氢反应中的应用:Fe的促进作用

水滑石类化合物 (LDH) 的层板金属阳离子组成具有可调变性,通过将具有变价特性的过渡金属定量引入 LDH 层板,经热处理后可以得到具有高比表面积和层板金属原子级分散的混合金属氧化物,后者可广泛用作催化剂载体.如三元Mg-Al-Fe 类水滑石材料在光催化、H2S 选择性氧化和乙苯脱氢等反应中表现出较好的活性.Ir 催化剂在α,β-不饱和醛加氢反应中具有较好的活性,Fe 修饰 Ir 催化剂可提高不饱和醇选择性,但有关 Fe 的作用以及 Fe 与活性组分 Ir 间的相互作用本质还不是很清楚.本文以类水滑石材料 Mg3Al1–xFex为载体,采用等体积浸渍法制备了 Ir 催化剂,并用于肉桂醛加氢反应,通过考察 Fe的加入对 Ir 电子和几何结构的影响揭示了 Fe 的加入对活性和选择性的影响规律.结果表明,当 x 从 0 (Ir/Mg3Al) 增加到 1 (Ir/Mg3Fe) 时,肉桂醛加氢的反应速率在 x = 0.25 时达到最大值,肉桂醇选择性从 44.9% 增加到 80.3%,且不随肉桂醛转化率的增加而改变.透射电镜结果表明,Ir 纳米粒子的粒径随着 x 的增加未发生明显变化,均为 1.7±0.2 nm.H2程序升温还原结果发现 Ir 可以促进 Fe3+的还原且两者之间存在相互作用.X射线光电子能谱结果表明,Fe 的掺杂没有改变催化剂表面Ir0和 Ir4+含量的比值,但当 Fe 含量增加时,Fe2+2p3/2向高结合能方向偏移,且 Ir04f7/2向低结合能方向偏移,说明电子从 Fe2+转移到 Ir,形成了富电子的 Ir 物种和缺电子的 Fe 物种.富电子的 Ir 物种有利于肉桂醛分子中的 C=O 键在其表面吸附,并且和 Ir 相邻的 Fen+物种可以作为亲电位点吸附肉桂醛分子中氧,从而极化和活化 C=O 键,因而催化剂活性和选择性增大.采用吸附 CO 红外光谱表征了催化剂表面的几何结构,2058–2069 cm-1处出现了 CO 吸附峰,归属于 Ir0表面 CO 的线性吸附,高波数 2069 cm-1的吸附峰归属于 CO 在高配位 Ir 位点 (平台) 的吸附,低波数 2058 cm-1的吸附峰归属于 CO 在低配位Ir 位点 (台阶、角、楞) 的吸附.随着 Fe 含量的增加,CO 吸附峰蓝移 11 cm-1,表明 Fe 的加入改变了催化剂表面 Ir 的几何结构,低配位 Ir 位点减少,高配位 Ir 位点增多.高配位 Ir 位点 (平台) 有利于肉桂醛分子中 C=O 键的吸附,从而提高了肉桂醇的选择性.总之,Fe 的加入虽然没有明显改变 Ir 纳米粒子的粒径,但却改变了其电子和几何结构,从而提高了催化剂活性和选择性.     

预处理方法对Ru/SBA-15催化丙三醇氢解反应性能的影响(英)

使用浸渍法结合不同预处理方法制备了一系列的Ru/SBA-15催化剂,并将其应用于丙三醇氢解反应中.使用N_2吸附-脱附、X射线衍射、CO化学吸附以及透射电子显微镜等方法对所制备Ru/SBA-15进行了表征.结果表明,催化剂前驱体经过空气焙烧后再经H_2还原的Ru/SBA-15催化剂上Ru的分散度较低,而直接使用H_2处理较高.同时,随着H_2还原温度提高,Ru分散度逐渐降低.保持反应活性接近时,随着Ru分散度的降低,TOF增加.表明Ru/SBA-15催化剂上丙三醇氢解是结构敏感反应.     

预处理方法对Ru/SBA-15催化丙三醇氢解反应性能的影响(英)

使用浸渍法结合不同预处理方法制备了一系列的Ru/SBA-15催化剂,并将其应用于丙三醇氢解反应中.使用N₂吸附-脱附、X射线衍射、CO化学吸附以及透射电子显微镜等方法对所制备Ru/SBA-15进行了表征.结果表明,催化剂前驱体经过空气焙烧后再经H₂还原的Ru/SBA-15催化剂上Ru的分散度较低,而直接使用H₂处理较高.同时,随着H₂还原温度提高,Ru分散度逐渐降低.保持反应活性接近时,随着Ru分散度的降低,TOF增加.表明Ru/SBA-15催化剂上丙三醇氢解是结构敏感反应.     

Au/SBA-15表面位点的红外光谱表征

CO催化氧化反应是多相金催化反应中研究最为广泛的反应体系之一,但对于金表面活性位点之电荷状态(电正性Au~(δ+),电中性Au~0,电负性Au~(δ-))的理解仍然存在着分歧.选用介孔SBA-15作为载体,阳离子[Au(en)_2]~(3+)为前驱体,通过离子交换法制备了Au/SBA-15催化剂.采用漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)研究了CO探针分子在Au/SBA-15催化剂表面的吸附状态及在不同条件下的演化情况. Au/SBA-15制备过程中的热处理步骤对其吸附CO能力有较大影响.在只经过还原处理的样品上,由于残余的乙二胺配体覆盖了金表面位点,没有吸附CO的能力.需进行还原-焙烧-二次还原处理后, Au/SBA-15才有吸附CO的能力. CO吸附在Au/SBA-15出现两个红外特征吸收峰:2111和2076 cm~(-1).它们对应于两种电荷状态的Au位点:Au~0和Au~(δ-). CO在Au~0吸附强度比在Au~(δ-)上更强.而Au~(δ-)上吸附的CO(CO-Au~(δ-))则与O_2有更高的反应活性.     

醇预处理载体制备的 Ir-Re/SiO2催化剂上甘油氢解反应

甘油是生物柴油的副产物,将其转化为高附加值的化学品,能提高生物柴油产业的经济性.1,3-丙二醇是聚酯和聚氨酯的单体,也用于合成医药和用作有机合成中间体,甘油直接催化氢解反应制1,3-丙二醇极具发展潜力.另外,甘油是生物质转化的重要平台分子之一,与目标产物的分子结构相比较,生物质平台分子通常含有过多的含氧基团,尤其是多余的羟基,通过甘油氢解反应研究多羟基的选择性活化和脱除,可以加深对生物质脱氧规律的认识.因此,研究甘油氢解反应制1,3-丙二醇催化剂和工艺,不仅具有潜在的应用前景,而且具有重要理论价值.然而,目前的甘油氢解催化剂性能还不够高,我们希望通过一些表面改性的方法处理载体硅胶,从而改变金属前驱体与载体表面的作用.因此,本文使用 C1–C4的正构醇处理硅胶载体,其负载的 Ir-Re催化剂上甘油氢解反应转化率从42.7%提高到59.5%,仲羟基脱除收率从21.6%提高到28.3%.研究发现,当处理载体所用正构醇的碳数从1增加到3时,对应催化剂上甘油转化率逐渐增加至最高;但当使用更正丁醇时,对应催化剂上甘油转化率下降.为了探究催化剂活性改变的原因,我们首先采用红外光谱(FT-IR)和氮气物理吸附确定烷氧基基团嫁接到硅胶载体上.程序升温还原结果发现,预处理载体相应的催化剂开始还原温度降低,表明在这些催化剂上形成了颗粒尺寸较小的Ir粒子. X-射线衍射分析发现,在新鲜的和使用后的催化剂上均未检测出Re物种的衍射峰,说明Re高度分散于催化剂表面.吸附吡啶的FT-IR结果表明,未处理和丙醇预处理硅胶负载的催化剂上均没有强酸位,它们的B/L酸比值相近,约为3.3.催化剂的吸附COFT-IR结果表明, CO线性吸附于Ir/SiO2催化剂上的主要吸收峰位置在2084 cm–1;而Re的加入使得该吸收峰红移,表明Ir和ReOx物种之间存在相互作用.透射电镜(TEM)、H2-程序升温脱附和NH3-程序升温脱附结果发现,醇预处理催化剂上具有更多的Ir-ReOx界面,而界面位点的数量与甘油转化率大小一致,表明Ir-ReOx位点可能就是甘油氢解的活性中心.反应后催化剂的TEM结果表明,醇预处理催化剂上的Ir颗粒要小于未处理催化剂的,其中丙醇预处理硅胶负载的催化剂上Ir粒径最小.这是由于醇处理催化剂上存在很多孤立的Si–OH,它们与金属前驱体相互作用有利于形成较小的金属颗粒.这些孤立的Si-OH则是由于表面烷氧基基团的隔离作用所形成的.当处理载体所用正构醇的碳数从1增加到3时,烷氧基的碳链变长,分隔作用越好,阻止金属前驱体聚集的程度越强,因而Ir物种和Re物种的分散度增加.但是当处理醇的碳数增加到4时,形成的表面烷氧基基团可能阻止了Re物种和Ir物种间相互作用,从而使得Ir和Re物种的分散度均降低,相应催化剂活性随之降低.     

负载Ru催化剂金属表面活性结构的研究

运用原位FT-IR光谱和TPSR-MS等技术研究了负载Ru催化剂的金属表面状态. 结果表明催化剂中存在二类静态活性中心: (1)体现金属Ru本征特性的S_1中心, (2)金属与载体相互作用而产生的S_2中心. 在吸附CO及其加氢反应过程中, S_1中心上处于边、角、棱位置等配位不饱和的金属Ru原子或原子簇经CO剥蚀而产生的动态S_3活性中心. CO在S_1中心上以Ru~0—CO线式态吸附的, 其IR谱带位于1980～2060 cm~(-1)之间. Ru~0—CO在H_2流中进行程序升温加氢反应的TPSR-MS图上出现450 K左右的低温甲烷峰. 焙烧温度升高, 则在TPSR-MS谱图上出现两个甲烷峰, 600±50 K的高温甲烷峰归属为S_2中心上以Ru~(δ+)-CO线式态吸附CO加氢所致. IR谱图中的2075±50 cm~(-1)峰代表Ru~(δ+)-CO. IR谱中2135±5和2075±5 cm~(-1)这对峰的出现反映了S_3中心的形成.     

类水滑石Mg_3Al_(1–x)Fe_x负载Ir催化剂在肉桂醛加氢反应中的应用:Fe的促进作用（英文）

摘要:水滑石类化合物(LDH)的层板金属阳离子组成具有可调变性,通过将具有变价特性的过渡金属定量引入LDH层板,经热处理后可以得到具有高比表面积和层板金属原子级分散的混合金属氧化物,后者可广泛用作催化剂载体.如三元Mg-Al-Fe类水滑石材料在光催化、H_2S选择性氧化和乙苯脱氢等反应中表现出较好的活性.Ir催化剂在α,β-不饱和醛加氢反应中具有较好的活性,Fe修饰Ir催化剂可提高不饱和醇选择性,但有关Fe的作用以及Fe与活性组分Ir间的相互作用本质还不是很清楚.本文以类水滑石材料Mg_3Al_(1–x)Fe_x为载体,采用等体积浸渍法制备了Ir催化剂,并用于肉桂醛加氢反应,通过考察Fe的加入对Ir电子和几何结构的影响揭示了Fe的加入对活性和选择性的影响规律.结果表明,当x从0(Ir/Mg_3Al)增加到1(Ir/Mg_3Fe)时,肉桂醛加氢的反应速率在x=0.25时达到最大值,肉桂醇选择性从44.9%增加到80.3%,且不随肉桂醛转化率的增加而改变.透射电镜结果表明,Ir纳米粒子的粒径随着x的增加未发生明显变化,均为1.7?0.2 nm.H_2程序升温还原结果发现Ir可以促进Fe~(3+)的还原且两者之间存在相互作用.X射线光电子能谱结果表明,Fe的掺杂没有改变催化剂表面Ir~0和Ir~(4+)含量的比值,但当Fe含量增加时,Fe~(2+)2p_(3/2)向高结合能方向偏移,且Ir~04f_(7/2)向低结合能方向偏移,说明电子从Fe~(2+)转移到Ir,形成了富电子的Ir物种和缺电子的Fe物种.富电子的Ir物种有利于肉桂醛分子中的C=O键在其表面吸附,并且和Ir相邻的Fe~(n+)物种可以作为亲电位点吸附肉桂醛分子中氧,从而极化和活化C=O键,因而催化剂活性和选择性增大.采用吸附CO红外光谱表征了催化剂表面的几何结构,2058–2069 cm~(-1)处出现了CO吸附峰,归属于Ir~0表面CO的线性吸附,高波数2069 cm~(-1)的吸附峰归属于CO在高配位Ir位点(平台)的吸附,低波数2058 cm~(-1)的吸附峰归属于CO在低配位Ir位点(台阶、角、楞)的吸附.随着Fe含量的增加,CO吸附峰蓝移11 cm~(-1),表明Fe的加入改变了催化剂表面Ir的几何结构,低配位Ir位点减少,高配位Ir位点增多.高配位Ir位点(平台)有利于肉桂醛分子中C=O键的吸附,从而提高了肉桂醇的选择性.总之,Fe的加入虽然没有明显改变Ir纳米粒子的粒径,但却改变了其电子和几何结构,从而提高了催化剂活性和选择性.     

氧化铈负载钌催化剂中钌表面密度对氨合成活性和氢中毒的影响

氨是关系国计民生的大宗化学品,也是氢能源的重要载体.目前,世界合成氨工业每年消耗约2％的世界总能源,并排放超过1％的CO2,节能降耗需求十分迫切,其中的关键在于高性能氨合成催化剂的开发.传统观点认为,B5活性位是钌催化剂上氮解离和氨合成的活性位,当钌粒子尺寸在1.8～2.5 nm时催化剂的B5活性位数量最多,而钌尺寸较小(0.7～0.8 nm)的催化剂几乎没有氨合成活性.本文通过改变钌负载量调变了氧化铈负载钌催化剂的钌表面浓度,证实钌粒子尺寸低于2.0nm时,氧化铈负载钌催化剂也具有较高的氨合成活性.XPS等表征结果证实:钌表面密度低于0.68 Ru nm-2时,钌主要以层状形式存在于氧化铈表面,层状钌与氧化铈紧密接触,电子从氧化铈的缺陷位传递给钌物种,在这种情况下,Ru 3d5/2的结合能有所下降,氮解离能力增强,这有利于提高催化剂的氨合成活性;当钌表面密度约为0.68 Ru nm-2时,钌金属传递电子给氧化铈,此时Ru 3d5/2结合能有所增加;当钌表面密度高于1.4 Ru nm-2后,钌物种优先在层状钌表面聚集成大尺寸钌纳米粒子,此时催化剂中同时存在钌团簇和钌纳米粒子,氧化铈载体对钌粒子电子性质的影响减弱,因此大尺寸钌金属颗粒Ru 3d5/2结合能又有所下降.另一方面,氢分子会在氧化铈表面形成均裂产物(两个OH基团)或异裂产物(Ce-H和OH).同时氢分子还会在0价钌金属表面解离形成氢原子,并进一步溢流到氧化铈表面与氧原子作用形成羟基.钌活性位上的氢物种比氧化铈中的氢更容易脱附,因此氧化铈中钌的存在不仅可以增强其氢吸附量,还降低了氢物种的吸附强度.当钌表面密度低时,氧化铈与钌的相互作用较强,催化剂中的氢物种容易溢流到氧化铈中形成羟基基团,此时催化剂的氢吸附能力增强,氢中毒问题较显著.当钌表面密度较高时,氢原子在大尺寸钌颗粒上移动、反应和脱附,因此催化剂的氢中毒问题也得到显著缓解.总之,对于氧化铈负载钌催化剂,氧化铈与钌金属之间的电子相互作用以及其吸附性质都会影响催化剂的氨合成活性,因此钌表面密度低于0.31 Ru nm-2以及约为2.1 Ru nm-2时,催化剂都展现出了较高的氨合成活性.本文将为设计制备高性能钌基氨合成催化剂提供理论指导.     

Reverse hydrogen spillover on and hydrogenation of supported metal clusters: insights from computational model studies

"Reverse" spillover of hydrogen from hydroxyl groups of the support onto supported transition metal clusters, forming multiply hydrogenated metal species, is an essential aspect of various catalytic systems which comprise small, highly active transition metal particles on a support with a high surface area. We review and analyze the results of our computational model studies related to reverse hydrogen spillover, interpreting available structural and spectral data for the supported species and examining the relationship between metal-support and metal-hydrogen interactions. On the examples of small clusters of late transition metals, adsorbed in zeolite cavities, we showed with computational model studies that reverse spillover of hydrogen is energetically favorable for late transition metals, except for Au. This preference is crucial for the chemical reactivity of such bifunctional catalytic systems because both functions, of metal species and of acidic sites, are strongly modified, in some cases even suppressed - due to partial oxidation of the metal cluster and the conversion of protons from acidic hydroxyl groups to hydride ligands of the metal moiety. Modeling multiple hydrogen adsorption on metal clusters allowed us to quantify how (i) the support affects the adsorption capacity of the clusters and (ii) structure and oxidation state of the metal moiety changes upon adsorption. In all models of neutral systems we found that the metal atoms are partially positively charged, compensated by a negative charge of the adsorbed hydrogen ligands and of the support. In a case study we demonstrated with calculated thermodynamic parameters how to predict the average hydrogen coverage of the transition metal cluster at a given temperature and hydrogen pressure.     

Sustained Hydrogen Spillover on Pt/Cu(111) Single-Atom Alloy: Dynamic Insights into Gas-Induced Chemical Processes

Hydrogen spillover, involving the surface migration of dissociated hydrogen atoms from active metal sites to the relatively inert catalyst support, plays a crucial role in hydrogen-involved catalytic processes. However, a comprehensive understanding of how H atoms are driven to spill over from active sites onto the catalyst support is still lacking. Here, we examine the atomic-scale perspective of the H spillover process on a Pt/Cu(111) single atom alloy surface using machine-learning accelerated molecular dynamics calculations based on density functional theory. Our results show that when an impinging H₂ dissociates at an active Pt site, the Pt atom undergoes deactivation due to the dissociated hydrogen atoms that attach to it. Interestingly, collisions between H₂ and sticking H atoms facilitate H spillover onto the host Cu, leading to the reactivation of the Pt atom and the realization of a continuous H spillover process. This work underscores the importance of the interaction between gas molecules and adsorbates as a driving force in elucidating chemical processes under a gaseous atmosphere, which has so far been underappreciated in thermodynamic studies.     

Assembled Organoruthenium(II) for Formaldehyde Decomposition and Hydrogen Production

Formaldehyde decomposition is not only an attractive method for hydrogen production, but also a potential approach for gaseous formaldehyde removal. In this research, we prepare some assembled organoruthenium through coordination reaction between Ru(p-Cymene)Cl₂ and bridge-linking ligands. It is a creative approach for Ru(p-Cymene)Cl₂ conversion into heterogeneous particles. The rigidity of bridge-linking ligand enables assembled organoruthenium to have highly ordered crystalline structure, even show clear crystal lattice with spacing of 0.19 nm. XPS shows the N−Ru bond are formed between bridge-linking ligand and Ru(p-Cymene)Cl₂. The assembled organoruthenium has high abundant active sites for formaldehyde decomposition at low temperature. The reaction rate could increase linearly with temperature and formaldehyde concentration, with a TOF of 2420 h⁻¹ at 90 °C. It is promising for gaseous formaldehyde decomposition in wet air or nitrogen. Formaldehyde conversion is up to 95 % over Ru-DAPM is 4,4′-diaminodiphenylmethane at 90 °C in air. Gaseous formaldehyde decomposition is a two-steps process under oxygen-free condition. Firstly, formaldehyde dissolve in water, and be converted into hydrogen and formic acid through formaldehyde-water shift reaction. Then intermediate formic acid will further decompose into hydrogen and carbon dioxide. We also find formaldehyde decomposition is a synergetic catalysis process of oxygen and water in moist air. Oxygen is conducive to formic acid desorption and decomposition on the active sites, so assembled organoruthenium exhibit slightly higher conversion for formaldehyde decomposition in moist air. This work proposes a distinctive method for gaseous formaldehyde decomposition in the air, which is entirely different from formaldehyde photocatalysis or thermocatalysis oxidation.     

Tuning the hydrogen and hydroxyl adsorption on Ru nanoparticles for hydrogen electrode reactions via size controlling

Controlling the particle size of catalyst to understand the active sites is the key to design efficient electrocatalysts toward hydrogen electrode reactions including hydrogen oxidation and evolution (HOR/HER). Herein, the hydrogen and hydroxyl adsorption on Ru/C could be effectively tuned for HOR/HER by simple controlling the particle sizes. It is found that the metallic Ru (Ru⁰) is the active site for HOR/HER, while oxidized Ru (Ru^x+) will hinder the adsorption and desorption of hydrogen on the catalyst. For the HOR, catalyst with small particles is more efficient, due to it is a three-phase interface reaction of gas on the surface of the catalyst. For the HER, the metallic state of Ru is crucial. The deconvolution of hydrogen peaks indicates that the catalytic sites with low hydrogen binding energy (HBE) shoulder the majority of the HOR activity. CO stripping curve further demonstrates that the stronger hydroxyl species (OH_ad) affinity is beneficial to promote the HOR performance. The results indicate that the design of efficient HOR/HER catalyst should focus on the balance between particle size and metallic states.     

甲烷干重整反应用Ni-Ru/MgAl类水滑石催化剂的研究

采用焙烧记忆法分别制备Ni/Mg Al O和NiRu/Mg Al O类水滑石催化剂用于甲烷干重整反应.利用XRD、TPR、TG、XPS、CO2-TPD、TEM等表征催化剂的结构及失活特征,发现在Ni/Mg Al O中添加Ru,有利于增加催化剂表面Ni含量,并促进Ni2+的还原.不同Mg/Al比双金属催化剂中,7Ni-0.15Ru/Mg2.5Al催化剂具有较高的催化活性,这归结为该催化剂适宜的碱性、较高表面Ni含量以及小尺寸的Ni0物种.添加Ru明显抑制Ni/Mg Al O催化剂表面的丝状碳的形成.而7Ni-0.15Ru/Mg2.5Al较强的抗积碳性能与其较小Ni0晶粒尺寸及适宜催化剂碱性有关.     

Spontaneous formation of platinum particles on electrodeposited palladium

Pt particles have been spontaneously formed on the electrochemically deposited Pd layer on ITO substrate. SEM reveals that the Pt particles spontaneously formed on the Pd surface are uniformly distributed. The as-prepared material (denotes as Pt–Pd/ITO) as electrode shows a higher activity for ethanol oxidation than that of Pd/ITO. The mechanism is tentatively explained as that the H dehydrogenated from ethanol on Pt can efficiently spillover to the underneath Pd, resulting in an enhanced kinetics. The rapid removal of H on the Pt active sites accelerates the further adsorption of ethanol and dehydrogenation (oxidation). This work demonstrates a strategic method to spontaneous prepare small particles on the reductive species-containing substrates. The metal ion with a higher standard potential than that of hydrogen is theoretically possible to be spontaneously reduced to metal on hydrogenated Pd.     

The Origin of the Selectivity and Activity of Ruthenium‐Cluster Catalysts for Fuel‐Cell Feed‐Gas Purification: A Gas‐Phase Approach

Gas‐phase ruthenium clusters Ru_n⁺ (n=2–6) are employed as model systems to discover the origin of the outstanding performance of supported sub‐nanometer ruthenium particles in the catalytic CO methanation reaction with relevance to the hydrogen feed‐gas purification for advanced fuel‐cell applications. Using ion‐trap mass spectrometry in conjunction with first‐principles density functional theory calculations three fundamental properties of these clusters are identified which determine the selectivity and catalytic activity: high reactivity toward CO in contrast to inertness in the reaction with CO₂; promotion of cooperatively enhanced H₂ coadsorption and dissociation on pre‐formed ruthenium carbonyl clusters, that is, no CO poisoning occurs; and the presence of Ru‐atom sites with a low number of metal–metal bonds, which are particularly active for H₂ coadsorption and activation. Furthermore, comprehensive theoretical investigations provide mechanistic insight into the CO methanation reaction and discover a reaction route involving the formation of a formyl‐type intermediate.     

Easily Scalable Shell-Structured Copper Catalyst with High Activity and Durability for Carbon Dioxide Hydrogenation

Inducing strong metal-support interaction (SMSI) has been a useful way to control the structure of surface active sites. The SMSI often causes the encapsulation of metal particles with an oxide layer. Herein, an amorphous ceria shell was formed on Cu nanoparticles under a mild gas condition with high activity and durability for surface reaction. Cu−Ce solid solution promoted the transfer of surface oxygen species, which induced the ceria shell formation on Cu nanoparticles. This catalyst was used for CO₂ hydrogenation, selectively producing CO with high low-temperature activity and good durability for operation at high temperature. CO₂ activation and H₂ spillover could occur at low temperatures, enhancing the activity. The shell prevented the sintering, assuring durability. This catalyst was applied to a bench-scale reactor without loss in performance, resulting in high CO productivity in all temperature ranges.