钴基F-T合成重质烃催化剂载体效应的研究

 考察了ZrO2,Al2O3和SiO2等载体对Co基催化剂上CO加氢反应性能的影响．结果表明,载体的特性明显影响CO转化率、产物分布及链增长几率．氧化态催化剂上的钴主要以Co3O4形态存在,其晶粒大小的顺序为Co／ZrO2＜Co／SiO2＜Co／Al2O3．XPS测试结果表明,载体与钴之间存在着相互作用．     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能

采用溶剂法合成了热稳定性高的金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier),用此材料为载体负载钴催化剂用于CO的催化氧化反应,并与Al2O3负载的钴催化剂进行了对比.采用热重-差热扫描量热(TG-DSC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的结构性质进行了表征.TG和N2物理吸附-脱附结果表明,载体MIL-53(Al)有好的稳定性和高的比表面积;XRD以及TEM结果表明Co/MIL-53(Al)上负载的Co3O4颗粒粒径(平均约为5.03 nm)明显小于Al2O3上Co3O4颗粒粒径(平均约为7.83 nm).MIL-53(Al)的三维多孔结构中分布均匀的位点能很好地分散固定Co3O4颗粒,高度分散的Co3O4颗粒有利于CO的催化氧化反应.H2-TPR实验发现Co/MIL(Al)催化剂的还原温度低于Co/Al2O3催化剂的还原温度,低的还原温度表现为高的催化氧化活性.CO催化氧化结果表明,MIL-53(Al)负载钴催化剂的催化活性明显高于Al2O3负载钴催化剂,MIL-53(Al)负载钴催化剂在160°C时使CO氧化的转化率达到98%,到180°C时CO则完全转化,催化剂的结构在催化反应过程中保持稳定.     

贵金属对钴基催化剂上肉桂醛选择加氢反应的影响

 研究了贵金属改性的Co／γ－Al2O3催化剂上的肉桂醛选择加氢反应．结果表明，通过Pt，Pd和Ru贵金属改性，提高了催化剂的活性，但只有Pt改性的催化剂具有较高的选择性．w（Pt）＜0．5％时，催化剂的活性随着Pt含量的增加呈直线升高，当w（Pt）＝0．5％时，催化剂活性可提高近5倍，但催化剂的选择性变化很小．XRD结果表明，催化剂经还原后，γ－Al2O3上的钴主要为α－Co0．TPR结果表明，Pt的加入提高了Co3O4的还原性能，且Pt含量越高，Co3O4的还原温度越低．XPS结果表明，Pt改性的催化剂样品，其Co3O4大部分被还原为Co0．由于Pt与Co具有协同效应，故Pt改性的Co／γ－Al2O3催化剂既具有较高的活性，又具有很高的选择性．     

锆改性钴基费-托合成催化剂催化性能的研究

 考察了助剂锆和金属钴负载量对锆改性Co／Al2O3催化剂催化性能的影响．结果表明，锆助剂能够高度分散在氧化铝载体上，而活性组分钴以一定尺寸存在；锆的添加能够明显地提高Co／Al2O3催化剂的催化活性和C5＋烃选择性，但助剂锆含量对催化剂催化性能的影响不大；在锆存在下，催化剂的催化活性随金属钴含量先升高后降低．进一步的研究表明，催化剂上烃形成速率的提高可能是由于锆助剂能够增加催化剂的活性位数目，增强桥式CO吸附的强度，在Co－ZrO2间形成界面．     

Co/γ-Al_2O_3催化剂上肉桂醛的选择加氢──反应性能的考察

研究了γ－Al2O3负载的Co／γ－Al2O3催化剂上肉桂醛的选择加氢反应．反应结果表明,以CoCl2作为前驱物的Co／γ－Al2O3催化剂的选择性要高于以Co（NO3）2作为前驱物的Co／γ－Al2O3催化剂,而活性则正好相反．当钴的负载量小于9％时,随着钴负载量的增加,催化剂的活性和选择性随之增加,当钴的负载量大于9％时,随着钴负载量的增加,Co／γ－Al2O3催化剂的活性略有增加,而生成肉桂醇的选择性变化也很小,认为9％的钴负载量是催化剂反应活性和选择性的一个阈值．在所选定的范围内,反应温度和压力对肉桂醛加氢的选择性几乎没有影响．     

负载型铜钴氧化物协同催化 H2O2/HCO3-降解苯酚

近年来,环境污染特别是水的严重污染使其治理成为一个极具挑战性的课题.各种污染物复杂的化学成分和催化剂在处理过程中的浸出、寿命及成本等问题是导致众多氧化催化剂难以实际应用的主要原因.相对而言, H2O2是一种活性氧含量高、清洁并可在温和条件下使用的氧化剂,在各种高级氧化技术中受到广泛关注.而碳酸氢盐是一种弱碱性物质,在自然界及水体系中广泛存在,且无明显毒害.它可活化 H2O2,加快其氧化各种有机物,并在废水处理领域开始受到关注.该体系的明显优势在于处理体系始终处于微碱性环境,可以有效避免金属氧化物催化剂在处理过程中由于体系酸化而带来的催化剂流失,从而延长催化剂寿命,降低催化剂成本.
　　本文采用浸渍法制备了一种双金属铜、钴氧化物催化剂及相关的对照催化剂体系,利用碳酸氢盐活化 H2O2用于降解苯酚模拟废水.通过各种空白实验发现,负载于γ-Al2O3表面的钴、铜氧化物催化剂 CuO?Co3O4@γ-Al2O3具有最好的催化降解活性,而 CuO@γ-Al2O3, Co3O4@γ-Al2O3, CuO?Co3O4及 CuO和 Co3O4的物理混合物均表现出较差的催化性能.由此可见,在 CuO?Co3O4@γ-Al2O3催化剂中,铜、钴离子在苯酚降解过程中存在协同效应,这可能与催化剂中钴、铜金属离子的相互作用相关. X射线衍射和 X射线光电子能谱结果表明,反应前后 CuO?Co3O4@γ-Al2O3催化剂中金属的氧化状态并未发生改变,在使用过程中钴离子的浸出率可以忽略,铜离子的浸岀率也仅有0.6 ppm.荧光分析实验和自由基捕获实验表明,只有添加?O2-和?OH的捕获剂能明显抑制降解反应,因而推测该反应体系对有机物的降解是一个自由基氧化过程,起关键作用的可能是?O2-和?OH.     

还原氧化石墨烯/碳纳米管/Co_3O_4三元复合材料的制备与电化学性能

将低温水热反应和低温热处理相结合,制备了含还原氧化石墨烯(RGO)、碳纳米管(CNTs)和Co3O4的三元纳米复合材料RGO-CNTs-Co3O4;利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了合成产物的相组成和微观结构,分析了其形成过程;并利用电化学测试装置测定了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,在合成反应过程中,氧化石墨烯被还原剂肼还原为石墨烯,同时在石墨烯和CNTs表面生成氢氧化钴;再经低温热处理得到RGO-CNTs-Co3O4三元复合材料.Co3O4纳米颗粒均匀分散在由RGO片层和CNTs组成的三维网络结构中;这种三维网络结构既有利于电子和离子的传输,又能够有效抑制Co3O4在脱嵌锂过程中因体积变化引起的结构破坏.总体而言,合成的新型三元复合材料具有高的比容量以及良好的循环性能与倍率性能.     

钴系尖晶石型复合氧化物的甲烷催化燃烧性能研究

采用共沉淀法合成了钴系尖晶石型Co0.5 M0.5 Co2O4(M=Mg、Zn、Ce)复合氧化物催化剂,考察了其对甲烷催化燃烧反应的催化活性,并运用FT-IR、XRD、BET及H2-TPR等技术对催化剂进行了表征.实验结果表明,Co0.5 Ce0.5 Co2 O4催化剂有较高的催化活性,与CoO. 5Mg0.5 Co2 O4和Co0.5Zn0.5Co2 O4催化剂相比,Co0.5 Ce0.5Co2 O4催化剂有较高的晶格畸变率、较大的比表面积和孔容、较小的晶粒度、较强的氧活动性和较低的甲烷催化燃烧表观活化能.     

可动氧与载体对钴基催化剂的乙烷氧化脱氢性能的影响

 报道了未担载的氧化钴与担载在SiO2和Al2O3上的氧化钴的乙烷氧化脱氢行为,发现未担载的氧化钴在150℃的低温下就有活性．XRD研究表明,Co3O4为活性晶相组分,其含量与催化剂的焙烧温度密切相关,经500℃和1000℃焙烧的未担载的氧化钴中Co3O4晶相分别占100％和66％．对于担载型氧化钴催化剂,载体与氧化钴间的相互作用以及不同的氧化钴担载量导致催化性能发生明显改变．氧化钴与载体间的作用越强,催化活性越低．Co3O4也是担载型氧化钴催化剂的活性晶相．催化剂的O2－TPD－MS和H2－TPR研究结果表明,反应的活性氧物种为在低温下易脱除和易还原并具有较高流动性的可动氧．     

助剂镍/钴对磷化钨催化剂加氢精制性能的影响

在共浸渍法制备磷化钨／γ-Al2O3催化剂基础上，分别加人1％、3％、5％、7％和9％(占活性组分比例)的助剂镍或钴，制得负载30％含助剂镍／钴磷化钨／γ-Al2O3系列催化剂，考察了助剂及其加人比例对催化剂加氢脱硫和加氢脱氮性能的影响．结果表明，加人适当比例的助剂镍或钴，有利于提高磷化钨／γ-Al2O3催化剂的加氢脱硫活性，当助剂含量分别为5％镍或7％钴时，催化剂的噻吩加氢脱硫率最高；助剂镍对磷化钨／γ-Al2O3催化剂的加氢脱氮反应不利，而加人适当比例助剂钴有利于提高催化剂加氢脱氮活性，当助剂钴含量为5％时，催化剂吡啶加氢脱氮率最高．温度对磷化钨／γ-Al2O3催化剂加氢精制性能有一定影响，高温有利于加氢脱硫反应，低温有利于加氢脱氮反应．     

MgO负载Fe基催化剂选择性合成单/双/多壁碳纳米管

通过浸渍及水热处理获得MgO负载的Fe基催化剂,并将其用于化学气相沉积过程裂解甲烷获得碳纳米管.结果表明,单/双/多壁碳纳米管可选择性地生长在Fe负载量不同的Fe/MgO催化剂上.当Fe负载量仅为0.5%时,铁原子在载体表面烧结为0.8～1.2nm的铁颗粒,碳在这种小颗粒上以表面扩散为主,导致单壁碳纳米管形成,并且单壁碳纳米管的选择性高达90%.当Fe负载量提高到3%时,铁原子聚集成约2.0nm的颗粒,在化学气相沉积中生长碳纳米管时,碳在Fe催化剂颗粒中的体相扩散的贡献增大,在表相扩散和体相扩散的共同作用下,双壁碳纳米管的选择性显著增高.当进一步增加Fe负载量时,铁原子烧结形成1～8nm的颗粒,经过化学气相沉积,在催化剂上生长了单、双、多壁碳纳米管.随着Fe在MgO载体上负载量的增加,管径、管壁数以及半导体管的含量都增加.本研究提供了一种适合大批量选择性生长单/双/多壁碳纳米管的方法.     

高性能核壳结构催化剂PdRu@Pt/CNT的制备

采用两步沉积还原法制备了一种以PdRu合金为核、以铂为壳,以碳纳米管(CNT)为载体的核壳结构低铂催化剂PdRu@Pt/CNT.该催化剂对于甲醇催化氧化的单位位质量铂的活性可达自制20%Pt/CNT催化剂的1.7倍,且其正扫和反扫峰的峰电流密度之比(/_f//_b)高达2,是Pt/CNT催化剂/_f//_b值的2倍,表明通过将活性组分铂分散在PdRu核上,有效地提高了金属铂的分散度和铂的利用率,且通过壳层铂原子与核中钌及钯的相互作用,大大提高了催化剂对甲醇氧化中间体的去除能力.X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的结果揭示了催化剂的核壳结构.另外,从TEM还可以看出:活性组分均匀地分布在碳纳米管载体上,活性组分粒径约为4.0 nm.由于这种催化剂能够有效提高铂的利用效率,并且有效消除甲醇氧化中间体,在低温燃料电池领域具有良好的应用前景.     

Pt/纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能

以不同质量比的铂、纳米碳管、活性炭为催化层制备空气电极并测定其稳态极化曲线和交流阻抗.研究发现,纳米碳管经硝酸处理后其氧还原反应性能得到提高,特别是将表面氧化后再沉积Pt,对氧的电还原反应影响更显著.以质量比4∶1的活性炭/纳米碳管载Pt制备的空气电极,在过电位ηc为500～600mV下,氧还原电流可达600～700mA·cm-2.EIS测试表明,纳米碳管载Pt后的欧姆极化阻抗和电化学阻抗均非常小.     

多巴胺为前驱体过渡金属与N共同掺杂的碳纳米管催化剂ORR性能研究

采用多巴胺的自氧化聚合在多壁碳纳米管表面进行聚合沉积修饰,经热处理可得到氮掺杂的碳纳米管催化剂,通过调整沉积次数可控制表面聚多巴胺C-N膜的厚度,从而调控N的掺杂量.研究沉积次数对多壁碳纳米管催化剂表面形貌、化学组成及原子结合形态的影响,并考察N掺杂的多壁碳纳米管催化剂的氧还原反应活性.在此基础上,用多巴胺配合Mn、Fe离子进行共同聚合沉积,热处理后得到Mn(Fe)、N共同掺杂的多壁碳纳米管催化剂,对催化剂进行了多种测试和电化学表征.循环伏安和线性扫描的电化学表征表明,N掺杂可有效提高催化剂的氧还原反应(ORR)活性,C-N膜的厚度会影响催化剂性能,Mn(Fe)-N@MWCNTs催化剂的氧还原活性高于只有N掺杂的催化剂,两种催化剂氧还原反应均为4电子反应路径,可直接将氧气还原成H_2O,且F e-N@MWCNTs催化剂表现出较好的抗甲醇能力.SEM照片可以看到聚多巴胺在碳纳米管表面形成C-N膜;R aman分析表明聚多巴胺沉积后提高了催化剂表面的无序性,缺陷增多;XPS表征显示过渡金属的掺杂改变了CN_x的结合状态.     

CVD growth of single-walled carbon nanotubes with narrow diameter distribution over Fe/MgO catalyst and their fluorescence spectroscopy

Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with a narrow diameter distribution are synthesized by thermal chemical vapor deposition (CVD) of methane over Fe/MgO catalyst on the basis of parametric study considering Fe loading, reaction temperature and time, methane concentration, and structure of a support material. We found that the porous MgO support gives the SWNTs with a narrow diameter distribution with the mean diameter and standard deviation of 0.93 and 0.06 nm, respectively, only when the Fe loading and reaction temperature are relatively low. The higher Fe loading and/or the higher reaction temperature enlarged the nanotube diameter, forming double-walled carbon nanotubes (DWNTs) in addition to SWNTs. This result indicates that only the diameter of Fe nanoparticles determines the growth of either SWNTs or DWNTs on the MgO support. The fluorescence and absorption spectra of the nanotube dispersion in D(2)O solution with sodium dodecyl sulfate (SDS) were studied to identify their chirality distribution. The fluorescence of the uniform-diameter SWNTs indicates the formation of the near armchair structures. On the other hand, the SWNTs synthesized over the catalyst with a high Fe loading, 3 wt %, showed a wide chirality distribution including the near zigzag structure. The synthesis of the SWNTs with a narrow diameter distribution could be applied to the selection of SWNTs with a specific chirality based on postsynthesis separation.     

TiO2纳米管负载Pd-Ag催化1,2-二氯乙烷的选择性加氢脱氯

以二氧化钛纳米管为载体,分别采用光沉积法和浸渍法制备负载Pd和Ag的双金属催化剂,并考察它们对1,2-二氯乙烷选择性加氢脱氯的行为。催化剂的UV-Vis,XRD,XPS等表征结果显示,在Ag负载量相近的情况下,光沉积法制备的催化剂较浸渍法制备的催化剂具备更显著的Ag富集现象。催化剂对1,2-二氯乙烷活性评价的结果表明,在Ag负载量相近时,光沉积法制备的催化剂对乙烯具有更高的选择性,且随着Ag负载量的提高,催化剂对乙烯选择性也逐渐增强。     

TiO_2纳米管负载Pd-Ag催化1,2-二氯乙烷的选择性加氢脱氯

以二氧化钛纳米管为载体,分别采用光沉积法和浸渍法制备负载Pd和Ag的双金属催化剂,并考察它们对1,2-二氯乙烷选择性加氢脱氯的行为。催化剂的UV-Vis,XRD,XPS等表征结果显示,在Ag负载量相近的情况下,光沉积法制备的催化剂较浸渍法制备的催化剂具备更显著的Ag富集现象。催化剂对1,2-二氯乙烷活性评价的结果表明,在Ag负载量相近时,光沉积法制备的催化剂对乙烯具有更高的选择性,且随着Ag负载量的提高,催化剂对乙烯选择性也逐渐增强。     

Synthesis, characterization, and stability of Fe-MCM-41 for production of carbon nanotubes by acetylene pyrolysis

Fe-substituted MCM-41 molecular sieves with ca. 1, 2, and 3 wt % Fe were synthesized hydrothermally using different sources of colloidal silica (HiSil and Cab-O-Sil) and characterized by ICP, XRD, N2 physisorption, UV-vis, EPR, TPR, and X-ray absorption. Catalysts synthesized from Cab-O-Sil showed higher structural order and stability than those from HiSil. The local environment of Fe in the mesoporous material as studied by UV-vis reveals the dominance of framework Fe in all the as-synthesized Fe-MCM-41 samples. Dislodgement of some Fe species to extraframework location occurs upon calcination, and this effect is more severe for Fe-MCM-41 (2 wt %) and Fe-MCM-41 (3 wt %), as confirmed by EPR and X-ray absorption. These materials have been used as catalytic templates for the production of carbon nanotubes (CNTs) by acetylene pyrolysis at atmospheric pressure. A relationship between the Fe loading in MCM-41 and the carbon species produced during this reaction has been established. Using our optimized conditions for this system, Fe-MCM-41 with ca. 2 wt % Fe showed the best results with particularly high selectivity for single-wall carbon nanotube (SWNT) production. This catalyst was selective for carbon nanotubes with a low amount of amorphous carbon for a narrow range of temperatures from 1073 to 1123 K. To account for the different selectivity of these catalysts for CNTs production, the local environment and chemical state of Fe in the used catalyst was further probed by X-band EPR.     

湿法纯化碳纳米管阵列及其对碳纳米管阵列形貌的影响

采用酸溶液处理方法对垂直于衬底生长的碳纳米管阵列的纯化进行了研究. 利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等手段对纯化前后的碳纳米管阵列的结构、形貌及化学组成进行表征. 实验结果表明, 通过控制条件, 酸溶液处理方法能够在有效地去除催化剂粒子等杂质的同时又保持阵列的相对完整性. 纯化后的碳纳米管阵列会促进其在电子学领域的进一步应用.     

Wet Purification of Aligned Carbon Nanotube Arrays and Its Impact on the Morphology of the Carbon Nanotube Arrays

A simple acid treatment method was applied to remove the catalyst impurities and other residues contaminated in the vertically aligned carbon nanotube arrays. We demonstrated that acid treatment was an efficient approach for aligned carbon nanotube purification. Scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were used to characterize the morphology of the aligned carbon nanotube arrays and to determine the efficiency of the purification. Using hydrochloric acid could efficiently eliminate catalyst impurities and retain the original structures of the aligned carbon nanotube arrays. The method provided a simple, economical, and effective way to purify the aligned carbon nanotubes, and it would promote the applications of vertically aligned carbon nanotube arrays in electronic field.