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相似文献
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1.
CO2大量排放导致的全球气候变化对人类社会的发展造成不利影响,控制CO2排放是摆在全人类面前的一项紧迫任务.利用太阳能等可再生能源获得的绿氢将CO2转化为以甲醇为代表的燃料和化学品,即太阳燃料合成,不仅能够实现CO2的减排利用,而且能够将可再生能源储存于液体燃料,对缓解全球气候变化和能源危机具有重要的战略意义.CO2加氢制甲醇是衔接当下化石能源时代和未来可再生能源时代的重要桥梁,亦是实现碳达峰、碳中和目标切实可行的路径之一.高效、稳定的CO2加氢制甲醇催化剂是实现这条路径的关键因素.在众多催化剂中,以ZnZrOx为代表的固溶体催化剂因具有高甲醇选择性、良好热稳定性、可抗硫中毒特性而备受关注.因此,设计和开发更高效的ZnZrOx固溶体催化剂对于CO2加氢制甲醇规模化应用尤为重要.本文分别利用蒸氨法和共沉淀法制得了相同组成的ZnZrOx固溶体催化剂,并用于催化CO...  相似文献   

2.
气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO2持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO2排放.捕获CO2并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO2净排放的有效措施.其中, CO2催化加氢制甲酸(HCOOH)是碳捕获与利用(CCU)的有效途径之一,其产物HCOOH可用于防腐剂、牲畜饲料抗菌剂和食品添加剂,也可作为氢载体和直接甲酸燃料电池的燃料.目前,工业上生产HCOOH的工艺包括两个步骤:甲醇和CO在强碱条件下反应生成甲酸甲酯(HCO2CH3),随后水解为HCOOH.该工艺利用来自化石燃料的两种原料,排放出大量CO2,同时在水解步骤中使用了过量的酸性水,因此对生态环境产生一定的危害.近年来,以CO2为可再生原料合成HCOOH被广泛研究,人们探索了电化学、光化学、生物和热化学反应等多种途径将CO2还原为HCOOH,以期实现CO  相似文献   

3.
化石燃料的广泛使用导致大气中CO2的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H2将CO2转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO2浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO2加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO2加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO2加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO2通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO2加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO2加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe5C2,ε-Fe2C,Fe7C3和θ-Fe3C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe3C现还存在一些争议.在CO2加氢反应中Fe3O4催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO2加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO2加氢反应对载体敏感性较强,Al2O3,ZrO2和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO2加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO2加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.  相似文献   

4.
化石燃料的广泛使用导致大气中CO2的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H2将CO2转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO2浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO2加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO2加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO2加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO2通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO2加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO2加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe5C2,ε-Fe2C,Fe7C3和θ-Fe3C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe3C现还存在一些争议.在CO2加氢反应中Fe3O4催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO2加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO2加氢反应对载体敏感性较强,Al2O3,ZrO2和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO2加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO2加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.  相似文献   

5.
铜基催化剂可被广泛应用于CO2加氢制甲醇,其催化活性高度依赖载体.本文通过St?ber法合成了SiO2纳米微球,将其作为载体制备了Cu-Zn O@Si O2催化剂;将该催化剂应用于CO2加氢制甲醇,并与常规共沉淀法制备的Cu-Zn O催化剂进行了对比.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)和二氧化碳程序升温脱附(CO2-TPD)等手段对催化剂进行了表征.结果表明,Cu-Zn O@Si O2催化剂具有更高的Cu分散性和CO2吸附能力,Si O2的加入提高了催化剂表面Cu+/Cu0的比例,从而影响了催化性能.研究发现,在H2/CO2摩尔比为3,230℃,2.0 MPa和气体体积空速为3600 m L·g  相似文献   

6.
随着能源短缺和环境问题日益突出, 寻找清洁和可再生能源来替代化石燃料是本世纪科学家面临的最紧迫的任务之一. 为了实现我国“双碳”战略目标, 利用太阳能将二氧化碳(CO2)转化为清洁燃料和化学品是实现社会可持续发展的途径之一. 催化剂是CO2光还原技术的核心组成部分, 其可以吸附气态CO2分子, 在可见光照射下将CO2还原为一氧化碳(CO)、 甲酸(HCOOH)、 甲醇(CH3OH)或甲烷(CH4)等能源小分子. 目前, 新型CO2还原光催化体系的开发取得了很好的进展. 本文综合评述了近年来均相及非均相丰产金属卟啉类催化剂在光催化CO2还原中的研究进展, 并对在金属卟啉均相催化剂作用下, CO2光还原为CO或CH4的反应机理分别进行了介绍, 还讨论了金属卟啉基多孔有机聚合物与卟啉有机金属框架在光催化CO2方面的重要应用. 最后, 对可见光驱动卟啉类金属配合物催化的CO2还原的发展前景进行了展望.  相似文献   

7.
采用催化加氢的方式将CO2转化为甲醇,既可以减少CO2排放,又制备了化学品,该反应具有重要的研究意义.氧化铟(In2O3)作为CO2加氢制甲醇催化剂,由于其较高的CO2活化能力和甲醇选择性,被科研工作者广泛研究.其中,将具有良好解离H2能力的过渡金属元素引入In2O3(M/In2O3)是有效提高催化剂性能的策略之一,然而,M/In2O3体系催化CO2加氢反应机理及活性位点仍不清楚.本文引入Co制备了In-Co二元金属氧化物催化剂应用于CO2加氢制甲醇,结果表明,相较于In2O3,In-Co催化剂性能有很大提升,其中In1-Co4催化剂上甲醇时空产率(9.7 mmol·gcat-1 h-1)是In2O3(2.2 mmol·gcat-1 h-1)的近5倍(反应条件:P=4.0 MPa,T=300℃,GHSV=24000 cm3 STP gcat-1 h-1,H2/CO2=3).值得注意的是,尽管Co是金属元素的主体,In-Co催化剂中Co催化CO2甲烷化的活性受到明显抑制.本文还通过多种技术系统研究了催化剂结构与反应选择性转变间的关系.采用电感耦合等离子体发射光谱、粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电子显微镜等对催化剂结构以及表面性质进行了表征.结果表明,在H2还原气氛诱导下,In-Co催化剂表面发生重构,形成以CoO为核,以In2O3为壳的核壳结构,其在高压反应后仍能保持稳定;更重要的是,该核壳结构可以显著增强In-Co催化剂吸附及活化CO2的能力.CO2加氢反应动力学研究表明,Co催化剂上H2分压对CO2加氢为零级反应,而H2分压在In-Co上的反应级数为正数;In-Co催化剂上,CO2分压的反应级数接近于零,表明CO2及其衍生物在In-Co的表面吸附饱和,但在纯Co上,则不会发生这种饱和吸附.通过原位DRIFTS研究了催化反应路径和关键中间物种的吸附及反应行为,发现CO2加氢在纯Co和In-Co上的催化机理均遵循甲酸盐路径.在该催化路径中,CO2首先加氢为甲酸盐(*HCOO)物种,随后加氢为甲氧基(*CH3O).*CH3O在Co催化剂上进一步加氢生成CH4,而*CH3O在In-Co催化剂上则会脱附生成CH3OH.根据表征结果,本文认为,在还原性气氛下,In-Co发生了重构并生成表面富In2O3的核壳状结构,显著提高了催化剂对CO2和含碳物种的吸附能力.Co和In-Co催化剂对CO2加氢反应选择性的差异归因于催化剂对CO2和对*HCOO等含碳中间物种的吸附稳定性不同.CO2及其衍生的含碳中间物种在In-Co催化剂上的吸附能力比在Co催化剂上强,形成了较合适的催化剂表面C/H比,从而使*CH3O能够脱附为CH3OH,而不是进一步加氢为CH4.综上,本文研究为高活性In-Co催化剂体系在CO2加氢反应中的催化机理及行为提供了解释,为金属-氧化铟(M-In2O3)催化剂体系的设计提供了参考.  相似文献   

8.
采用催化加氢的方式将CO2转化为甲醇,既可以减少CO2排放,又制备了化学品,该反应具有重要的研究意义.氧化铟(In2O3)作为CO2加氢制甲醇催化剂,由于其较高的CO2活化能力和甲醇选择性,被科研工作者广泛研究.其中,将具有良好解离H2能力的过渡金属元素引入In2O3(M/In2O3)是有效提高催化剂性能的策略之一,然而,M/In2O3体系催化CO2加氢反应机理及活性位点仍不清楚.本文引入Co制备了In-Co二元金属氧化物催化剂应用于CO2加氢制甲醇,结果表明,相较于In2O3,In-Co催化剂性能有很大提升,其中In1-Co4催化剂上甲醇时空产率(9.7 mmol·gcat-1 h-1)是In2O3(2.2 mmol·gcat-1 h-1)的近5倍(反应条件:P=4.0 MPa,T=300℃,GHSV=24000 cm3 STP gcat-1 h-1,H2/CO2=3).值得注意的是,尽管Co是金属元素的主体,In-Co催化剂中Co催化CO2甲烷化的活性受到明显抑制.本文还通过多种技术系统研究了催化剂结构与反应选择性转变间的关系.采用电感耦合等离子体发射光谱、粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电子显微镜等对催化剂结构以及表面性质进行了表征.结果表明,在H2还原气氛诱导下,In-Co催化剂表面发生重构,形成以CoO为核,以In2O3为壳的核壳结构,其在高压反应后仍能保持稳定;更重要的是,该核壳结构可以显著增强In-Co催化剂吸附及活化CO2的能力.CO2加氢反应动力学研究表明,Co催化剂上H2分压对CO2加氢为零级反应,而H2分压在In-Co上的反应级数为正数;In-Co催化剂上,CO2分压的反应级数接近于零,表明CO2及其衍生物在In-Co的表面吸附饱和,但在纯Co上,则不会发生这种饱和吸附.通过原位DRIFTS研究了催化反应路径和关键中间物种的吸附及反应行为,发现CO2加氢在纯Co和In-Co上的催化机理均遵循甲酸盐路径.在该催化路径中,CO2首先加氢为甲酸盐(*HCOO)物种,随后加氢为甲氧基(*CH3O).*CH3O在Co催化剂上进一步加氢生成CH4,而*CH3O在In-Co催化剂上则会脱附生成CH3OH.根据表征结果,本文认为,在还原性气氛下,In-Co发生了重构并生成表面富In2O3的核壳状结构,显著提高了催化剂对CO2和含碳物种的吸附能力.Co和In-Co催化剂对CO2加氢反应选择性的差异归因于催化剂对CO2和对*HCOO等含碳中间物种的吸附稳定性不同.CO2及其衍生的含碳中间物种在In-Co催化剂上的吸附能力比在Co催化剂上强,形成了较合适的催化剂表面C/H比,从而使*CH3O能够脱附为CH3OH,而不是进一步加氢为CH4.综上,本文研究为高活性In-Co催化剂体系在CO2加氢反应中的催化机理及行为提供了解释,为金属-氧化铟(M-In2O3)催化剂体系的设计提供了参考.  相似文献   

9.
CO2催化加氢被认为是生产高附加值化学品和燃料最实用的途径之一。然而由于其化学惰性、C–C键偶联过程的高能垒和诸多的竞争反应,因此,开发高效的催化剂以促进CO2的活化并转化为多样的化工产物显得至关重要。近年来,氧化铟因具有丰富的氧缺陷位点,在催化CO2加氢方面对甲醇的高选择性以及对CO2转化的高活性引起了人们的广泛关注。本工作主要对In2O3的结构及其与氧化物负载或金属元素掺杂的复合催化剂用于催化CO2加氢制备甲醇的催化性能进行了综述。探讨了In2O3与不同类型的分子筛的接近度和元素迁移在CO2加氢制烃类产物中的影响。并对In2O3基催化剂在CO2选择性加氢方面存在的挑战和发展方向进行了总结。  相似文献   

10.
随着二氧化碳(CO2)排放量的不断增加, 全球变暖和气候变化的加剧对人类的生存环境产生了巨大的影响. CO2作为廉价、 可再生的碳氧资源, 将其转化为高附加值化学品是绿色化学及能源领域的重要研究课题之一, 受到广泛关注. Pd基催化剂由于具有优异的加氢能力以及良好的抗烧结、 抗毒化性能, 作为CO2催化转化最有前途的催化剂被广泛应用和研究. 本文主要对Pd基催化剂上CO2加氢制备HCOOH, CO, CH4和甲醇等小分子能源化合物的研究进展进行综合评述, 重点关注Pd基催化剂上CO2分子的吸附/活化位点、 催化剂的金属-载体强相互作用及表界面组成等对催化剂活性和选择性的影响以及催化反应机理.  相似文献   

11.
通过可再生能源得到的氢气将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化学品,对于缓解全球变暖、改善生态环境和解决化石资源日益枯竭的难题具有重要的意义。通过加氢反应合成碳氢化合物,尤其是C2+烃类和含氧化合物愈来愈引起大家的研究兴趣。设计制备兼具二氧化碳活化和碳-碳键耦合的多功能催化剂仍然是一较大的挑战。本文总结了二氧化碳加氢合成长链烷烃、低碳烯烃、高级醇的最新研究进展,探讨了二氧化碳加氢所涉及的相关反应的热力学和动力学、反应机理和反应路径,并对现阶段报道的多相催化剂进行了归纳和分析,最后指出未来在二氧化碳加氢的多相催化过程中所面临的问题和发展方向。  相似文献   

12.
选择性加氢在功能材料合成和化学产品提纯等化工领域中有非常重要的应用,并且近年来为减少温室效应的影响,将CO_(2)催化选择性加氢转化成其他有应用价值的物质成为研究热点之一。其中热催化是应用较为广泛、易得到多种目标产物并且获得产品收率较高的方法。目前,利用CO_(2)多相热催化加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃等多种高价值的燃料和化学品已取得了一定进展,但仍存在一些难点问题,其中制备高效催化剂是催化加氢反应的关键问题之一。一直以来,研究人员致力于解决催化剂的活性和选择性问题,通过助剂掺杂和加入功能性载体对催化剂进行改性。针对这些问题,本文简要介绍了CO_(2)催化加氢的研究背景,总结了近5年来热催化CO_(2)加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃产品过程中使用催化剂的种类及对加氢反应的影响,期望为CO_(2)多相催化加氢中新型催化剂的开发提供参考。  相似文献   

13.
刘军辉  宋亚坤  宋春山  郭新闻 《应用化学》2020,37(10):1099-1111
CO2加氢和费托合成反应是C1化学中重要的研究领域,CO2加氢制备高附加值化学品和燃料有助于降低大气中CO2浓度,减轻化石燃料消耗的压力;费托合成反应是以非石油资源为原料生产液体燃料和化学品的重要路径。 开发新型、高效、稳定的催化剂是CO2加氢和费托合成反应的关键点之一。 利用金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料的特点制备的MOFs衍生催化剂在CO2加氢和费托合成反应中具有较好的应用前景。 本文综述了CO2加氢和费托合成反应中MOFs衍生催化剂的制备方法,以及催化剂在各反应中的催化性能,并对目前所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。  相似文献   

14.
近年来, 大气中CO2含量急剧增加, 导致了严重的温室效应. 将CO2作为C1资源转化为燃料或精细化学品引起了越来越多的关注. 开发高效、 稳定、 可回收利用的催化剂成为CO2资源化利用的关键. 在众多的CO2加氢催化剂中, 功能性多孔骨架材料固定型分子催化剂展示出优异的性能, 成为研究的热点之一. 功能性骨架材料, 如多孔有机聚合物(POPs)、 共价有机骨架(COFs)和金属有机骨架(MOFs), 具有比表面积大、 热稳定性高和可调性等特点, 在设计合成催化剂方面发挥着重要作用. 本文介绍了POPs/COFs/MOFs多孔骨架材料固定分子催化剂的开发及在催化CO2合成甲酸领域的最新进展.  相似文献   

15.
Using renewable green hydrogen and carbon dioxide (CO2) to produce methanol is one of the fundamental ways to reduce CO2 emissions in the future, and research and development related to catalysts for efficient and stable methanol synthesis is one of the key factors in determining the entire synthesis process. Metal nanoparticles stabilized on a support are frequently employed to catalyze the methanol synthesis reaction. Metal-support interactions (MSIs) in these supported catalysts can play a significant role in catalysis. Tuning the MSI is an effective strategy to modulate the activity, selectivity, and stability of heterogeneous catalysts. Numerous studies have been conducted on this topic; however, a systematic understanding of the role of various strengths of MSI is lacking. Herein, three Cu/ZnO-SiO2 catalysts with different strengths of MSI, namely, normal precipitation Cu/ZnO-SiO2 (Nor-CZS), co-precipitation Cu/ZnO-SiO2 (Co-CZS), and reverse precipitation Cu/ZnO-SiO2 (Re-CZS), were successfully prepared to determine the role of such interactions in the hydrogenation of CO2 to methanol. The results of temperature-programmed reduction (H2-TPR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization illustrated that the MSI of the catalysts was considerably affected by the precipitation sequence. Fourier transform infrared reflection spectroscopy (FT-IR) results indicated that the Cu species existed as CuO in all cases and that copper phyllosilicate was absent (except for strong Cu-SiO2 interaction). Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and N2O chemical titration results revealed that strong interactions between the Cu and Zn species would promote the dispersion of Cu species, thereby leading to a higher CO2 conversion rate and improved catalytic stability. As expected, the Re-CZS catalyst exhibited the highest activity with 12.4% CO2 conversion, followed by the Co-CZS catalyst (12.1%), and the Nor-CZS catalyst (9.8%). After the same reaction time, the normalized CO2 conversion of the three catalysts decreased in the following order: Re-CZS (75%) > Co-CZS (70%) > Nor-CZS (65%). Notably, the methanol selectivity of the Re-CZS catalyst was found to level off after a prolonged period, in contrast to that of Co-CZS and Nor-CZS. Investigation of the structural evolution of the catalyst with time on stream revealed that the high methanol selectivity of the catalyst was caused by the reconstruction of the catalyst, which was induced by the strong MSI between the Cu and Zn species, and the migration of ZnO onto Cu species, which caused an enlargement of the Cu/ZnO interface. This work offers an alternative strategy for the rational and optimized design of efficient catalysts.  相似文献   

16.
Cu/ZrO_2催化剂的结构及其CO_2加氢合成甲醇催化反应性能   总被引:3,自引:0,他引:3  
采用低温氮气吸脱附、XRD、TPR、In-situ IR和XPS等表征手段,对分步沉淀法、浸渍沉淀法和固态反应法制备的CuO/ZrO2催化剂进行表征,同时考察了其CO2加氢合成甲醇反应性能。结果表明,制备方法对CuO/ZrO2的物理结构和还原性能影响很大,其中浸渍沉淀法制备的催化剂Cu与ZrO2相互作用最强,并显示了较高的CO2转化率和甲醇收率。Cu与ZrO相互作用的强弱直接影响CO加氢合成甲醇反应性能的优劣,而催化剂的比表面积不是影响反应性能的主导因素。  相似文献   

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