MnO2的晶相结构和表面性质对低温NH3-SCR反应的影响

采用水热法合成了两种具有相同形貌但是不同物相结构的MnO₂纳米棒, 分别为隧道状和层状结构, 考察其低温NH₃选择性催化还原NO_x (NH₃-SCR)的性能. 结果表明MnO₂纳米棒的比表面积不是影响活性的主要因素, 催化剂的晶相结构和表面性质对催化活性有很大影响, 隧道状α-MnO₂纳米棒的低温NH₃-SCR活性明显高于层状δ-MnO₂纳米棒. 结构分析和NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)实验表明, α-MnO₂纳米棒的暴露晶面(110)面存在大量的配位不饱和Mn离子, 形成较多的Lewis 酸性位点, 而且α-MnO₂较弱的Mn―O键和隧道结构都有利于NH₃的吸附; 而δ-MnO₂纳米棒的暴露晶面(001)面上的Mn离子已达到配位饱和, 所以其表面Lewis 酸性位点较少. X射线光电子能谱(XPS)和热重(TG)分析表明α-MnO₂纳米棒的表面更有利于NH₃和NO_x的活化. 具有有利于吸附NH₃和活化NH₃和NO_x的表面性质和晶型结构, 是α-MnO₂纳米棒活性高的主要原因.     

Au/γ-MnO2催化剂催化无溶剂条件下甲苯氧化反应

采用氧化还原法制备了α, δ, γ-MnO₂载体, 采用原位还原法制备了Au负载量为0.5%-3.0%的Au/γ-MnO₂催化剂, 并采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和N₂物理吸附等手段对其进行了表征. 透射电镜照片表明Au/γ-MnO₂催化剂中Au颗粒的大小约为10 nm. 采用无溶剂存在下的甲苯氧化反应测试所制备样品的催化活性. 结果表明, 甲苯转化率随着Au负载量的增加而增大. 这是由于Au颗粒数量增多, 尺寸减小的缘故. 同时, 负载Au颗粒对苯甲醛具有较高的选择性. Au/γ-MnO₂催化剂具有良好的重复使用性.     

Pd(111), Pd(100)及Pd(110)表面H2和O2直接合成H2O2的密度泛函理论研究

采用周期性密度泛函理论研究了H₂和O₂在Pd(111),Pd(100)及Pd(110)表面上直接合成H₂O₂的反应机理,对反应的主要基元步骤进行了计算和分析.结果表明,Pd(111)表面对H₂O₂直接合成的催化选择性最好,表面原子密度较低的Pd(100)表面和Pd(110)表面上含有O-O键的表面物种解离严重,不利于H₂O₂的生成.H₂O₂的选择性与含有O-O键表面物种的O-O键能和表面物种的结合能有关.含有O-O键的表面物种在表面的结合能越大,越容易发生解离,不利于形成H₂O₂.     

表面Cu2O纳米颗粒修饰高效促进γ-Bi2MoO6的可见光催化活性

采用水热法在γ-Bi₂MoO₆光催化剂表面修饰了纳米级Cu₂O, 得到了具有高效可见光响应的复合光催化材料, 并利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等技术对其相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征. 在可见光条件下(λ>400 nm)考察了Cu₂O表面修饰对γ-Bi₂MoO₆光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的促进作用. 结果表明, 纳米级Cu₂O(~10 nm)颗粒均匀地修饰于γ-Bi₂MoO₆的表面, 使γ-Bi₂MoO₆的可见光吸收带发生明显红移, 且吸收强度大幅提高, 增强了复合材料光生电子-空穴对的分离效率, 从而使复合材料表现出较高的光催化活性. 当Cu₂O的表面修饰量为1.5%(w)时, 复合光催化剂降解MB的活性与纯γ-Bi₂MoO₆相比提高了6.4倍.     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]     

Ni-Co双金属催化剂上沼气重整制氢机理

用传统湿式浸渍法制备了La₂O₃掺杂的商业γ-Al₂O₃负载的沼气重整催化剂Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃, 并用程序升温加氢(TPH)、程序升温氧化(TPO)、程序升温表面反应(TPSR)、程序升温脱附(TPD)及脉冲实验对催化剂进行了表征. 结果表明, 沼气重整过程中Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上的表面碳物种主要来源于CH₄的裂解, CO₂的贡献很小. CH₄裂解能够产生三种活性不同的碳物种, 即C_α、C_β与C_γ. 随着反应的进行, C_α物种减小而C_β与C_γ物种增加, 且C_γ物种能够转变为惰性的石墨碳. 重整反应过程中CH₄与CO₂的活化能相互促进. 催化剂表面的O物种与C反应生成CO或与CH_x反应生成CH_xO再分解为CO与吸附态的H物种, 可能是Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上沼气重整的速率控制步骤.     

Au/α-Fe2O3 催化剂存贮失活环境因素及机理分析

 采用沉积沉淀法制备了 CO 低温氧化催化剂 Au/α-Fe₂O₃, 通过 X 射线衍射、X 射线光电子能谱、N₂ 吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、H₂ 程序升温还原和 CO₂ 程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征, 探讨了在室温大气气氛下光线照射以及表面吸附等环境因素所导致的催化剂存贮失活及其作用机理. 结果表明, 经 110 ^oC 干燥的 Au/α-Fe₂O₃催化剂表面同时存在 Au³⁺和 Au^δ+ (0 ≤ δ ≤ 1) 物种, 且前者催化 CO 氧化的活性更高; 在室温大气气氛下, 紫外线照射会引起 Au³⁺的还原和 Au 颗粒的生长, 导致催化剂的不可逆失活. 此外, 空气中的 H₂O 和 CO₂ 可同时吸附在 α-Fe₂O₃的表面, 形成表面碳酸盐物种, 会引起催化剂的可逆失活.     

Ce0.5+xZr0.4-xLa0.1O2-Al2O3催化剂催化燃烧柴油车碳烟

采用共沉淀法制备了系列Ce_0.5+xZr_0.4-xLa_0.1O₂-Al₂O₃催化剂, 其中0≤x≤0.4且Ce_0.5+xZr_0.4-xLa_0.1O₂与Al₂O₃的质量比为1:1. 考察了该系列催化剂对柴油车排放碳烟的催化燃烧性能, 并用低温N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和氧气程序升温脱附(O₂-TPD)等手段对催化剂进行了表征. 研究结果表明该系列催化剂均形成了具有立方萤石结构的固溶体. 当x=0.2时, Ce³⁺离子在催化剂表面有一定的富集, 此时催化剂具有最大的β氧脱附峰和最好的表面还原性能, 同时具有良好的催化碳烟氧化活性, 碳烟在该催化剂的起燃温度为360 °C, 具有较好的应用前景.     

α-MnO2和β-MnO2纳米棒的制备和催化性能研究

α-MnO₂ and β-MnO₂ nanorods were prepared directly by facile hydrothermal process at 150 ℃ and 220 ℃, respectively. The as-prepared α-MnO₂ and β-MnO₂ nanorods were shown to be phase-pure single crystallites as evidenced by XRD, TEM and SEM results. Further experiments show that the as-prepared α-MnO₂ and β-MnO₂ nanorods have catalytic effect on the oxidation and decomposition of the methylene blue(MB) dye with H₂O₂. The catalytic activity of β-MnO₂ is much higher than that of α-MnO₂.     

载体对钒铬氧化物催化剂结构及催化3-甲基吡啶氨氧化反应活性的影响

通过等体积浸渍法制备了Nb₂O₅,MgF₂,TiO₂和SiO₂负载和未负载的钒铬氧化物催化剂,并应用X射线衍射、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原和NH₃程序升温脱附对催化剂进行了表征. 结果表明,催化剂比表面积较大时有利于CrVO₄-I(单斜)的生成,比表面积较小则有利于CrVO₄-III(斜方)的生成. 在310-400℃下3-甲基吡啶氨氧化制备3-氰基吡啶反应中,具有较高催化活性的催化剂与V物种还原性较高和表面活性位数量较多有关; 而高的3-氰基吡啶选择性则与催化剂表面较低的酸性密切相关. 升高反应温度可大幅度提高催化剂的活性,且其选择性基本不变.     

表面修饰的钒氧化物纳米带上甲苯选择氧化反应

采用声化学水热法制备了V₂O₅纳米带,并将十六烷基膦酸负载在它和块状V₂O₅表面上,以修饰催化剂表面,通过调变催化剂中晶格氧活动性以及表面酸碱性来控制其催化甲苯氧化产物的选择性.结果表明,V₂O₅纳米带具有较强的晶格氧活动性,与普通块状V₂O₅相比,甲苯转化率更高,但苯甲醛和苯甲酸的总选择性下降.经过表面修饰后,V₂O₅纳米带的催化活性以及苯甲醛、苯甲酸总选择性增加;而块状V₂O₅上苯甲醛、苯甲酸总选择性更高,但催化活性显著下降.     

自组装型Pt/γ-Al2O3催化剂用于低温去除挥发性有机物

分别通过自组装法(AS)和浸渍法(WI)制备得到纳米催化剂Pt/γ-Al₂O₃-AS和Pt/γ-Al₂O₃-WI, 并用于评价甲苯、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯等易挥发性有机物(VOCs)的氧化性能. 通过各种表征手段探究了催化剂形态、结构及表面性质与催化剂氧化活性的关系. 结果表明, Pt/γ-Al₂O₃-AS在低温下即可实现VOCs的完全氧化. 在气体浓度(体积分数)为1000×10^-6, 空速为18000 mL·g^-1·h^-1的条件下, 甲苯、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯被Pt/γ-Al₂O₃-AS催化剂完全氧化的温度分别为130、135、145、215℃, 展现出了优异的氧化性能, 且具有很好的稳定性. 该催化剂较高的比表面积、较小的Pt纳米粒径、较好的Pt纳米颗粒分散度、更好的低温还原效果及丰富的表面羟基是具有较高催化活性的重要因素.     

镍基催化剂上稻草水蒸气重整制富氢合成气

采用浸渍法制备了SiO₂, γ-Al₂O₃, CaO和TiO₂负载的Ni催化剂, 以及不同MgO含量的MgO-7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂,利用X射线衍射和N₂吸附-脱附技术表征了催化剂的结构,在固定床反应器上评价了它们在稻草水蒸气催化重整制合成气反应中的催化性能,考察了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明, 以γ-Al₂O₃为载体时Ni催化剂活性最高,其中7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂的H₂收率可达1071.3ml/g,H₂:CO的体积比为1.4:1;同时,MgO的添加进一步提高了该催化剂的性能,当MgO含量为1.0%时,H₂收率可达1194.6ml/g,H₂:CO体积比可达3.9:1.可见MgO的加入促进了Ni基催化剂上稻草水蒸气催化重整制合成气反应的进行,同时使得合成气中CO发生水-汽转换反应,从而大大提高了合成气中H₂含量.     

纳米铁基催化剂在CO2加氢制烃中的性能

使用尿素沉淀凝胶、机械混合和等体积浸渍相结合的方法, 制备了一系列的纳米尺寸FeK-M/γ-Al₂O₃(M=Cd, Cu)催化剂, 采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2物理吸附、X射线衍射(XRD)光谱和H₂程序升温还原(H₂-TPR)仪对催化剂进行表征, 并在小型固定床反应器上考察其对CO₂加氢反应的催化性能. 结果表明:3 MPa, 400 °C, 3600 h^-1, H₂/CO₂摩尔比为3 的条件下, 15%(w, 下同)Fe10%K/γ-Al₂O₃催化剂可稳定运行100h 以上, CO₂转化率为51.3%, C₂₊烃类的选择性达62.6%. Fe 含量降至2.5%时, C₂₊烃类的选择性仍能达到60.0%. 随着K含量由0%增加至10%, 低碳烯烃选择性增加, 烯烷比增加至3.6. Cd和Cu助剂可促进Fe 物种的还原, 改善目的产物的分布, 其中Cu的加入使低碳产物烯烷比增至5.4, Cd的加入使C₅₊产物选择性增加了12%.     

浸渍/共沉淀法对BaO改性单Pd催化剂净化甲醇汽油车尾气性能的影响

采用浸渍和共沉淀两种方法分别制备了BaO改性的Pd/CeO₂-ZrO₂-La₂O₃-Al₂O₃催化剂.运用N₂吸附-脱附,X射线衍射(XRD),H₂程序升温还原(H₂-TPR),NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,并考察其对甲醇,CO, C₃H₈ 和 NO的催化性能.活性测试结果表明,BaO的引入可明显改善Pd催化剂对甲醇,CO, C₃H₈和NO的催化活性,且浸渍法最佳,起燃温度(T₅₀)分别降低了43,31,45和35 ℃.XRD,H₂-TPR及XPS结果表明,浸渍法引入BaO主要通过表面改性方式,强化Pd-Ce界面间的相互作用,改善催化剂的还原性能,进而提高催化剂的低温活性;而共沉淀法则是通过结构改性方式增加CeO₂晶格缺陷,加速活性氧物种的流动,Ce³⁺浓度的增加是促使CO氧化活性显著提高的主要原因.     

Cs取代对Ni-H3PW12O40/SiO2催化剂结构性质和催化性能的影响

采用两步浸渍法和载体上的原位反应制备了一系列Cs部分取代的Ni-Cs_xH_3-xPW₁₂O₄₀/SiO₂催化剂,并用N₂吸附比表面积测定(BET)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、原位X射线衍射(in situ XRD)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、H₂程序升温脱附(H₂-TPD)、吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱等分析测试技术对催化剂进行了表征. 以正癸烷为模型化合物,对催化剂的加氢裂化性能进行了评价. 结果表明,8%Ni-50%Cs_1.5H_1.5PW/SiO₂催化剂具有最高的C₅₊收率,明显优于8%Ni-50%H₃PW/SiO₂催化剂和工业催化剂. 随着Cs 在Cs_xH_3-xPW中比例的增加,正癸烷的转化率逐渐降低,而C₅₊选择性则逐渐提高. 当催化剂具有合适的孔径时,选择性的提高是由于催化剂酸性的减弱,而转化率的降低则是由于催化剂加氢能力的减弱.     

Ni/SiO2-Al2O3催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,以该系列复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni负载量15%（重量百分比）的催化剂,用于催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯.采用N₂物理吸附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂程序升温脱附（H₂-TPD）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）和吡啶吸附红外（Py-IR）等手段对催化剂进行了表征.结果表明,不同载体催化剂的活性组分分散度及表面酸性质存在明显差异,显著影响了催化剂吸附、活化H₂与C=O键的能力,进而影响了催化剂的乙酰丙酸加氢活性.其中,Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂上的L酸中心能够促进C=O键的吸附、活化,与金属Ni上的H₂吸附活性位协同作用,大大提高了乙酰丙酸加氢活性.因此,具有最多L酸中心和丰富H₂吸附活性位的Ni/SiO₂-8Al₂O₃催化剂表现出最高的乙酰丙酸加氢活性,在180℃、4 MPa氢气压力下,乙酰丙酸转化率达到90.5%,目标产物γ-戊内酯选择性为100%.     

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.     

基于 H2/O2 等离子体和钛硅沸石的丙烯气相环氧化方法

 将 H₂/O₂ 非平衡等离子体现场产生的气态 H₂O₂和丙烯与耦合反应器中钛硅沸石 TS-1 直接接触, 实现了丙烯气相环氧化反应. 结果表明, 非平衡等离子体生成气态 H₂O₂ 的速率由介质阻挡放电的输入功率决定, 环氧丙烷的生成速率和选择性取决于钛硅沸石催化剂和反应条件. 在 H₂ 和 O₂ 进料流量分别为 170 和 8 ml/min, 介质阻挡放电输入功率为 3.5 W, 环氧化反应温度为 110 ^oC, 丙烯进料量为 18 ml/min, 催化剂用量为 0.8 g 的条件下, 生成环氧丙烷产率达 246.9 g/(kg•h)、环氧丙烷选择性和 H₂O₂ 有效利用率分别为 95.4% 和 36.1%, 反应 36 h 内未见催化剂失活.     

Au-Cu/Co3O4双金属催化剂上乙烯完全催化氧化性能

以共沉淀法制得的Co₃O₄为载体, 采用两步法负载Au和Cu制得了一系列Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂, 考察了Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂完全催化氧化乙烯的性能, 并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)和O₂程序升温脱附(O₂-TPD)对催化剂进行了表征. 活性测试结果表明: 负载型Au-Cu/Co₃O₄双金属催化剂的催化性能优于单一金属催化剂Au/Co₃O₄, 并且在Au负载量为4% (w, 质量分数)时, 与AuCu/Co₃O₄和Au₃Cu/Co₃O₄催化剂相比, AuCu₃/Co₃O₄催化剂的催化活性较好, 0 ℃时可催化转化15.3%的乙烯为CO₂和H₂O, 120 ℃时100%催化转化乙烯. XRD和HRTEM表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂中有Au-Cu合金相的生成, 而Au₃Cu/Co₃O₄催化剂中Cu主要以氧化物的形式存在. Au和Cu之间产生相互作用, 使活性相金属的粒径降低. H₂-TPR和O₂-TPD分析结果表明, AuCu₃/Co₃O₄催化剂具有较强的低温可还原能力和可提供的大量表面活性吸附氧物种, 促进了乙烯的完全催化氧化.