单原子催化的最新进展

单原子催化剂由于其自身兼具均相催化剂的"孤立活性位点"和多相催化剂易于循环使用的特点,近年来受到了广泛关注.本综述概括了2015至2016年单原子催化领域的重要进展,重点介绍了新的催化剂制备方法、单原子金催化剂在CO氧化中的进展、单原子钯/铂催化的选择性加氢反应以及铂或非贵金属单原子催化剂在电化学中的应用等.在催化剂的合成方面,用传统的湿化学方法制备的单原子催化剂通常金属负载量较低,使得催化剂的常规表征比较困难.最近发展的一系列新型合成方法例如原子层沉积法、高温蒸汽转移法、光介还原法以及热解法等制备M?N?C等非贵金属催化剂等,尽管有不同程度的局限性,但均可以成功制备高负载量的单原子催化剂.单原子催化剂的载体得到了拓展,除传统的金属氧化物外,金属有机框架材料和二维材料等均被用于单原子催化剂的制备.在单原子催化剂的应用方面,金由于较高的电负性和与氧的弱相互作用能力,因而与氧化物载体作用较弱,不易形成单原子催化剂.但近期报道了成功制备的单原子金催化剂,在CO氧化反应、乙醇脱氢和二烯加氢反应中都有不错的进展.本文还介绍了铂和钯单原子(合金)催化剂在加氢反应中的优异活性及选择性,表明了单原子催化剂在选择性上的优势.将一种金属掺杂到另一种金属基底中制备的单原子合金催化剂也因其特异的性能备受关注.此外,对于化工生产中典型的均相催化反应,如氢甲酰化,单原子催化剂在无外加膦配体的情况下表现出高活性的同时还能很好地控制化学选择性,甚至达到令人满意的区域选择性,从实验上证明了单原子催化剂有望作为沟通均相催化和多相催化的桥梁.单原子催化剂在电催化和光催化中也得到了快速发展.铂单原子催化剂因其高原子利用率和高稳定性,在析氢反应和氧还原反应中有着良好的应用前景.另一方面,非贵金属特别是Co单原子催化剂在光电催化中因其优异的活性和巨大潜力得到了较深入的研究.除了上述进展,单原子催化领域还有许多基本问题需要继续深入研究,对单原子催化剂更加全面透彻的认识将为设计发展新型催化体系,扩展单原子催化领域提供指导和借鉴.     

氨基硅烷修饰的SBA-15用于CO2的吸附

以3-丙胺基三乙氧基硅烷(APTES)为硅烷化试剂,分别采用后修饰法和一步嫁接法将其嫁接到SBA-15的孔内,形成了功能化的介孔分子筛用于CO2吸附.利用X射线衍射和氮气物理吸附等方法考察了嫁接前后SBA-15的孔结构变化,用静态吸附天平考察了不同温度和不同分压下CO2的吸附行为.实验结果表明,一步嫁接法比后修饰法更有利于实现APTES在SBA-15上的嫁接.与传统的活性炭吸附剂相比,该种介孔分子筛更有利于较低分压下CO2的吸附脱除.     

超临界流体沉积技术在纳米复合材料制备中的应用*

本文综述了超临界流体沉积法在纳米复合材料制备领域的进展,介绍了利用超临界流体的溶剂化特性、表面张力为零、性质随压力与温度的变化敏感等性质,制备高质量的纳米粒子、薄膜及多孔纳米材料,讨论了超临界流体沉积过程中的吸附、热力学平衡及扩散动力学等问题,总结了不同学者对该方法制备复合材料的机理研究,认为超临界流体沉积法是制备纳米复合材料的有效方法。最后,对深入开展此项研究工作需要努力的方向和解决的关键问题提出了建议。     

甘油氢解反应中Pt/WO3/Al2O3催化剂的失活行为(英文)

随着生物柴油产业的高速发展,其副产物甘油大量过剩,亟需寻找高效的甘油高值化利用途径来提高整个生物柴油产业链的经济性.在各种甘油转化路线中,甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇可用作高端聚酯PTT的单体,因而成为最具应用潜力的高质化路线之一.同时,该反应涉及到仲羟基的选择性脱除,对其它生物质加氢脱氧反应也具有普遍意义.目前,在提高甘油氢解反应活性和1,3-丙二醇选择性方面已经做了大量的研究工作,但是关于催化剂稳定性的研究却鲜有报道,而后者对于整个过程的工业应用是必不可少的.鉴于此,我们以Pt/WO3/Al2O3为催化剂,在连续运行的固定床反应器上对其甘油氢解反应的长期稳定性以及其失活的机理进行了详细的考察.Pt/WO3/Al2O3催化剂表现出较高的初始活性:甘油的转化率为57.5%,目标产物1,3-丙二醇的选择性可达40.4%,主要副产物1,2-丙二醇、正丙醇和异丙醇的选择性分别为6.3%, 37.3%和11.5%.在长达700 h的稳定性测试中, Pt/WO₃/Al₂O₃催化剂呈现缓慢失活的趋势:甘油转化率从57.5%下降到...     

无限元方法及其应用

限元是几何上趋于无穷的单元,它是一种特殊的有限元,也是对有限元在求解无界域 问题上的有效补充, 并可实现与有限元间的无缝连接.无限元分为映射无限元和非映射 无限元:映射无限元需要引入几何映射,在局部坐标系中构造插值形状函数,如Bettess 元和Astley元;非映射无限元则直接在整体坐标系中构造插值形状函数,如Burnett元. 本文评述求解无界域问题的无限元方法的研究现状和最新发展.首先介绍无限单元的概念 和无限元方法的特点;围绕求解以Helmholtz方程控制的波动问题,评述几种常规无限单 元的优劣,这些单元包括Bettess元、Astley元和Burnett元.然后介绍新近提出的广义 无限元方法,以及与常规无限元方法的区别与联系.最后对无限元方法在各种问题中的 应用做了总结.     

水溶性四(p-磺酸钠苯基)金属卟啉配合物的合成、光谱性质及催化三氯苯酚的氧化脱氯反应

通过四苯基卟啉(H2TPP)和浓硫酸发生磺化反应及其金属化, 控制反应体系pH并利用透析法纯化, 高效合成了水溶性四(对磺酸钠苯基)卟啉(H2TPPS)及其金属配合物(FeTPPS和ZnTPPS); 采用UV-Vis、荧光、1H NMR和FTIR等光谱手段表征及研究了水溶性卟啉的结构及性质. 结果表明, 磺酸根离子的存在增强了卟啉分子间的π-π作用, 从而使H2TPPS及其金属配合物的分子间聚合作用增强. 研究了FeTPPS对2,4,6-三氯苯酚(TCP)催化氧化脱氯反应, 结果表明, FeTPPS/H2O2催化体系对TCP具备很好的催化氧化脱氯性能, 2,6-二氯对苯醌的转化数达到了766.     

单原子催化剂活化氢气:Pt1/WOx催化氢解反应（英文）

单原子催化剂具有独特的结构位点,能最大化利用贵金属原子,在一系列化学转化反应中具有优异的活性和选择性.但单原子的稳定性是单原子催化剂应用的一个挑战,特别是还原气氛下单原子的稳定性,这极大地限制了单原子催化剂在加氢、脱氢和氢解反应中的应用.理解还原气氛下单原子的稳定机制和单原子催化剂活化氢气的反应机理对于扩大单原子催化剂的应用非常重要.Pt/WOx(2Pd>Au.氢气能在Pd和WOx界面非均相解离,而Au/WOx不能活化、解离氢气.我们进一步采用实验表征验证了DFT理论计算的结果.实验合成了WOx负载的Pt、Pd、Au三种催化剂,X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果表明,Pt能在WOx表面原子级分散和稳定,而Pd在WOx表面形成较小的纳米颗粒,Au形成较大的纳米颗粒.采用氢气化学吸附研究了三种催化剂对氢气的活化能力,结果表明三种催化剂的氢气活化能力顺序为Pt/WOx(137μmol/g-Pt)>Pd/WOx(43μmol/g-Pd)>>Au/WOx(4μmol/g-Au).将三种催化剂用于甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇的反应中,只有Pt/WOx催化剂对甘油氢解具有优异的活性和选择性.从而实验证实了氢气气氛下原位产生的Bronsted酸具有关键作用和Pt1/WOx催化剂具有双功能催化性质.我们的研究不仅解释了还原气氛下金属单原子在氧化物表面的稳定机理,而且对单原子催化剂活化解离氢气提供了新的认识.     

纤维二糖与葡萄糖催化转化制备乙二醇(英文)

选用纤维二糖作为探针分子,探索纤维素催化转化制备乙二醇过程的反应路径.分别考察了纤维二糖和葡萄糖在双组分催化剂H2WO4和Ru/C下的催化反应活性.结果表明,乙二醇不仅来自于纤维二糖水解产物葡萄糖的逆羟醛缩合作用,同时也可以来自于纤维二糖的直接逆羟醛缩合过程.而且,纤维二糖的直接逆羟醛缩合作用对糖苷键的水解也有一定的促进作用.比较发现,钨基催化剂作用下纤维二糖的逆羟醛缩合反应活性比葡萄糖要低,因此乙醇醛可以缓慢产生并在Ru/C催化剂上迅速加氢生成乙二醇.使得以纤维二糖作为原料比以葡萄糖作为原料时获得更高的乙二醇收率.     

用于木质素催化湿式氧化反应的纳米空心球钙钛矿催化剂

利用尿素辅助溶剂热法合成了一系列LaFe_xMn_1-xO₃和La_0.9Sr_0.1MnO₃纳米空心球材料,并采用X射线衍射、透射电子显微镜和物理吸附等方法对其晶相、形貌和比表面积进行了表征. 在木质素的催化湿式氧化反应(CWAO)中,该催化剂表现出比传统的柠檬酸溶胶-凝胶法制备的钙钛矿材料更高的催化活性. 这主要是由于空心球结构所致. 当T=120℃,p(O₂)=0.2MPa时,CWAO反应1h后木质素转化率超过80%. 反应后组分离子溶出量很低,表明由于钙钛矿相结构的存在,催化剂在该反应条件下非常稳定.     

用于金属催化剂表征的微量热研究进展

催化反应过程伴随着气体分子与催化剂活性中心之间键的形成与转化,并以热量的形式表现出来.采用Tian-Calvet型微量热量计测量这些热量,则可能从能量角度研究气体分子在催化剂表面上的吸附与反应行为,为探索催化剂反应性能及机理提供依据.微量热量计与真空系统相结合的吸附量热技术已经广泛用于催化研究.本文总结了近十年来吸附量热技术在金属催化剂研究中的应用,阐述了这种技术在活性中心表征和反应性能关联方面的研究进展.此外,还介绍了我们研究组发展的脉冲量热装置进行催化反应过程研究的最新进展.