焙烧温度对CuCe/AC催化剂甲醇氧化羰基化性能的影响

采用先浸渍Ce后浸渍Cu的方法制备了活性炭(AC)负载CuCe催化剂,考察了焙烧温度对CuCe/AC催化剂表面结构及其催化甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)性能的影响,并采用XRD、XPS和H2-TPR等表征分析了活性组分含量和价态等性质。结果表明,催化剂中高价态的Cu~(2+)逐渐被还原为低价态的Cu~+和Cu~0,催化剂中发生Cu~(2+)→Cu~+→Cu~0的还原变化过程。催化剂经450℃焙烧处理后,催化剂中仍然存在一定量的Cu_2O晶相,表明Ce与Cu的相互作用抑制了部分Cu_2O的还原。当焙烧处理温度为300℃时,催化剂中的Cu~+含量达到最高,此时催化剂的活性达到最优,DMC的时空收率、选择性以及甲醇转化率分别为143.4mg/(g·h)、85.2%和4.1%。     

改性SCR催化剂对单质汞氧化性能的研究

在模拟SCR反应器烟气组分下,考察了过渡金属改性掺杂对SCR催化剂单质汞(Hg0)氧化性能的影响。采用N2吸附-脱附和X射线衍射(XRD)对催化剂理化性能进行表征。结果表明,金属改性掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容,但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。XRD谱图中出现了微弱的过渡金属氧化物衍射峰。8%Ce/SCR和8%Cu/SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg~0氧化效率,而8%Co/SCR催化剂Hg~0氧化效率受温度影响较大。金属改性掺杂的催化剂在低NH_3和NO烟气组分中表现出较好的Hg~0氧化效率,当烟气组分中存在HCl时,促进更加明显;而当催化剂在高NH3和NO烟气组分条件下,即使有HCl的存在对Hg~0氧化效率影响也不大。     

单原子层Pd壳的Pt3Ni纳米立方体的甲酸氧化性能

通过一种结合了CO辅助合成Pt₃Ni纳米立方粒子和单原子层Cu壳欠电位沉积再置换为Pd的方法,成功制备出了具有单原子层Pd壳和Pt₃Ni纳米立方粒子核结构的Pt₃Ni@Pd/C催化剂。电感耦合等离子体元素分析、X射线衍射和透射电子显微镜法被用于研究表征此种Pt₃Ni@Pd/C催化剂,结果显示大部分Pt₃Ni纳米粒子的表面都由{100}族的晶面所构成。而且在这些{100}族的晶面上,单原子层Pd壳通过电沉积的外延生长,也获得了{100}族的晶面。本文进一步对Pt₃Ni@Pd/C作为甲酸氧化电催化剂的性能进行了研究,并与商业Pd/C和原Pt₃Ni/C催化剂进行了比较。结果显示,由于Pt₃Ni@Pd/C的单原子层Pd壳的结构和所暴露出的Pd{100}族的晶面,Pt₃Ni@Pd/C催化剂具有优异的甲酸氧化电催化性能。与原Pt₃Ni/C催化剂相比较,Pt₃Ni@Pd/C催化剂的贵金属质量比活性提高到了7.5倍。此外,与商业Pd/C催化剂相比,Pt₃Ni@Pd/C催化剂的比表面活性和Pd质量比活性也分别提高到了2.5和8.3倍。     

纳米金催化的绿色合成与清洁反应研究新进展

近年来,基于多相纳米金(Au)催化的绿色合成与清洁反应研究引起了人们的广泛关注。与传统的铂族金属催化剂相比,纳米Au催化剂在控制反应选择性、高收率获得目标产物以及实现高效简约的一锅法串联反应合成等符合"原子经济"及"步骤经济"等绿色化学理念的新反应及新过程方面展现了其独特的优势,已成为当前绿色催化领域研究的热点和前沿。主要综述了我们研究小组在纳米Au催化绿色合成领域,尤其是利用纳米Au催化高效制取含氮精细有机化合物及生物质资源高值化利用方面所取得的研究进展,介绍了各类反应的特点、优势及在合成中的应用。     

水电解制氢非贵金属催化剂的研究进展

氢能作为零碳排放能源是被公认的最清洁能源之一,如何有效可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。电解水技术基于电化学分解水的原理,利用可再生电能或太阳能驱动水分解为氢气和氧气,被认为是最有前途和可持续性的产氢途径。然而,无论是光解水还是电解水,均需要高活性、高稳定性的非贵金属氢析出和氧析出催化剂以使水电解反应经济节能。本文介绍了我们研究所近三年在水电解方面的研究进展,其中着重介绍了：（ⅰ）氢析出催化剂,包括利用低温磷化过渡金属（氢）氧化物的方法制备过渡金属磷化物,同时过渡金属硫化物、硒化物以及碳化物等均被成功合成并被应用为有效的阴极析氢催化剂;（ⅱ）氧析出催化剂,主要包括金属磷化物、硫化物、氧化物/氢氧化物等;（ⅲ）双功能催化剂,主要包括过渡金属磷化物、硒化物、硫化物等。最后,总结展望了发展水电解非贵金属催化剂所面临的挑战与未来发展方向。     

在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活

大气中的甲苯等挥发性有机物对环境和人体健康具有很大的危害。催化燃烧法是去除大气中挥发性有机物的一种有效方法。本文利用共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物经氢氧化钠水热处理后,获得了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物材料,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因。研究表明,样品的后处理温度对甲苯催化燃烧活性影响很大,经500 ℃焙烧的样品比表面积高达221 m²·g^-1,在210 ℃可以实现甲苯的完全燃烧,其催化活性与贵金属催化剂Pd相当。所研制的类棒状铜锰复合氧化物在250 ℃时,运行60 h后甲苯转化率从最初的100%降至83%,通过对新鲜催化剂和反应后催化剂进行X射线光电子能谱分析(XPS)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)的分析,发现失活后样品上Mn⁴⁺和Mn³⁺的含量分别由40.4%、55.0%降为29.9%、50.0%,同时Mn²⁺的含量分别由4.60%升高为20.6%,表面氧由34.8%降低到29.2%,表明催化剂的活性位与表面氧和高价态的锰密切相关;另一方面,失活后样品的H₂-TPR上氧化铜的还原峰温度从248 ℃上升至268 ℃,氧化锰的还原峰从311 ℃上升至333 ℃,表明该高活性催化剂的失活可能与其随着反应的进行变得更难还原相关。本研究结果将有助于在大气污染控制中,进一步设计出高活性高稳定性净化大气中挥发性有机物的低温催化燃烧催化剂。     

甲醇一步催化转化制甲缩醛和甲酸甲酯的双功能催化剂

甲醇是重要的基础化工原料,随着全球甲醇产能过剩,将甲醇催化转化为高附加值的甲醇下游化学品具有重要意义,其中甲醇一步催化转化为甲缩醛(DMM)和甲酸甲酯(MF)等高附加值甲醇下游化学品备受人们的关注,而这一过程中的双功能催化剂是关键。本文对近几年来甲醇催化转化一步合成甲缩醛和甲酸甲酯的双功能催化剂体系进行了总结和评述,特别是对贵金属催化体系、金属氧化物催化体系、杂多酸催化体系等双功能催化剂的催化作用和产物分布特点进行了仔细分析,以期对甲醇催化转化一步合成甲缩醛和甲酸甲酯的工艺放大提供一些参考。     

非均相催化臭氧氧化反应机制

臭氧催化氧化作为高级氧化技术是目前水处理领域研究的热点,其中非均相臭氧催化氧化技术因其氧化能力强、降低臭氧投加量特别是能显著提高有机物矿化率等优点而备受关注。非均相催化臭氧氧化领域不断研究新的催化剂,但是其反应过程及机制更加复杂。催化臭氧氧化的性能很大程度上取决于催化剂及其表面性质。污染物在催化剂表面形成络合物,或者臭氧在催化剂表面分解产生不同的含氧物种如表面氧原子、过氧化物和羟基自由基等。本文评述了非均相臭氧催化氧化反应中存在的多种机理,主要是自由基理论、氧空位理论、表面原子氧理论、表面络合物理论和臭氧直接氧化理论。催化剂表面的羟基基团是主要的催化活性中心,本文探讨了表面羟基基团催化反应机制,得出催化剂表面性质决定其表面活性位点的特性及含量,对诱导臭氧分解产生含氧活性物种起了关键作用;概述了催化剂改性后的结构形态、比表面积及其性能和作用机制;并讨论了非均相臭氧催化氧化反应催化剂未来的发展趋势,为催化臭氧氧化污水处理技术提供了理论参考。     

钨酸铋量子点和纳米片修饰石墨相氮化碳复合催化剂的制备及其可见光催化活性增强

利用超声-水热法、使用油酸钠辅助合成钨酸铋(Bi₂WO₆)量子点/纳米片修饰的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)(Bi₂WO₆/g-C₃N₄)复合光催化剂。 通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N₂吸附-脱附等技术手段获得Bi₂WO₆/g-C₃N₄催化剂的组成、结构和光吸收性能,分析合成机理。 以罗丹明B(RhB)水溶液为模拟污染物,考察Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合催化剂的可见光催化活性。 结果表明:g-C₃N₄和Bi₂WO₆的质量比为3:7的Bi₂WO₆/g-C₃N₄-30具有最有效的异质界面,电化学阻抗和光电流测试结果显示该催化剂的光生载流子传输速率快、复合率低,可见光照射120 min对RhB的降解率达到95.8%;通过活性物质捕捉实验获知光生空穴是光催化反应中的主要活性物质,分析异质界面对光催化活性的影响,进而提出光催化反应机理。     

Cu-Ce/γ-Al2O3对硬脂酸催化水热脱氧产生烷烃的效果

利用等体积浸渍法制备Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂，并在无H₂存在的条件下对硬脂酸进行催化水热液化。对催化剂进行BET比表面积分析和X射线衍射（XRD）分析可知，Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂中存在CuO和CeO₂两种晶型，在300℃条件下水热反应12 h后具有更好的热稳定性。通过对硬脂酸进行水热液化实验和对生物油进行气相色谱-质谱（GC-MS）分析发现，加入Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂能够获得最高的硬脂酸转化率（94.71%）和总烃产率（81.41%），水热液化脱氧效果最好。分析正烷烃的产率，结果发现硬脂酸在高温水热条件下主要发生脱羧反应。Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂的加入能够同时促进反应过程中脱羧反应、加氢脱氧反应和裂化反应。此外，Cu-Ce/γ-Al₂O₃还能够促进羰基基团的脱除，有效减少产物中的醛和酮类物质。