氧化铈在非贵金属氧化物催化剂中的作用——Ⅱ.Mn-O/γ-Al_2O_3和Mn-Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂中氧的性能

用TPR,H_2-O_2滴定技术研究了Mn-O/γ-Al_2O_3(Ⅰ)和 Mn-Ce-O/γ-Al_2O_3(Ⅱ)催化剂中氧和氢的反应,并用XRD,AES和XPS对(Ⅰ)和(Ⅱ)的固相结构和表面组成进行了表征。结果表明,(Ⅰ)的TPR谱有三种氢吸收峰,峰温为350和430℃的峰分别表征MnO_2和Mn_2O_3的氧的还原,680℃的峰为Mn和Al界面共有氧的还原。铈的存在不影响(Ⅰ)TPR特征峰,但使350℃峰的面积(对应于MnO_2的量)有较大的增加。当CeO_2的含量大于10％时680℃峰消失。铈还能提高氧化锰的分散度,使β-MnO_2和Mn_2O_3的聚集相在XRD谱中消失,并提高其贮氧能力约40％,增强了还原态试样的吸氧恢复能力。还原态(Ⅰ)在室温中第一个脉冲的吸氧量为0.5ml/g-cat,还原态(Ⅱ)为 1.56ml/g-cat。     

甲醇燃料车尾气净化催化剂的研究Ⅱ.甲醇深度氧化用银催化剂上吸附物种的原位红外研究

利用原位红外技术研究了ＣＨ３ＯＨ，ＣＯ，Ｏ２等在５％Ａｇ／γＡｌ２Ｏ３上的吸附情况及ＣＨ３ＯＨ和Ｏ２共吸附时表面物种的变化．结果表明，在表面纯净的Ａｇ／γＡｌ２Ｏ３催化剂上，甲醇的解离吸附仅发生在γＡｌ２Ｏ３上；表面预吸附氧后，可大大增强Ａｇ对ＣＨ３ＯＨ的解离吸附，当吸附的［ＣＨ３Ｏ］与［Ｏ］在Ａｇ／γＡｌ２Ｏ３上相互作用时，出现吸附态甲醛、甲二氧基、甲酸根等中间物种．Ｏ２在Ａｇ／γＡｌ２Ｏ３上存在非解离吸附（Ｏ－２），在真空中较易脱附，但在氧气氛下可于１００℃时稳定存在．     

氧化铈在非贵金属氧化物催化剂中的作用——Ⅲ.铈对Cu-Mn-O/γ-Al_2O_3催化剂中氧的性能和固相结构的影响

CuO和MnO_2的混合氧化物是良好的氧化-还原反应催化剂,尤其是作为Hopcalite催化剂(CuO40％,MnO_260％),即使在-20℃,对CO氧化仍表现出较好的活性.CeO_2作为氧化还原催化剂的助剂也被广泛应用,在贵金属为主的汽车排气净化三效催化剂中加入CeO_2,可提高CO,NO,HC的转化率和贵金属的分散度.本文用TPR方法研究了铜锰两组元氧化物在加铈前后的氧性质,用XRD,ESR,XPS方法研究其固相性质,用H_2-O_2滴定研究样品的供氧能力,讨论了CeO_2对Cu-Mn-O/γ-Al_2O_3系统的影响.     

以混合模板剂合成TS-1分子筛及其性能研究

以四丁基溴化铵（ＴＢＡＢｒ）＋四乙基氢氧化铵（ＴＥＡＯＨ，ｎ（ＴＢＡ＋）／ｎ（ＴＥＡ＋）＝１）或以四丙基溴化铵（ＴＰＡＢｒ）＋ＴＥＡＯＨ为模板剂，钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料，于１７０℃水热合成出ＴＳ１分子筛．对合成的ＴＳ１样品进行了ＸＲＤ，ＦＴＩＲ，ＳＥＭ和ＢＥＴ比表面积分析，证实了样品中钛已进入Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ１骨架．选择戊烷氧化为探针反应，考察了ＴＳ１的催化活性．结果表明以ＴＥＡＯＨ为碱，合成的样品晶粒较大，达到４～１０μｍ，用氨水和ＴＥＡＯＨ调节反应液的碱度，对晶体的生长和形貌的影响各不相同．文中还就ＴＥＡＯＨ引入的作用进行了讨论．     

磷酸锆催化剂用于生物质转化

随着化石燃料的减少和能源危机的加重,开发利用可再生的新能源迫在眉睫.生物质作为一种重要的可再生资源,是现代化学工业中的能源和有机碳的重要潜在替代物,将其转化为高附加值化学品具有巨大的开发潜力和实际应用价值.因此,对于生物质资源的高效转化及综合利用越来越受到人们的广泛关注,而催化化学转化是当前实现生物质升值利用的重要途径之一.近年来,磷酸锆逐渐发展成为一种新型的过渡金属磷酸盐多功能材料,在离子交换,吸附,质子传导,光化学,材料化学,催化等领域具有广泛的应用.根据我们和其他课题组的研究基础,本文简要总结了无定形、介孔和结晶型磷酸锆(α、γ、τ)特别是α-磷酸锆材料的制备方法,结构和催化性能.在其结构中,不同的磷氧基团和水分子,锆氧八面体和磷氧四面体通过氧桥相互连接在一起.在特定的制备条件下,可以得到无定形磷酸锆、层状结构的α/γ-磷酸锆或者三维结构的τ-磷酸锆.磷酸锆材料具有极高的热稳定性,优异的耐水能力,且在极性介质(包括水相)中仍然能够显示出中强酸性,不仅具有布朗斯特酸性和路易斯酸性,而且通过控制磷和锆的比例可以调节两种酸的浓度.本文重点介绍了磷酸锆催化剂在生物质平台分子转化(如催化脱水,加氢/氢解,氧化和酯化等)反应中的最新研究进展,特别指出,磷酸锆表现出的高热稳定性,耐水性和中强酸性使其成为具有高活性、高稳定性的多相催化剂.已有研究表明,磷酸锆既可以直接作为固体酸催化剂,也可以将其它金属及其氧化物等活性组分负载于酸性磷酸锆上,可构建包含酸中心、金属中心的多功能催化剂,实现酸催化、加氢、氧化等多步反应,从而应用于由生物质平台分子制取燃料或者精细化学品催化转化过程.总之,磷酸锆用于生物质转化已经取得了一些重要的进展,也是目前该领域的研究热点之一.虽然已有很多磷酸锆催化剂的研究工作,但是在该领域仍然需要更加深入和广泛的研究.在了解催化反应机理的基础上,更加精确设计、改良催化剂的结构,高效应用在生物质转化以及其他催化反应中.     

以RuCl3/SiO2为模板制备高性能镶嵌式钌基氨合成催化剂

合成氨工业是国家能源与战略的基石,是化学工业的支柱产业,随着国家产业升级与转型,对合成氨工业的能耗提出了较为严厉的要求.钌基催化剂被誉为继铁催化剂后的第二代氨合成催化剂,与铁催化剂相比,钌基催化剂在低温和低压下具有优异的催化性能.炭材料因具有低成本、高比表面积以及电子传输和热传输等独特性能,比其它化合物如MgO,Al_2O_3和BN等更适合作为Ru催化剂的载体,而且也是除铁催化剂外唯一已工业化的载体.虽然炭负载钌催化剂的甲烷化是不可避免的,但BP公司使用石墨化碳作为载体成功地解决了这个问题,并实现了工业化.为了进一步提高钌基催化剂性能,对钌炭催化剂的结构设计尤为重要.中孔炭(MC)孔隙结构发达,可以为钌纳米粒子的分散提供空间,从而有效提高金属钌的利用率,中孔炭负载的钌基催化剂在合成氨反应中表现出优异的催化性能.传统负载型钌基催化剂的制备一般采用浸渍法,虽然可获得高分散的Ru纳米粒子,但其只会分布在载体的表面,因此在反应过程中就容易发生金属纳米粒子的团聚和流失,大大降低使用寿命.而随着新材料制备技术的发展,对催化剂的设计合成方法的研究也越来越多.当金属纳米粒子被镶嵌在载体的壁上时,金属和载体之间就具有较强的相互作用,因而可以稳定金属纳米粒子.本文通过蔗糖原位炭化法将Ru纳米颗粒半嵌入在炭材料中制备镶嵌式Ru-MC催化剂,并采用HRTEM, CO化学吸附等手段系统研究了镶嵌式Ru-MC催化剂与传统浸渍法制备的负载型Ru/MC催化剂之间的差异.采用等体积浸渍法添加Ba和K助剂制备催化剂Ba-K/Ru-MC和Ba-Ru-K/MC.和Ba-Ru-K/MC催化剂相比, Ba-K/Ru-MC催化剂上钌炭相互作用力增强,不但有效提高了钌催化剂的催化活性,而且提高了该催化剂的抗甲烷化能力,从而提高了氨合成条件下催化剂的稳定性和使用寿命.采用该方法制备的钌基催化剂在400°C, 10000 h~(-1), 10 MPa和H_2/N_2=3.0的反应条件下,氨合成反应速率可以达到133 mmol/(g·h),其性能远高于目前报导的钌基催化剂和传统的熔铁催化剂.     

甲烷直接氧化制甲醇Ⅲ．反应气吹扫催化膜反应器（RSCMR）

用溶胶－凝胶法制备了“ＳｉＯ＿２／陶瓷”非对称无机膜，并用该膜制备了反应气吹扫催化膜反应器（ＲＳＣＭＲ）装置。在ＲＳＣＭＲ上考察了甲烷一步催化氧化制甲醇反应。结果表明，在研究的范围内，增加氧气或甲烷的浓度和吹扫气的流速（即总的反应气流量）有利于提高甲醇的收率；甲醇在反应条件下的热不稳定性是影响目标反应选择性的重要原因。ＲＳＣＭＲ较膜反应器（ＣＭＲ）系统能更有效地抑制甲醇的热分解，因而可得到较ＣＭＲ更高的甲醇收率。当反应温度为７００℃时，甲醇的收率在ＣＭＲ中为０．５ｇ／ｍ￣２ｈ，在ＲＳＣＭＲ中可达０．９ｇ／ｍ￣２ｈ。     

原位掺杂法制备氮掺杂中孔炭及乙炔氢氯化反应性能

聚氯乙烯(PVC)是世界五大工程塑料之一,在工业、农业、建筑、电力及通信等领域有着非常广泛的应用.氯乙烯(VCM)作为合成 PVC的单体,其生产工艺以源于煤化工路线的乙炔氢氯化法工艺为主,但是该工艺目前采用的是氯化汞催化剂,存在较为严重的环境污染问题.开发新型无汞催化剂成为电石法生产 VCM亟待解决的问题.氮掺杂炭基非金属催化剂成本低廉,制备简单,在诸多反应中展现了较好的性能,成为近几年多相催化领域的一个研究热点,在乙炔氢氯化反应中也具有较好的活性,但是对活性中心的鉴别及制备方法的研究还有待深入.本文报道了一种一步原位尿素掺杂氮的中孔炭的制备方法,采用氮气吸附-脱附、高分辨透射电子显微镜、元素分析和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了氮掺杂中孔炭的结构、氮含量及存在形式,并与两步尿素改性方法做了对比,探究了氮掺杂形式与中孔炭乙炔氢氯化反应性能之间的关系,同时考察了尿素用量对氮掺杂中孔炭的氮含量和存在形式的影响.元素分析结果表明,原位合成法能有效地将氮掺杂进骨架中,随着制备过程中尿素用量增加,得到的氮掺杂中孔炭中的氮含量增加,可达3.6 wt%.后处理法的掺氮效果较差,材料氮含量仅为0.2 wt%. XPS测试进一步表明,一步法原位法可以得到石墨型氮占据主导地位的氮掺杂中孔炭,石墨型氮约占70%左右,后处理制备的氮掺杂中孔炭中石墨氮、吡啶氮和吡咯氮三种形式含量相差不大.对不同方法合成的氮掺杂介孔炭的乙炔氢氯化反应催化性能进行了评价,结果显示,无论是原位合成还是后处理制备的氮掺杂中孔炭,其活性均比中孔炭得到一定提升.氮的引入能有效提高材料的乙炔氢氯化反应性能.原位合成法制备的氮掺杂中孔炭在乙炔氢氯化反应中的催化性能远高于后处理法.对于原位合成的氮掺杂中孔炭,在一定范围内,随着氮含量的增加,催化活性提高,但当尿素用量过高时,虽然氮含量增加,催化活性却有所下降,这归因于孔结构坍塌和比表面积下降.     

TS分子筛的催化氧化性能研究Ⅴ.环己酮氨肟化反应

研究了自制的钛硅分子筛(TS-1)催化H_2O_2参与的环己酮氨肟化反应.结果表明,降低反应溶液中H_2O_2的浓度、增加NH_3用量有利于H_2O_2利用率、环己酮肟收率和选择性的提高,适宜的n(H_2O_2):n(酮)<1.0,n(NH_3):n(酮)>2.0.反应时间应控制在3.5h左右.对溶剂的研究显示,叔丁醇在溶剂中所占的体积对反应有较大的影响,在叔丁醇体积分数为0.2到0.8之间,实验获得了较好的结果.当n(NH_3):n(H_2O_2):n(酮)=2.0:1.0:1.0,叔丁醇体积分数为0.5,反应时间2.5h,反应温度353K时,H_2O_2利用率、环己酮肟收率和选择性分别达95%,94%和97%以上.并对空白实验结果和TS-1的重复性试验进行了讨论.     

底物对氯化四苯基卟啉合铑(Ⅲ)均相催化的醇类光化学脱氢反应的影响

本文报道了氯化四苯基卟啉合铑(Ⅲ)均相催化的苦干饱和脂肪醇和烯丙醇的光化学脱氢反应.研究表明,底物结构不仅影响反应速率,而且可以改变反应机理从而影响反应产物;其影响方式有电子效应、立体效应和配位体振动能量转移效应.根据实验结果推断了反应的电子和激发态能量转移过程.