碳基金属单原子材料电催化二氧化碳还原

利用可再生能源电催化二氧化碳(CO₂)还原成燃料或化学品是实现人工碳循环的理想手段。然而,催化剂的活性、选择性和稳定性限制了电催化CO₂还原反应的应用。碳基金属单原子材料(single-atom metal catalysts on the carbon-based materials,M-SACs@C)具有高活性、高选择性和高金属原子利用率,被认为是一种理想的电催化CO₂还原催化剂,因此吸引了研究者的广泛关注。M-SACs@C能将CO₂还原成一氧化碳、甲酸、甲烷、甲醇、乙烯、乙醇等。本文从CO₂还原产物种类的角度出发,对M-SACs@C在CO₂还原反应中的应用进行了概括。我们重点关注了碳基金属单原子的位点构型和活性来源。此外,本文也对MSACs@C上CO₂还原反应的机制进行了分析与展望。可控合成结构均一且负载量高的M-SACs@C、明确CO₂还原反应机制、增强活性位点的稳定性是M-SACs@C走向产业化的必经之...     

MWCNTs负载MoBiSx纳米颗粒电催化还原CO2的性能研究

采用简单的水热法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）负载钼铋双金属硫化物（MoBiS_x）纳米颗粒复合催化剂,目的是对MoBiS_x的形貌尺寸以及低电导率进行改性,提高其在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中的电催化还原CO₂性能。结果表明：尺寸约为10 nm～15 nm的MoBiS_x纳米颗粒均匀的负载在MWCNTs表面上。与MoBiS_x纳米颗粒催化剂相比,复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中表现出更加优异的电催化还原CO₂的活性和选择性。进一步研究了复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中水含量对电催化还原CO₂性能的影响。随着水含量的增加,还原电流密度逐渐增大。在[EMIM]BF₄-H₂O（40%）电解液中复合催化剂的催化电位为-0.3 V vs S...     

电沉积制备铜基催化剂及其对CO2电还原的催化性能

为了提高铜基催化剂电还原CO₂的催化性能,以氮三乙酸(nitrilotriacetic acid, NTA)为添加剂,通过电沉积法制备了具有三维结构的铜基催化剂,该催化剂具有优异的电还原CO₂制备多碳(C2+)产物的选择性和活性.在–1.26 V vs. RHE (reversible hydrogen electrode)时,乙烯(C₂H₄)和C2+产物的法拉第效率(faradaic efficiency, FE)分别能达到44.0%和61.6%,此时总电流密度(current density)为12.3mA·cm^–2.此外,在NTA的作用下,运用电沉积法制备的Pd和Zn基催化剂具有良好的电还原CO₂为CO的性能,表明NTA作为添加剂在电沉积法制备金属催化剂方面具有一定的普适性.     

单原子催化剂光还原二氧化碳研究进展

光催化将CO₂转化为有价值的化学燃料得到广泛研究，但光子吸收效率差、光生电子-空穴对容易复合、活性位点缺乏等问题，限制了光催化剂的催化性能.单原子催化剂(SACs)由于在增强光催化系统的捕光、电荷转移动力学和表面反应方面具有明显的优势，且金属以单原子形式负载在载体上，因此对提高CO₂还原效率具有重要意义.综述了SACs的分类、主要表征手段及其光催化还原CO₂的反应机理，并讨论了SACs的发展前景.     

电催化CO2与有机化合物耦合制备增值化学品

在温和条件下, CO₂的高效固定利用是“绿色碳科学”的重要组成部分之一.电催化CO₂与有机化合物耦合在转化利用CO₂的同时可以制备增值化学品,有利于可持续发展.本文概述了目前电催化CO₂与各类有机分子耦合制备有机羧酸、碳酸酯、氨基甲酸酯等化学品的方法.并介绍了该领域的最新研究进展和机遇:不对称电羧化反应,包括手性源的构建;其他反应物的新型反应,包括电化学开环羧化和N-甲基化反应;非牺牲阳极的电羧化反应,包括阳极氧化反应的构建和电解池的调整等;成对电合成反应等.     

光电催化CO2还原技术研究进展

以用于光电催化CO₂还原的铜基光电阴极为研究对象．首先,分析了光催化、电催化和光电催化的基本原理,并总结了光电催化系统的主要优点．然后,从改善吸光能力、抑制光腐蚀、促进载流子分离、优化界面反应等方面对增强铜基光电阴极性能的策略进行了分析．通过对催化剂的形貌进行调控、负载吸光半导体和元素参杂可以提高吸光能力;通过表面包裹保护膜,可以有效抑制光腐蚀;通过表面空穴工程或引入石墨烯/还原氧化石墨烯、金属有机骨架和碳纳米管等材料,能够有效提高载流子分离率和传输效率;通过增加活性位点、引入局域等离子体效应和提高CO₂吸附性能,能够优化界面反应．最后,分析了连续流动反应器设计的最新研究进展,并对铜基光电阴极开发需解决的技术问题进行了展望．     

CO2对Fe2O3催化剂NH3-SCR脱硝性能影响

考虑到CO₂是固定源和移动源废气中的主要组分,Fe₂O₃是铁基催化剂中的重要活性物质,研究了CO₂对Fe₂O₃催化剂NH₃-SCR脱硝性能的影响.结果表明,CO₂的加入在300℃以下明显抑制了催化剂的NH₃-SCR性能.这主要是因为CO₂的存在改变了催化剂表面NH₃/NO_x的吸附行为,从而影响了NH₃-SCR反应.原位漫反射傅里叶变换红外光谱和程序升温脱附实验结果表明,CO₂可以被吸附活化成碳酸盐物种;这些碳酸盐物种可以作为新的酸性位点吸附NH₃物种,促进催化剂对NH₃的吸附;但同时CO₂和NO_x之间存在竞争吸附,这会导致催化剂表面生成的关键NO₂物种和硝酸盐物种的减少,从而...     

离子液体中Cu纳米电极上电化学还原CO2合成碳酸二甲脂

在不同的温度和时间下煅烧Cu片得到CO₂前驱体,再由Cu₂O前驱体电化学还原得到铜电极（Oxide reduced copper, OR-Cu）.通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等测试手段对材料进行了表征,通过循环伏安（CV）和气质联用仪(GC-MS)等表征手段探讨了材料对CO₂的电化学催化性能以及对电合成DMC产率的影响.结果表明,OR-Cu电极的晶界以及Cu₂O初始厚度是影响材料电催化性能的主要因素.700 ℃下煅烧2 h的Cu₂O前驱体,再经电化学还原所得到的电极具有明显的晶界及合适的Cu₂O初始厚度,具有最高的电催化活性,以其作为电极合成DMC的产率在室温下可达到87%.     

半导体基异质结光（电）催化还原CO2研究进展

在实现碳中和可持续发展的进程中,CO₂捕获、封存和转化一直是学术界和工业界研究的重点．光（电）催化CO₂转化已被认为是解决能源短缺和缓解CO₂过量排放最有效的策略之一,同时有望实现太阳能经济和碳基经济．本文介绍了异质结催化剂在光（电）催化还原CO₂为燃料（如CH₄、C_nH_2n+1OH）或化学品（如HCOOH、CH₃COCH₃）领域的研究进展,重点综述了多种半导体基异质结体系对光（电）催化还原CO₂性能的影响,具体阐述了Ⅱ型、Z型、晶面异质结的电荷转移机制,还讨论了各类异质结体系的优势及存在的问题。为设计和合成具有出色的催化性能、优异的选择性和良好的稳定性的异质结催化剂提供新的见解．      

CuO/CeO2催化剂在温度变动过程中的CO-PROX催化性能

采用浸渍方法制备不同Cu/Ce原子比的CuO/CeO₂催化剂,用于富氢气体中CO优先氧化反应(CO-PROX),考察其在温度变动情况下的催化性能. 利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)方法对反应前后催化剂样品进行了表征. XRD测试表明,催化反应后的催化剂中有金属Cu0生成. 这与文献结果一致. 与不含CO₂的情况比较,当模拟富氢气体中含有CO₂时,低温段催化活性明显下降. Cu/Ce原子比为10%的催化剂在温度变动过程中具有较稳定的催化性能.      

原位还原第四周期过渡金属盐催化氨硼烷水解产氢研究

该文探究了原位还原第四周期过渡金属盐(FeCl₂、CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂和ZnCl₂)催化氨硼烷水解产氢性能,发现它们催化氨硼烷水解产氢活性由高至低依次为CuCl₂>CoCl₂>NiCl₂>FeCl₂>ZnCl₂,这些盐催化氨硼烷水解产氢速率与它们及其相应金属组成电对的标准还原电极电势呈近似线性关系,这说明标准还原电势越高,相应金属盐越易被还原为金属,对应金属催化剂催化氨硼烷水解产氢的活性越高.在原位还原CuCl₂、CoCl₂和NiCl₂催化剂中分别存在金属Cu、Co和Ni物相,催化氨硼烷水解产氢速率较快.原位还原CoCl₂、NiCl₂和CuCl₂催化氨硼烷水解产氢的最佳搅拌速率分别为210、480和210 r·min^-1,最佳用量分别为0.001 0、0.000 5和0.002 0 mol,转化频率(T_OF)分别为104.9 mol H₂·mol^-1Co·min^-1、21.6 mol H₂·mol^-1Ni·min^-1和217.2 mol H₂·mol^-1Cu·min^-1.动力学计算结果表明原位还原CoCl₂、NiCl₂和CuCl₂催化氨硼烷水解产氢的活化能分别为35、65和6 kJ·mol^-1.原位还原CoCl₂催化剂具有磁性,易与反应液分离,且团聚不明显,循环使用性能显著优于原位还原的CuCl₂.     

BiOBr光催化还原二氧化碳研究进展

近年来，温室效应导致的环境问题日趋严重，科学家们致力于研究高效转化CO₂等温室气体的技术.以太阳能为驱动力的光催化技术，可以将CO₂转化成甲烷、甲醇、甲酸等高附加值的碳氢燃料，从而缓解环境污染和能源危机.BiOBr因其具有独特的层状结构，成为光催化还原CO₂领域的研究热点.综述了BiOBr实现CO₂高效转化的研究进展，重点分析了BiOBr的结构和性质，从分子反应过程、原位红外技术和密度泛函理论(DFT)计算3个方面探讨了BiOBr光催化还原CO₂的反应机理，最后展望了BiOBr在CO₂光还原领域的研究前景和发展趋势.     

石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展

半导体光催化可以利用太阳能驱动CO₂光催化还原制备碳氢燃料,成为研究热点.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有制备简便和可见光响应性能的优点,是CO₂还原的热门光催化材料。但是它具有缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点,光催化CO₂还原性能不高.为此,介绍了高CO₂还原活性的g-C₃N₄研究进展,内容包括：(1)g-C₃N₄研究基础(分子结构、制备方法与电子能带结构);(2)高活性g-C₃N₄的分子设计策略(缺陷调控、元素掺杂、表面等离子体处理、单原子催化和异质结构建等),重点讨论了改性方式对g-C₃N₄的光吸收、光电性能和CO₂还原产物选择性的影响.最后建议未来聚焦结晶氮化碳的修饰改性研究,强调利用原位和瞬态表征技术指导高CO₂还原活性...     

层状Cu/ZnO/Al2O3催化剂的制备及其催化CO2加氢合成甲醇的性能

以尿素为沉淀剂, 采用均相沉淀法成功制备了层状Cu/Zn/Al 水滑石化合物. 将前驱体材料经焙烧、还原后得到Cu/ZnO/Al₂O₃ 催化剂, 并将其用于CO₂ 加氢合成甲醇反应. 采用X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、热重(thermogravimetric, TG)分析、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线荧光(X-ray fluorescence, XRF)分析、N₂吸附、H₂ 程序升温还原(H₂-temperature program reduction, H₂-TPR)、氧化亚氮(N₂O)反应吸附、CO₂程序升温脱附(CO₂ temperature program desorption, CO₂-TPD)技术对所制备的样品进行表征. 结果表明, 相对于传统共沉淀法, 以尿素作为沉淀剂, 通过均相沉淀法所制备的前驱体的结晶度更高、催化剂比表面积更大、金属Cu 的分散度更好. 另外, 采用回流处理可以获得更好的效果. 活性评估结果表明, O₂转化率随金属Cu 比表面积的增大而增加, 而甲醇选择性则与催化剂表面碱性位的分布有关. 因此, 采用尿素回流处理均相沉淀法制备的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的甲醇收率最高.     

Pd/CeO2对2,4-二氯苯氧乙酸的液相催化加氢脱氯

采用NaBH₄还原法分别制备了不同载体CeO₂、活性炭(AC)和石英砂(SiO₂)的负载型Pd基催化剂。采用Zeta电位、X射线衍射、透射电子显微镜等手段对催化剂进行表征，并利用高活性Pd/CeO₂催化剂对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)进行液相加氢脱氯反应研究。研究结果表明：载体对催化剂活性影响较大，其中Pd/CeO₂催化剂具有高等电点、较强的金属-载体相互作用以及Pd颗粒高分散度的活性特征；Pd/CeO₂催化剂对2,4-D的脱氯效果随Pd负载量增加而增加，随pH值的增加呈现先升高后降低的趋势；Pd/CeO₂催化剂对2,4-D的加氢脱氯反应符合Langumir-Hinshelwood模型，表明2,4-D在催化剂表面的吸附是反应的速率控制步骤，且Pd/CeO₂对不同的污染物都表现出较高的液相加氢还原活性。     

石墨烯/CoSnO3固载Pd-Pb纳米合金的制备及电催化氧化乙二醇

本工作采用水热-煅烧法合成出载体GO/CoSnO₃,再通过浸渍还原法将Pd、PdPb纳米粒子（NPs）负载到载体上,制备出Pd@rGO/CoSnO₃、PdPb@rGO/CoSnO₃新型阳极电催化剂,并用于碱性介质中乙二醇（EG）的电催化氧化.采用多种测试手段对产物的结构、组成及价态进行分析.结果表明,当摩尔比Pd∶Pb=1∶0.2时,Pd₁Pb_0.2@rGO/CoSnO₃催化剂的正向峰电流密度高达205.41 mA·cm^-2,是单金属催化剂Pd@rGO/CoSnO₃ (136.39 mA·cm^-2)的1.5倍,更是商业Pd/C (27.1 mA·cm^-2)的7.5倍,具有最佳的电催化活性、稳定性和抗毒性.这种杰出的电催化活性主要归因于GO/CoSnO₃复合载体具有立方体结构以及丰富的含氧原子,有利于金属的均匀负载;同时,Pd和Pb之间存在着强烈的电...     

微结构对纳米碳纤维氧阴极还原性能影响

在制备微结构可控纳米碳纤维基础上,研究纳米碳纤维微结构对氧气电催化还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)性能的影响.利用化学还原法合成了Pt电催化剂,研究了纳米碳纤维微结构对Pt/CNFs电催化剂电催化性能的影响.研究发现,相对于基于活性炭的电催化剂,载于纳米碳纤维的电催化剂具有较高的ORR活性;同时,基于板式纳米碳纤维的电催化剂表现出最高的ORR活性.     

添加氯离子对Ni/CeO2催化剂CO选择甲烷化反应催化性能的促进

采用浸渍方法制备NiO(Cl_x)/CeO₂系列样品,经还原后得到Ni(Cl_x)/CeO₂催化剂,用于富氢气体中CO的选择甲烷化反应,考察Cl/Ce原子比(x)对CO选择甲烷化反应活性的影响. 结果表明,添加氯离子能够显著抑制CO₂甲烷化反应,因而可使富氢气体中CO浓度降至10-5以下并且CO甲烷化反应选择性不低于50%,满足质子交换膜燃料电池对燃料的要求. 通过CO和CO₂吸附实验、程序升温还原(TPR)测定以及物相组成和晶粒尺寸分析,揭示添加氯离子的作用.      

仲丁醇在Cu-ZnO-Cr2O3/SiO2催化剂上的脱 氢

采用浸渍法制备Cu-ZnO-Cr₂O₃/SiO₂ 催化剂, 考察了反应条件和催化剂的制备条件对 仲丁醇脱氢活性和选择性的影响. 借助XRD, TPD, TPR和BET等手段对催化剂进行表征， 结果表明， 催化剂的焙烧温度、 还原温度、 还原时间和载体的预处理对仲丁醇的转化率 和甲乙酮的选择性均有较大影响. 通过实验获得了最佳的反应和催化剂制备条件.     

LaAl0.5Ni0.5O3钙钛矿的制备及其对甲烷干重整的催化性能

采用硬模板法制备比表面积大的介孔LaAl_1-xNi_xO₃钙钛矿催化剂,将其用于碳中和甲烷干重整领域,研究不同温度下的反应活性。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N₂吸附-脱附(BET)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、热重分析(TGA)对制备的催化剂进行表征。结果表明:LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂在反应过程中表现出了最优异的活性与稳定性。在反应温度为750 ℃,空速GHSV=36 000 mL/(g·h)的反应条件下, CH₄与CO₂的转化率分别达到69.8%和81.5%,经25 h稳定性测试后CH₄与CO₂的转化率仅分别降低2.7%和3.3%。这是由于在H₂-Ar混合气还原过程中,LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂获得了比LaAl_0.7Ni_0.3O₃催化剂更多的Ni活性位点,同时获得了比LaAl_0.3Ni_0.7O₃催化剂更优异的抗烧结、抗积碳性能。