糠醛及其衍生物催化加氢制备1,5-戊二醇研究进展

糠醛是重要的生物质平台分子,其合理转化是生物质利用领域的重要课题之一. 1,5-戊二醇是一种具有巨大市场应用前景的聚合单体,研究糠醛及其衍生物选择性氢解制备1,5-戊二醇,在生物质转化和催化加氢理论研究领域都具有重要的意义.本文综述了四氢糠醇、糠醛、糠醇选择性加氢制备1,5-戊二醇的研究现状、催化剂类型和催化性能.对于具有优异1,5-戊二醇选择性的酸性氧化物修饰的贵金属类催化剂,从活性金属种类、金属-氧化物之间的协同作用、氧化物酸性影响、溶剂效应、不同催化剂体系中的构效关系,以及相关催化机理进行阐述.同时,对比了非贵金属类催化剂的研究现状,并对研究趋势和重点作了展望.     

甲醇脱氢和选择氧化制备甲酸甲酯的催化剂与反应路径

甲酸甲酯是重要的化学中间体.围绕甲酸甲酯的高效制备,本文总结了甲醇脱氢和选择氧化2种方法所使用的金属和金属氧化物催化剂的结构与其催化性能之间的关系以及所涉及的反应路径,分析了影响反应路径和甲酸甲酯选择性的关键因素.这些认识将有助于设计和构筑具有特定结构和功能的金属氧化物、贵金属以及贵金属-金属氧化物复合催化剂,从而实现甲醇到甲酸甲酯的高效定向转化.     

负载钙钛矿型催化剂的制备、结构及其对碳烟的催化燃烧性能

在应用较广的几种氧化物载体上采用共浸渍法制得系列负载钙钛矿型催化剂LaCoO3/MO(MO=CeO2,ZrO2,Al2O3,Ce0.8Zr0.2O2),热重分析(TG-DTA)方法评价了催化剂对碳烟的催化活性,并采用X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和H2程序升温还原(H2-TPR)方法对该系列催化剂的结构、形貌和氧化还原性能进行了表征.结果表明,各氧化物载体上负载的催化剂对碳烟的催化燃烧活性较体相钙钛矿均有明显提高,尤其是铈锆固溶体负载的钙钛矿型催化剂.一方面,负载催化剂更大的比表面积和多孔结构及形貌提高了碳烟与催化剂的接触效率;另一方面,钙钛矿活性组分负载后,其氧化还原性能得到了明显改善.     

层状La-Ba-Cu复合氧化物在CO还原NO反应中活性的研究

氮氧化物是严重的空气污染物,催化消除氮氧化物是环保催化研究的热点问题,在已有报道的催化剂体系中复合氧化物和含铜分子筛受到人们的普遍关注,文献中已有报道ABO_3(A=Ln;B=Cr,Mn,Fe,Co,Ni)型复合氧化物作为CO还原NO反应的催化剂.但迄今尚未见有合成LaCuO_3的报道,有关含铜复合氧化物作催化剂的大多是A_2BO_4型的.呈ABO_3结构的含铜复合氧化物只有成层状的超导体如YBa_2Cu_3O_7,本文为了探讨复合氧化物晶体结构对催化活性的影响,首次研究了3种层状ABO_3结构的La-Ba-Cu复合氧化物对CO还原NO反应的活性,发现它们均具有较高的活性,并首次提出了Ba离子在此反应中的作用.1 实验方法催化剂的制备和Cu价态分析见文献[4,5]CO还原NO反应在固定床流动反应体系中进行,反应管为内径6mm石英管,催化剂粒度为40～80目,用量0.2g,空速为7000h~(-1),原料气为NO7.5×10~(-3),CO8.0×10~(-3),He平衡.采用英国产的Pyc Pan气相色谱分析检测N_2O,CO_2,0.5nm分子筛色谱柱检测NO,CO转化率. H_2-TPR在自制装置上进行:样品在氧气氛下于850℃处理1h后,于氧气氛中冷却至室温,以组成为5%H_2 95%N_2的还原气(35mL/min)还原,升温速率20℃/min,记录H_2-TPR图.2 结果与讨论2.1 结构与化学组成XRD结构分析表明,3个样品均属正交晶系的AB     

电导法用于催化研究

由电导的变化提供固体表面和它们表面吸附分子之间电子传递的信息,已成为人们进行催化研究的“电子化学探针”之一.在多相催化和光催化的研究中,人们使用这种“电子化学探针”进行固体催化剂表面相结构的分析,研究气体在催化剂表面的化学吸附,讨论催化反应机理,揭示金属和载体之间的相互作用或影响催化反应的电子因素,等等.     

锆双组元氮化物的制备及加氢脱硫性能

高比表面(通常BET比表面大于100 m~2·g~(-1)的γ-Mo_2,作为一种具有广阔应用前景的催化新材料,近年来引起了催化界的极大关注.在烃类加氢反应中γ-Mo_2N的催化活性可与Rh,Pd,Pt等贵金属催化剂相比拟.尤其是对石油馏分的深度脱硫、脱氮、脱氧更具特色.前人的研究结果表明这种催化剂的活性及选择性与催化剂的比表面密切相关.然而,高比表面氮化物的制备一直阻碍着这一新型、高效催化剂新材料的迅速发展.如何在缓和条件下合成出大剂量、高比表面的氮化物,并使其具有优异的催化性能就成为这类催化剂的关键所在.本文利用双组元过渡金属化合物与NH_3的程序升温氮化气固反应,合成出较大剂量、高     

玻碳表面铂黑电极的结构与电催化活性

在电化学催化的应用研究中,至关重要的课题之一,莫过于寻找和制备高性能电催化剂.以碳或氧化物为载体,在其表面上沉积催化物质,可显著提高催化剂的利用率,降低成本.铂的催化活性较高,因此,对载体上沉积铂制备实用型电催化剂的研究一直受到重视.近十多年来,以原子排列结构明确的铂单晶面作为模型催化剂的研究取得了极大的进展,发现铂电极表面结构对其活性具有决定性的影响.从而可能通过获得的知识在原子和分子层次上对电催化剂表面进行设计和筛选.由于金属在一定条件下存在单晶多定向,以及多晶单定向的趋势,上述可能性就更接近实际.本文通过对玻碳表面沉积的高分散铂黑电催化剂的结构和对甲醇氧化的催化活性的研究,试图在微观层次上对实用型电催化剂表面结构及性能进行探讨.     

Co基非贵金属催化剂的制备及其氧还原电催化性能

通过热分解法, 以过渡金属-有机小分子络合物为前驱体制备了含有Co, O和N的非贵金属催化剂. 对催化剂进行了结构表征和氧还原电催化性能测试, 并分析了合成过程及分解温度对产物催化性能的影响. 结果表明, 200℃分解产物的氧还原电流达到0.60 mA/mg@-0.4 V( vs.SCE), 通过进一步研究, 有望成为氧还原电化学催化剂, 应用于质子交换膜燃料电池阴极. 研究结果同时表明, 热分解温度对分解产物结构和表面N含量有很大影响, 300℃以上才能分解完全, 600℃直接还原成单质Co; 300℃热解产物比200℃热解产物的表面N含量低, 因而其催化活性也偏低.     

不同Ce/Zr摩尔比对Fe_2O_3-WO_3/Ce_xZr_(1-x)O_2(0≤x≤1)整体式催化剂的NH_3选择性催化还原NO_x性能的影响

以共沉淀法合成了一系列不同Ce/Zr摩尔比的CexZr1xO2(0≤x≤1)复合氧化物载体,并制备了一系列Fe2O3-WO3/CexZr1-xO2整体式催化剂用于NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR).通过N2物理吸附,X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和H2程序升温还原(H2-TPR)表征了催化剂的结构性质和氧化还原性能,并测试了各催化剂的NH3-SCR活性.结果表明,催化剂的NH3-SCR性能随着Ce/Zr摩尔比的增大而逐渐提高,尤其是低温催化活性和反应温度窗口.在所考察的催化剂中,Fe2O3-WO3/Ce0.68Zr0.32O2表现出最高的NH3-SCR活性,在247~454℃温度范围内,该催化剂在30000 h-1空速下可将90%以上的NOx有效净化;且在整个反应窗口内该催化剂的N2选择性均超过99%,而生成的N2O浓度则小于20 ppm(1ppm=10-6 L/L),并且表现出较强的抗水抗硫性能、优异的织构和结构性能.更多的表面Fe,Ce和活性氧物种的共同作用,使得Fe2O3-WO3/Ce0.68Zr0.32O2具有优异的NH3-SCR性能.     

用于提升金属-氮-碳催化剂氧还原活性的双金属自旋态调控策略

正因其高的电导率和独特的金属-配体相互作用,过渡金属-氮-碳(M-N-C)催化剂具有优异的氧气还原(ORR)催化性能,在燃料电池、金属空气电池等能源电催化领域展现出很大的应用潜力[1],被认为是替代商业Pt/C催化剂的极具潜力的新型催化剂.因此,如何构建高性能的M-N-C催化剂,使其性能接近或超越Pt/C催化剂,成为其替代贵金属催化剂的关键.这对于燃料电池和金属空气电池的产业化应用和可持续发展具有重要意义.     

以海绵为载体负载金/二氧化铈纳米线的三维材料的制备及其在连续流动系统中原位还原对硝基苯酚的研究

正具有大比表面积的贵金属纳米颗粒由于其在许多化学反应中表现出优异的催化性能而受到广泛关注.通过合适的表面修饰,将功能纳米颗粒负载在载体上是一种抑制其在化学反应过程中出现团聚的有效方法.二氧化铈是一种典型的稀土氧化物材料,因其具有独特的f层电子结构而表现出许多新奇的物理、化学特性,在紫外吸收剂、抛光粉、荧光材料、催化剂以及     

α-Fe_2O_3基纳米材料催化和气敏性质的研究

α-Fe_2O_3作为良好的气敏基体材料得到了广泛应用,而钙钛石型复合氧化物ABO_3(B为Mn,Fe,Co元素)被认为是优良的催化剂.遗憾的是,至今尚未有人对α-Fe_2O_3系纳米材料的气敏性能与其催化能力之间联系作深入的研究.我们采用共沉淀的方法合成了一系列碱土金属掺杂的α-Fe_2O_3纳米材料,初步探讨了晶粒尺寸、材料电导、催化性能与气敏特性的关系.     

纳米限域及能源分子的催化转化

催化作为关键和核心技术,在能源、环境、农业以及人类健康等领域将会发挥越来越重要的作用.借助纳米科学和技术的发展和进步,以纳米体系的电子调制为理论基础,通过在纳米层次对催化剂的组成、结构和形貌,以及电子态的调控,实现高效催化剂的理性设计和精准制备,以及真实催化反应条件下对催化剂和催化作用的高分辨和动态表征是未来催化研究发展的重要方向.本文系统介绍了纳米限域体系中催化剂活性中心结构、电子特性和催化性能的控制规律.基于本研究组提出的"纳米限域催化"概念,将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过2个碳原子和1个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中,形成高温稳定的"晶格限域"催化剂,实现甲烷在无氧条件下直接催化转化,一步生成低碳烯烃和芳烃等高值化学品;在合成气催化转化研究中,通过将控制反应活性和产物选择性的两类催化活性中心有效分离,使在氧化物表面生成的碳氢中间体在分子筛孔道的限域环境内发生受限偶联反应,实现了煤基合成气一步高效生产烯烃,低碳烯烃的单程选择性超过80%.这些突破性技术摒弃了延续九十多年的F-T路线,从原理上开辟了一系列天然气、煤和生物质等高效制备烯烃等高值化学品的新途径,被誉为烯烃合成领域"里程碑式新进展".进一步地,这些研究成果正在与国内外企业合作,积极探索这类新过程的工业应用.     

铬铈相互作用对CrO_x-CeO_2/Ti-PILC催化剂上NVOCs催化降解性能的影响

采用等体积浸渍法制备了不同铬铈比例的CrOx-CeO2/Ti-PILC催化剂(Cr/Ce摩尔比分别为1:0,6:1,4:1,3:1,0:1,总负载量Cr+Ce为8%(质量比)),并研究了各催化剂上正丁胺的催化降解性能.结果表明,随着Cr/Ce比例的升高,正丁胺的催化降解活性提高.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)对不同铬铈比例催化剂的结构、氧化还原性能、表面酸性质等进行了分析.结果表明,铬铈相互作用提高了催化剂上的酸性中心强度和活性氧物种的流动性;当催化剂中含有少量CeO2时,铈对铬的助催化作用更明显,且两者的协同作用加强,更有利于正丁胺的吸附和氧化.     

石墨炔负载金属原子催化剂研究进展

金属原子催化剂实现了原子百分之百利用率,具有高选择性和高活性等特点.但由于单个原子表面能大,容易团聚成纳米颗粒,稳定金属原子催化剂的制备对基底提出了较高的要求.石墨炔的特殊结构使其成为一种潜在的金属原子催化剂载体.石墨炔是一种由sp~2和sp杂化碳原子共同组成的新型碳的同素异形体.由于碳碳三键具有线性、无顺反异构和高共轭性等优点,使得石墨炔具有类似石墨烯的二维平面结构,同时具有高导电性、高比表面积、结构稳定等优异性质.石墨炔结构中的sp杂化碳原子能与金属原子形成强的共价键,从而使金属单原子能稳定存在石墨炔结构中;因此石墨炔是一种理想的金属原子催化剂载体.本文从石墨炔负载金属原子催化剂的结构出发,论述了石墨炔负载金属原子催化剂的研究进展,包括石墨炔负载金属原子催化剂的结构、制备方法、表征手段,重点论述了石墨炔负载金属原子催化剂在电化学催化领域的理论和实验进展.实验证明石墨炔负载的贵金属(Pt和Pd)原子催化剂以及过渡金属原子(Ni和Fe)催化剂都具有优异的电化学催化活性和循环使用性能.     

先进催化剂及其用于乙烯/丙烯配位共聚的研究进展

乙烯-丙烯共聚物及乙烯-丙烯-少量二烯烃共聚物(简称乙丙橡胶)只能通过催化剂作用下烯烃配位共聚方法来合成,其微观结构、共聚组成、序列分布及拓扑结构等与催化剂密切相关.乙丙橡胶是世界上七大通用合成橡胶品种之一,具有优异的弹性、耐臭氧、耐热、耐候及耐老化性能等,应用广泛.本文分别论述了乙烯/丙烯配位共聚中所用催化剂的研究进展、催化特性及工业应用情况,主要包括齐格勒-纳塔催化剂、茂金属催化剂和非茂金属配合物催化剂,探讨主催化剂中金属的种类与价态、主催化剂中配体的结构、助催化剂、添加剂等因素对催化活性、共聚组成、分子量、分子量分布及序列分布等的影响规律.采用先进催化剂,可提高催化活性及丙烯插入率,调控共聚物的分子量及其分布,调控共聚物的序列分布与拓扑结构,设计合成高性能乙丙橡胶.     

不同分子筛对缩醛缩酮反应的催化活性比较

利用X射线衍射(XRD)、比表面仪(BET)、氨吸附-程序升温脱附(NH3-TPD)分别对一系列分子筛的结构和酸性进行了表征, 并将其用于催化乙二醇和醛酮的缩合反应, 比较了不同催化剂的活性差异, 以找出催化活性与催化剂性质之间的关系. 结果表明, 催化剂的孔径对其催化活性非常重要, 合适的孔径是保证高活性的决定因素之一. 在选择合适的孔径后, 催化剂的酸度也对反应有重要的作用, 酸性越大, 对应的催化活性也越高. 同时, 催化剂的孔径及酸度对催化剂的重复循环使用也有重要影响.     

水滑石多尺度结构精准调控及其光驱动催化应用研究

水滑石(LDHs)具有独特的层状结构、可调的组成、可控的粒径大小和形貌、简单的合成方法、易于放大生产制备等特点,使其具有丰富的可调控性;进一步经过拓扑转变,可制备得到复合金属氧化物、负载型金属催化剂,为设计具有能带结构适宜、表界面结构丰富的绿色、高效纳米催化剂提供了广阔的平台.针对温和条件下H-O,C=O,N≡N,C-C键光驱动催化活化,本文围绕"水滑石多尺度结构精准调控及催化过程强化"的主题,通过对水滑石微观精细结构、介观异质界面结构、高分散催化剂分散特性等方面进行精准调控,实现了水滑石基催化剂在光驱动分解H_2O,还原CO_2, CO加氢制高碳烃、合成氨以及降解环境污染物等反应的强化;揭示了基于能带、缺陷、界面可控的水滑石基材料制备-结构-光驱动催化性能之间的关系,从而为实现太阳能高效转化提供思路.     

基于过渡金属大环分子的电化学二氧化碳还原研究进展

利用电化学方法还原二氧化碳(CO₂RR)制备高附加值化学品是实现碳中和的重要途径.开发具有低成本、高性能的电催化剂是该技术发展的核心关键.在众多CO₂还原候选材料中,过渡金属卟啉、酞菁等大环分子化合物因具有结构明确和功能可调等特点,在实现高效CO₂RR催化性能和探究结构-性能内在关系等方面表现出良好的发展潜力.基于此,本文总结了过渡金属大环分子催化剂电化学CO₂还原制备碳一(C₁)产物的最新研究进展.首先,重点讨论了不同改性策略及电解池设计对于生成一氧化碳的选择性、稳定性、单位催化活性以及电流密度等性能的影响.随后,探讨了分子催化剂在生成甲醇和甲烷等多电子还原产物的催化潜力.最后,聚焦该材料体系在实际应用中面临的关键挑战,对该领域未来的研究发展方向进行了讨论与展望.     

选择性催化氧化含氨废气为氮气的研究进展

氨气作为一种有毒有害气体,排放到大气中会对人体健康和生态环境产生重要的危害.选择性催化氧化技术是一种高效且有潜力的氨气处理技术,将NH_3直接转化为N_2和H_2O,是当前大气污染控制领域研究的热点,受到人们越来越多的关注.本文重点介绍了Ag基催化剂、Cu基催化剂在氨氧化反应中的研究进展.首先综述了载体效应、元素/氧化物掺杂、气氛预处理对Ag基催化剂的影响,负载型和复合型Cu基催化剂以及整体型催化剂的催化性能及其影响因素.然后阐述了催化剂上催化氧化NH_3的反应机理,包括NH-HNO机理、N_2H_4机理以及iSCR机理,介绍了基于iSCR机理设计的双功能催化剂的研究进展.最后对Ag基和Cu基催化剂的研究方向和发展趋势进行了展望.