甲烷部分氧化制合成气反应中的氘同位素效应

近几年来,甲烷部分氧化制合成气过程重新引起了人们的极大兴趣。该过程是温和的放热反应,生成的合成气中H_2/CO比约为2,非常适合作甲醇、F-T合成的原料气。该过程使用的催化剂主要是负载型第Ⅷ族过渡金属,如Ni,Ru,Rh,Pd,Pt等。关于该过程的催化反应机理,文献中还存在诸多的争论。许多研究者认为反应中部分甲烷首先发生完全氧化反应生成CO_2和H_2O,而后剩余甲烷由生成的CO_2和/或H_2O重整为合成气。与上述观点不     

富氧条件下改性Pd/TiO_2-Al_2O_3催化剂上H_2选择性催化还原NO_x

考察了Pd-X(X=Ni,Sn,Ca)/TiO2-Al2O3催化剂上氢气选择性还原NOx的性能.发现通过Sn和Ni改性后催化剂在高于200℃后的活性有所提高,尤其是Pd-Sn/TiO2-Al2O3催化剂既能保持Pd/TiO2-Al2O3低温良好活性的同时,高温活性及N2的选择性也有明显提高,Sn的最佳负载量为2%(质量比).X射线衍射(XRD)结果表明改性Pd-Sn/TiO2-Al2O3催化剂中Pd与Sn之间的相互作用促进了Pd在载体上的分散.H2程序升温还原(H2-TPR)结果表明,Sn的加入促进了活性组分Pd以Pd0的形式存在,并且提高了Pd/TiO2-Al2O3催化剂的氧化-还原性能,从而使其活性和N2选择性得到提高.NOx程序升温脱附(NOx-TPD)结果表明,Sn和Ni的添加有助于Pd/TiO2-Al2O3催化剂上NOx的吸附以及NO氧化为NO2的进行,这可能是活性和选择性提高的重要原因.     

Pt(111)上环己酮和氧共吸附的HREELS研究

用HREELS和TDS研究了环己酮和氧在Pt(111)上的共吸附 .在 2 0 5K ,预吸附的氧引起了共吸附的环己酮的C =O伸缩振动频率的“额外”红移 .将共吸附的表面从 2 0 5热至 2 50K ,导致环己酮进一步脱氧生成表面中间物和环己酮的C =O伸缩振动峰的彻底消失 .加热到 30 0K以上 ,环己酮脱氧生成的中间物种的分子环被裂解生成烃碎片和CO分子 ,后者直接脱附进入真空或与预吸附的氧反应生成CO2 并立即脱附离开表面 .TDS给出证据 ,证明了预吸附的氧促进了环己酮的催化分解     

Science Bulletin(《科学通报》英文版)2015年第11期中文概要

<正>V2O5/Ti O2-Al2O3催化剂甲醇选择性氧化制备二甲氧基甲烷王拓,孟亚利,曾亮,巩金龙介绍了甲醇选择性氧化制备二甲氧基甲烷(DMM)过程中,二元TiO 2-Al2O3氧化物载体的制备方法对V2O5/TiO 2-Al2O3催化剂性能的影响.考察的制备方法包括机械混合、球磨、沉淀、共同沉淀、溶胶凝胶法,随后通过等体积浸渍制备出V2O5/Ti O2-Al2O3催化剂.其中,溶胶凝胶法制得的V2O5/Ti O2-Al2O3催     

负载型Rh, Ru催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应机理的原位时间分辨红外光谱研究

采用原位时间分辨红外光谱（ｉｎ ｓｉｔｕ ＴＲ－ＦＴＩＲ）技术，在５００～６００℃、时间分辨率优于０．３ｓ的条件下，对ＣＨ４／Ｏ２／Ｈｅ（２／１／４５，摩尔比）混合气在不同预处理后的Ｒｈ／ＳｉＯ２，Ｒｕ／γ－Ａｌ２Ｏ３和Ｒｕ／ＳｉＯ２上的反应及其与催化剂上吸附ＣＯ物种的作用情况进行了跟踪、考察。实验结果表明，在还原态和工作态Ｒｈ／ＳｉＯ２上，ＣＯ是ＰＯＭ反应的初级产物。由甲烷直接脱氢生成表面吸附氢     

Pt(111)上环己酮和氧共吸附的HREELS研究

用HREELS和TDS研究了环己酮和氧在Pt(111)上的共吸附 .在 2 0 5K ,预吸附的氧引起了共吸附的环己酮的C =O伸缩振动频率的“额外”红移 .将共吸附的表面从 2 0 5热至 2 50K ,导致环己酮进一步脱氧生成表面中间物和环己酮的C =O伸缩振动峰的彻底消失 .加热到 30 0K以上 ,环己酮脱氧生成的中间物种的分子环被裂解生成烃碎片和CO分子 ,后者直接脱附进入真空或与预吸附的氧反应生成CO₂ 并立即脱附离开表面 .TDS给出证据 ,证明了预吸附的氧促进了环己酮的催化分解     

光发射电子显微镜研究CO和O2在Ag/Pt(110)表面的吸附和反应

用原位蒸镀的方法制备Ag/Pt(110）模型催化剂并用发光射电子显微镜（PEEM）在10^-5-10^-2Pa范围原位地研究了480K时CO2和O2在模型催化剂表面上的吸附和反应。500K退火后，模型催化剂表面由Pt(110),AgPt界面和Ag区域组成。压力对CO和O2在银区域的吸附的影响远远大于其对CO和O2在Pt(110)及AgPt界面的吸附的影响。AgPt界面和Ag区域上有Pt团族的形成。与Pt(110)平台相比，Pt团簇具有更强的吸附CO的能力。银的存在对Pt(110)表面CO氧化反应动力学有明显的影响。在Pt(110)表面有反应扩散波形成的反应条件范围内。AgPt界面观察不到任何时空斑图。     

SmOx/Rh(100)模型表面的制备与性质

应用Auger电子能谱（AES），X射线光电子能谱（XPS）和程序升温热脱附谱（TDS）研究了SmOx/Rh(100)模型表面的制备及CO在该表面的吸附。Sm和氧的强亲合作用经起了Sm在表面的强烈偏析。氧化表面的高温热处理，导致SmOx在Rh（100）表面的进一步聚集，与120K吸附在清洁Rm(100)表面的CO的热脱附谱相比较，吸附在SmOx/Rh(100)表面的CO的热脱附谱中在176，331和600K出现了新的脱附峰，其中位于176K的脱附峰可归属于吸附在SmOx岛上的CO的脱附，而位于331，600K的脱附峰的出现与表面Sm原子的氧化程度有关，可分别归属为吸附在富氧和贫氧SmOx岛周界面Rh原子上的CO的脱附。     

Pt(100)电极上乙二醇吸附和氧化的原位时间分辨FTIRS研究

运用原位时间分辨FTIR反射光谱在分子水平研究乙二醇(EG)在Pt(100)单晶电极上吸附和氧化的动力学过程. 在0.10 V的时间分辨光谱中, 当t>5 s于2050 cm^-1附近出现的红外谱峰归因于EG解离吸附产物线性吸附态CO(COL)的红外吸收. 红外光谱特征及其变化还证实, 吸附态CO在Pt(100)表面呈均匀分布; 当t>70 s于2342 cm^-1附近出现CO₂的不对称伸缩振动谱峰, 指认为EG的直接氧化. 研究发现随着电位升高, 直接氧化逐渐成为主要反应途径, 使解离吸附反应削弱. 当电位高于0.40 V以后, EG的氧化主要通过活性中间产物(–COOH)的途径进行.     

Pt纳米微粒电极上CO吸附的电化学循环伏安和原位FTIR反射光谱

用化学还原法制备铂金属纳米微粒. 经TEM表征纳米Pt微粒的平均直径为2.5 nm. 应用电化学循环伏安法研究了该纳米微粒电极的电化学性质, 与本体Pt相比, 吸附在Pt纳米微粒表面CO的氧化电流峰较宽. 原位傅里叶变换红外反射光谱检测到Pt纳米微粒电极表面的孪生吸附态CO, 以及随电极电位变化线型吸附和孪生吸附态CO向桥式吸附态CO的转化过程. 还发现了Pt纳米微粒上吸附态CO的增强红外吸收等一系列特殊性能.     

羰基硫与气溶胶典型组分的复相反应机制

羰基硫(COS)是大气中含硫气体之一,它可以通过大气化学反应形成硫酸盐气溶胶,影响大气辐射平衡,导致全球气候变化.COS在大气中可通过与OH·自由基、活性氧原子等均相反应过程发生化学转化,但其与大气颗粒物的复相反应的研究甚少.考察了COS与大气颗粒物中较常见的氧化物成分Al2O3,CaO,SiO2,Fe2O3和MnO2等发生复相转化的能力,利用原位傅里叶红外光谱(insituFTIR),X射线光电子光谱(XPS),比表面积分析等手段确定了COS的转化产物,讨论了反应的动力学过程和转化途径.结果表明,常温下COS能与多种氧化物反应,产物为CO2,单质S以及24SO-.各种氧化物对COS催化反应能力有较大差异,Al2O3表现出很强的催化活性,Fe2O3次之,CaO反应微弱,SiO2和MnO2则无明显反应活性.氧化物表面的吸附氧和羟基是COS转化的主要反应中心.体系中氧气过量时,Al2O3催化COS遵循准一级反应动力学规律,其酸碱性对催化活性影响很大,COS在碱性、中性和酸性Al2O3上的表观反应速率常数分别为1.5110-4,9.8110-5和3.0610-6s-1.     

CuO-Fe2O3吸附水中酸性红B及其催化热解再生机制

采用共沉淀法制备出具有较强磁性和较大比表面积的CuO-Fe2O3复合氧化物, 并研究了其吸附偶氮染料酸性红B(ARB)及其通过催化热解有机物进行再生的性能.结果表明, 该CuO-Fe2O3复合氧化物在弱酸性条件下对酸性红B(ARB)有较强的吸附能力, 溶液中共存的Cl?对吸附基本没有影响, 而对吸附却影响显著.吸附后经磁分离, 可在300℃、空气气氛中催化氧化吸附质而使吸附剂再生, 吸附剂经连续7次吸附-再生使用, 性能稳定.用原位FTIR反射光谱法研究了偶氮染料酸性红B单独热解及在CuO-Fe2O3复合氧化物上热解的反应过程, 通过跟踪反应体系IR谱图随温度及时间的变化, 推断了反应历程及其产物.研究证明, 酸性红B在两种条件下的氧化反应有很大区别: CuO-Fe2O3复合氧化物对酸性红B的氧化有很强的催化作用, 不仅大大降低了染料的降解温度, 而且可使其发生完全氧化, 无有机副产物产生; 而对无CuO-Fe2O3吸附的酸性红B进行热氧化时, 需在较高温度下进行, 而且氧化不完全, 产生大量含N有害化合物.     

CCl_2与CH_3CHO插入反应的量子化学及电子密度拓扑研究

利用密度泛函和自然键轨道理论及高级电子耦合簇和电子密度拓扑方法,对单、三重态CCl2与CH3CHO中C—H插入反应的微观机理进行了研究.在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型.在CCSD(T)/6-31G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量,并对总能量进行了校正.计算表明,主反应通道均在单重态势能面中进行,单重态CCl2与CH3CHO中的Cα—H键[反应Ⅰ]及Cβ—H键[反应Ⅱ]均可发生插入反应,存在三条主反应通道,产物分别为P1[CH3COHCCl2],P2[CH2COHCHCl2]和P4[CHCl2CHCHOH],从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑,反应Ⅱ更容易发生.对主反应通道中的关键点进行了电子密度拓扑分析,并讨论了被插入前后C—H键中H原子的积分能量变化.     

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.     

光促进下烯烃与二氧化碳的羰基化反应及13CO2和13CH3OH同位素实验研究

研究了烯烃在光促进温和条件(常温常压)和非贵金属Co(OAc)2的催化下与二氧化碳的羰基化反应; 同时对反应进行了13CO2和13CH3OH同位素实验研究. 13CO2和13CH3OH同位素实验研究表明, 光促进下本实验体系中二氧化碳参与的羰基化反应所得产物羧酸甲酯中的羰基碳约有50%来自CO2, 另50%来自CH3OH.     

Fe(Ⅱ)介导针铁矿活化氧气催化As(Ⅲ)氧化过程与作用机制

水稻土砷形态转化是影响水稻砷累积的关键因素,其中铁矿物在砷的环境化学行为中扮演着重要的角色.本文以针铁矿为对象,模拟稻田土壤根际圈反应体系,考察Fe(Ⅱ)介导针铁矿固定和氧化As(Ⅲ)的过程及其作用机制.结果表明,针铁矿在有氧条件下对Fe(Ⅱ)催化氧化As(Ⅲ)具有显著的促进作用; As(Ⅴ)含量随着针铁矿投加量和Fe(Ⅱ)初始浓度的增加而提高,生成的As(Ⅴ)主要位于固相上.一方面,吸附态Fe(Ⅱ)可能直接活化氧气产生活性氧物种进而促进As(Ⅲ)氧化;另一方面,针铁矿上的氧空位可能通过促进Fe(Ⅱ)活化氧气产生的H_2O_2的分解以及Fe(Ⅱ)循环进一步促进As(Ⅲ)氧化.进一步研究发现,·O_2~-和H_2O_2是As(Ⅲ)氧化的主要活性物种.本研究的发现对于土壤砷形态调控及污染防控具有重要的理论指导意义.     

空气环境菱铁矿分解氧化过程的穆斯堡尔效应研究

在对天然菱铁矿热处理中磁化率变化研究的基础上 ,利用穆斯堡尔效应分析了空气环境下菱铁矿的分解氧化过程及其矿物组合变化 .结果表明 ,菱铁矿在 41 0℃已分解氧化生成少量磁铁矿 ,在 5 30℃时完全分解并全部氧化生成磁铁矿 ,之后向磁赤铁矿和赤铁矿转化 ,赤铁矿含量随温度的进一步升高而增加 ,在 6 80℃时氧化产物主要由赤铁矿和部分磁赤铁矿组成 .在分解氧化的早期阶段 ,可能出现FeCO3 →FeO +CO2 和 3FeO +CO2 →Fe3 O4+CO中间过程 ,FeO被立即氧化成磁铁矿而在穆斯堡尔谱中未见 .解释了菱铁矿热处理过程中磁性变化的原因 .     

碳烟与气态和吸附态NO_2反应的不同机制

在K/MgAlO催化剂上测试了气态及吸附态NO2与碳烟(soot)的反应,结合原位红外表征和第一性原理计算确认了反应中间物,对两类反应的差异进行了机理解析.结果表明,吸附态NO2的活性弱于气态NO2.吸附态NO2以硝酸盐的形式参与反应,导致出现了2个红外特征峰2234和2110 cm-1,分别归属为K位上的氰酸离子和MgAlO载体上的氰离子.此外,气态NO2的反应中间物异氰酸离子也得到证实.吸附态NO2(即硝酸盐)的反应受到K+静电场的束缚,倾向于形成氰酸离子,氰酸离子易裂解成氰离子迁移到载体上;气态NO2与碳烟反应则倾向于形成相对稳定的异氰酸离子.吸附态NO2较弱的低温活性可归因于K+静电场的束缚.     

丙烯自由基与O2的基元化学反应

利用时间分辨傅里叶红外发射(TR-FTIR)光谱对丙烯自由基与氧分子的基元反应进行了研究. 丙烯基是利用248 nm激光光解C3H5Br气体产生. 观察到初生的振动激发产物HCO, CO2, HCOOH和CH3CHO. 确定了基元反应通道C2H5 + CO2, CH3CHO + HCO和HCOOH + C2H3. 光谱拟合得到产物CO2的振动布居. 提出一个形成一系列三元环中间物的反应机理.     

同步辐射光电离研究甲烷-氢气-氧气低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外单光子电离,结合分子束取样质谱技术,对掺氢比为0%,20%,40%,60%和80%的甲烷-氢气-氧气-氩气低压层流预混火焰进行了实验研究.通过测量光电离质谱和光电离效率谱曲线,探测了甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的中间物,得到了不同掺氢比甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的主要产物H2,CH4,CO,CO2,O2和H2O的摩尔分数分布曲线,以及火焰中间产物CH3(甲基),C2H2(乙炔),CH2O(甲醛),CH3OH(甲醇),C2H4(乙烯)和C2H2O(乙烯酮)的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰主要产物和中间产物摩尔分数的影响.实验结果表明,甲烷掺氢燃烧可以降低燃烧产物中CO,CO2和CH4摩尔分数.掺氢后实验测得的火焰中间产物摩尔分数均大幅降低,由于掺氢后火焰中H和OH摩尔分数增加,氢的强扩散性和活性增大了火焰化学反应速率,且掺氢后混合燃料H/C比值增加,使火焰C基中间产物摩尔分数降低,有助于降低不完全燃烧产物摩尔分数.