甲烷催化燃烧催化剂的研究进展

甲烷催化燃烧的目的是通过催化作用降低其起燃温度(T_(10))和完全转化温度(T_(90)),加深其氧化程度,从而提高燃料的利用率。简述了甲烷催化燃烧反应的机理,从种类、制备方法以及催化性能等方面详细介绍了甲烷催化燃烧催化剂的最新进展。贵金属催化剂的催化性能优越,但高成本以及热稳定性差等因素极大地限制了其应用;非贵金属催化剂尤其是复合金属氧化物催化剂(例如钙钛矿型复合金属氧化物催化剂和六铝酸盐系列催化剂等)拥有较高的催化活性,因其成本低,有更好的发展前景。提高非贵金属催化剂的低温催化活性和高温热稳定性是今后甲烷催化燃烧催化剂的主要研究方向。     

甲苯催化氧化催化剂的研究进展

从甲苯催化氧化催化剂种类、制备方法及性能等方面,总结概述了近年来对此类催化剂的研究,发现对贵金属催化剂的研究主要集中于载体选择及负载方式,对非贵金属氧化物催化剂的研究则集中于金属间复合、元素掺杂、制备方法等方面,均旨在提高催化活性和稳定性。未来研究需注重催化剂抗中毒性能的提高,并考虑混合气体的高效催化氧化。     

非贵金属氧化物在含水条件下对一氧化碳的催化氧化

CO的催化氧化是去除CO的一种环保有效的技术方法。影响CO氧化活性的因素有很多,如水汽含量、前驱体溶液、制备方法、焙烧温度和催化剂重量等。近来非贵金属氧化物受到众多科研工作者的关注,特别是Co基催化剂。虽然Co基催化剂在低温下对CO氧化有优异的催化性能,但在含水条件下易失活,因此提高含水条件下低温CO氧化的催化性能刻不容缓。重点综述了非贵金属(Co基、Cu基与Ce基)催化剂的研究进展,着重讨论了水因素对非贵金属催化剂对CO的催化氧化反应活性的影响。本课题组正在努力研究构造新型的抗水性聚合物薄膜以达到提升活性的目的,且已取得一定效果,并为今后的研究提出建议。     

催化氧化降解挥发性有机物研究进展

总结了典型的挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的来源、分类以及降解VOCs的纳米催化剂的主要种类和制备方法,简述了纳米催化剂颗粒、结构和形貌等对催化活性的影响,以及负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂处理卤烃、芳香烃、含氧有机化合物、脂肪烃和含氮(硫)有机化合物的研究现状,并归纳了CO和水蒸气对催化氧化VOCs反应的影响.最后,展望了挥发性有机物催化氧化消除的研究方向.     

氮氧化物NOx的催化消除

综述了催化消除NOx的几种催化剂——复合金属氧化物、分子筛催化剂、负载型贵金属及类水滑石化合物的制备、特性及应用现状，并着重叙述了类水滑石化合物作为催化剂以及催化刺前驱体对氮氧化物消除(DeNOx)的催化性能及应用。     

金属氧化物负载纳米贵金属催化剂上的常温CO氧化性能研究

用XRD、BET和H2-TPR等表征手段对不同方法制备的系列金属氧化物负载纳米贵金属催化剂2%Au/ZnO-Fe2O3和2%Au-Pt/ZnO进行了研究,在常温常湿条件下考察了它们的CO氧化反应性能。结果表明,随着双金属氧化物载体组成的变化,2%Au/ZnO-Fe2O3催化剂的晶相结构、比表面积及氧化还原性质有明显差别,并且对常温常湿CO氧化的稳定性有较大影响;第二组分贵金属Pt的添加促进了2%Au-Pt/ZnO催化剂中类碳酸盐物种的累积和纳米金粒子的聚集,从而引起CO氧化反应稳定性降低。     

便携式直接甲醇燃料电池

采用超薄无Teflon化催化层制备直接甲醇燃料电池空气电极,用电化学沉积方法制备甲醇氧化催化剂PtRu／C。提出较高电位下甲醇氧化的概念。所研制的直接甲醇燃料电池的催化电极贵金属催化剂的利用率提高,甲醇氧化过程催化剂CO中毒问题能够基本消除。     

水杨醇液相催化氧化制水杨醛的研究

贩非贵金属催化剂ＨＬＯ－５０９上进行了水杨醇的液相催化氧化制水杨醛实验并取得进展。水杨醛的产率以苯酚计达７３％－７６％,从而达到了钯催化剂催化效率的国际先进水平,超过了国有钯催化剂的工业生产水平。     

物理法制备的纳米过渡金属催化剂上CO的氧化（Ⅰ）：催化剂？…

研究了物理法制备的纳米过渡金属催化剂上ＣＯ的氧化反应及催化剂活性组分与其催化活性的关系。试验结果表明,纳米铜催化剂对ＣＯ２氧化反应有较好的催化活必 化剂活性组分金属氧化物生成热与其催ＣＯ化反应催化活性之间关联。     

NO在负载型金属氧化物催化剂上的氧化反应机理

研究了γ- Al2 O3负载的金属氧化物催化剂对 NO催化氧化性能。实验发现 ,30 0°C下催化剂活性顺序为 Mn>Cr>Co>Cu>Fe>Ni>Zn,P-型金属氧化物对 NO的氧化活性较强。对 Mn O2这种具有代表性的 P-型金属氧化物催化剂 ,提出了其 NO催化氧化的反应机理和动力学模型。     

CO2加氢逆水煤气变换（RWGS）催化剂研究进展

化石能源的广泛使用，导致CO2肆意排放至大气环境，引发一系列严重的环境问题。CO2逆水煤气变换（RWGS）反应，是实现CO2资源化利用的有效途径。对RWGS反应催化剂研究情况进行了系统的总结和综述，详细地分析了Pd、Au、Pt、Cu、Fe和Mo基等催化剂的RWGS反应性能，对金属与载体间相互作用和掺杂元素的电子效应对催化RWGS反应性能的影响进行了系统的分析。Pd、Au和Pt等贵金属对CO2弱的结合能力和定向转化能力，需进一步提高贵金属催化剂对CO2分子的吸附和活化能力来提升其催化性能。非贵金属Cu、Fe和Mo基催化剂的低温活性较差，借助新的催化剂制备方法和策略，将进一步提升CO2分子的低温催化转化活性。研究结果证实，通过优化催化剂中活性组分与载体或助剂的相互作用，能实现对相应催化剂的RWGS反应性能进行调控。总结了非贵金属和贵金属催化剂上CO2 加氢机理，分析了非贵金属和贵金属催化剂RWGS反应性能间的差异，为开发制备新型的RWGS反应催化剂材料提供了可行思路和理论依据。     

Pt/CeO_2-ZrO_2催化剂低温催化氧化低浓度正己烷废气

采用浸渍法制备了堇青石蜂窝陶瓷负载Pt/CeO2-ZrO2催化剂,测定了其低温催化氧化活性。结果表明,Pt/CeO2-ZrO2催化剂具有良好的催化活性,Pt负载量大的催化剂活性越好,6%Pt/CeO2-ZrO2催化剂的T50为240℃、T90为272℃,空速为20000h-1,对正己烷净化转化率可达100%,适合正己烷工业废气净化处理。     

Effect of supporting materials on the electrocatalytic activity,stability and selectivity of noble metal-based catalysts for oxygen reduction and hydrogen evolution reactions

Carbonaceous and alternative supporting materials for platinum(Pt) and palladium(Pd) have been explored for the cathodic electrocatalysis in low-temperature fuel cells. Pd and Pt are widely used for catalysis owing to their remarkable electrocatalytic activity toward water splitting and fuel cell reactions. Supporting materials play a paramount role in defining electrocatalytic properties such as durability, selectivity, and activity. The conventional supporting material such as carbon black is unable to fit all the requirements under the severe operating conditions of fuel cells due to its poor corrosion resistance and limited mass transport of fuels to active catalyst sites. Nowadays the scientific research is being concentrated on devising different altered carbonic and carbonfree supporting materials for catalysts to improve the catalytic activity, stability, and selectivity of noble metal electrocatalysts. Lately, Pt, Pd and their alloy catalysts supported on modified carbonaceous and carbon-free materials have attracted solid interest owing to their prominent characteristics contributing to the remarkable fuel cell efficacy. Therefore, it is reasonable to explore this theme, regarding a variety of supporting materials,their advantages, drawbacks and future perspectives. In this mini-review, we selectively summarize recent advancements on several types of key supporting materials: carbon(graphene, carbon nanotubes, mesoporous carbon, and doped carbon nanostructures), non-carbon(transition metals oxides, borides, nitrides, and carbides)and hybrid nanocomposites.     

燃料电池-燃气轮机混合动力系统的燃烧与系统性能分析

对熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机（Molten Carbonate Fuel Cell/Micro-Gas Turbine, MCFC/MGT）混合动力系统中催化燃烧室(Catalytic Combustion Burner, CCB)的反应特性及影响因素进行了分析,并基于燃气轮机的设计方法进行了混合动力系统的设计.在对催化燃烧室的数值模拟中采用了塞子流模型及CH4在催化剂Pt上的详细反应机理,在实验中对3种不同催化剂的反应特性进行了分析.混合动力系统设计中,以燃料电池的温度为限制条件,采用基于现有燃气轮机对燃料电池进行匹配的设计方法,确定了混合动力系统的设计点参数.分析结果表明,所建立催化燃烧室模型可以反映燃烧室的特性,以钙钛矿和金属氧化物为助剂的催化剂活性要比贵金属的差,基于燃气轮机设计的混合动力系统虽然效率低但更具有实际意义.     

Pd掺杂方式对Pt/KL分子筛正己烷芳构化及抗硫性能的影响

以浸渍法和水热合成法向Pt/KL催化剂中掺杂金属Pd,对催化剂进行改性和表征,并在固定床微型反应装置上考察Pd掺杂方式对Pt/KL催化剂正己烷芳构化性能及抗硫性能的影响.结果表明:不同方式掺杂Pd对分子筛的晶体结构和孔径分布等影响较小,对催化剂表面酸碱性质的影响较大;浸渍法掺杂金属Pd较水热法更能提高Pt/KL催化剂的正己烷芳构化反应活性、芳烃选择性及抗硫性能.这是由于通过浸渍法制备催化剂Pt-Pd/KL中的Pd与Pt相互作用增强了催化剂的金属催化功能,使得其芳构化活性和抗硫性增强;通过水热法制备催化剂Pt/PdKL中的Pd增强了催化剂酸性,从而降低了催化剂芳构化活性和抗硫能力所致.     

含氧复合型Pt/C催化剂的制备、表征及其对甲醇电氧化催化性能的研究

利用亚锡酸对氯铂酸的弱的多步骤还原制备新型Pt/C催化剂. 用XRD、HRTEM、EDS、DSC以及氢吸附电化学对所制备的催化剂进行了表征,并用循环伏安和恒电位极化对其进行了甲醇电氧化催化活性测定. 实验结果表明,应用亚锡酸法合成的Pt/C催化剂具有很高的甲醇电氧化催化活性,在0.5V (SCE)电位下,其质量活性约为亚硫酸路线合成的Pt/C催化剂的2倍. 亚锡酸法可在纳米尺度范围内生成金属Pt和Pt氧化物共存的复合型碳载催化剂,这种含氧复合型催化剂可以促进Pt在甲醇电氧化过程中双功能作用的有效协调.     

低汽气比条件下高温变换催化剂的研究及其进展

详细介绍了国内外在低汽气比条件下改进型铁路系、铜系、锰系及贵金属型高温变换催化剂的发展状况。比较了各种高变催化剂在性能上的优劣。提出适用于低汽气比条件下的高温变换催化剂将会是未来高变催化剂的发展方向。     

Self-regeneration of a Pd-perovskite catalyst for automotive emissions control

Catalytic converters are widely used to reduce the amounts of nitrogen oxides, carbon monoxide and unburned hydrocarbons in automotive emissions. The catalysts are finely divided precious-metal particles dispersed on a solid support. During vehicle use, the converter is exposed to heat, which causes the metal particles to agglomerate and grow, and their overall surface area to decrease. As a result, catalyst activity deteriorates. The problem has been exacerbated in recent years by the trend to install catalytic converters closer to the engine, which ensures immediate activation of the catalyst on engine start-up, but also places demanding requirements on the catalyst's heat resistance. Conventional catalyst systems thus incorporate a sufficient excess of precious metal to guarantee continuous catalytic activity for vehicle use over 50,000 miles (80,000 km). Here we use X-ray diffraction and absorption to show that LaFe(0.57)Co(0.38)Pd(0.05)O(3), one of the perovskite-based catalysts investigated for catalytic converter applications since the early 1970s, retains its high metal dispersion owing to structural responses to the fluctuations in exhaust-gas composition that occur in state-of-the-art petrol engines. We find that as the catalyst is cycled between oxidative and reductive atmospheres typically encountered in exhaust gas, palladium (Pd) reversibly moves into and out of the perovskite lattice. This movement appears to suppress the growth of metallic Pd particles, and hence explains the retention of high catalyst activity during long-term use and ageing.     

氮掺杂还原氧化石墨包覆金属钴复合材料的制备及其氧还原性能的研究

采用搅拌反应法制备了ZnCo（ZIF）与氧化石墨（graphite oxide,GO）的复合材料,热处理得到Co@N-doped rGO催化剂。通过X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）对催化剂进行结构表征,通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对催化剂进行表面元素分析,分别考察了金属（Zn和Co）加入量和热处理温度对催化剂氧气还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）催化性能的影响,结果表明：所制备的催化剂整体呈层状分布,表面附着金属小颗粒团簇;随着金属加入量的增加,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱;随着热处理温度的升高,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱。所制备的S-2-850催化剂具有最好的ORR催化性能,在0.1 mol/L KOH电解液中,其起始电位和半波电位分别为0.871 V和0.804 V,在相同测试条件下活性稳定性优于20% Pt/C。