非平衡条件下的甲烷直接氧化制合成气的研究

将甲烷转化成重要的化工原料是过去15年最富挑战性的课题之一.尽管人们对甲烷氧化偶联制乙烯进行了大量的研究,但由于其收率较低、反应温度高等缺点,实际应用还有很大困难.近年来,人们开始注意甲烷直接氧化制合成气,该反应具有高活性、高选择性、高时空收率和相对低的反应温度等特点,有可能替代水煤气变换反应,成为制取FL合成和甲醇合成等工业过程原料的途径.Choudhary等人报道,在Ni,Co等催化剂上,大空速的情况下,当反应温度高于700℃时,甲烷直接氧化制合成气的活性和CO选择性接近热力学平衡值;当     

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     

纳米钙钛矿型LaFeO_3及其掺杂系列氧化物制备和甲烷完全氧化催化性能研究

钙钛矿型复合氧化物(ABO_3)具有明确的结构和较高的热稳定性,通过A,B位元素取代可以改变离子的氧化态,控制氧缺陷数目等,常用作研究固态化学性质和催化性能关系的材料.LaFeO_3及其掺杂体系用于CH_4,CO和CH_3CH_2CH_3完全氧化已有文献报道,但采用固态化学方法制备的这些复合氧化物由于比表面小,使活性的提高受到限制,考虑到纳米尺寸的氧化物具有较高的比表面和某些独特的物理化学性质,有可能降低完全氧化的反应温度,获得高活性的催化材料,我们首次制备了纳米尺寸的A位掺Sr和B位掺Mn的LaFeO_3系     

在混合导体透氧膜反应器中进行甲烷部分氧化制合成气

混合导体透氧膜指的是一类同时具有氧离子导电与电子导电性能的新型陶瓷膜。在高温下,当膜两边存在氧浓度梯度时,氧可以从高氧压端向低氧压端透过,且理论上氧的选择透过性为１００％,开发出一种新型的具有高透氧量、高稳定性的透氧材料Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２－０３－δ,并成功地把其应用到甲烷部分氧化反应中,以空气为氧源利用透氧膜透过的氧与甲烷反应制合成气,使氧的膜分离与甲烷部分氧化反应一体化于一     

在管状透氧膜反应器中进行甲烷部分氧化制合成气

采用挤压法制备出致密的Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３──膜管，并成功地将其应用到甲烷部分氧化制合成气反应中，即以空气为氧源利用透氧膜透过的氧与甲烷反应制合成气，使膜分离纯氧与甲烷部分氧化反应一体化．实验结果表明，反应温度在８７５℃，甲烷转化率在９４％以上，ＣＯ的选择性在９８％以上，Ｈ２的选择性在９５％以上，透氧量为８．８　ｍＬ／（ｍｉｎ·ｍ２）．在反应过程中，透氧膜管没有出现裂缺，显示了很好的稳定性．     

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     

Ga-O双功能位点促进高选择性光催化甲烷直接转化制甲醇

光催化甲烷(CH₄)直接转化制甲醇(CH₃OH)被誉为催化界的“圣杯反应”.然而,由于反应过程中目标产物容易发生过氧化反应,实现CH₃OH的定向转化仍然面临巨大挑战.本文通过溶剂热法和高温煅烧法成功地制备了不同晶相的Ga₂O₃光催化材料(α-Ga₂O₃和β-Ga₂O₃),并对其光催化CH₄直接转化制CH₃OH的性能进行评价.测试结果显示在室温常压,且不额外添加其他氧化剂的情况下,α-Ga₂O₃和β-Ga₂O₃表现出优异的光催化性能.相较于β-Ga₂O₃,α-Ga₂O₃的光催化性能更优:反应2 h后,其CH₄转化率达4.5%,CH₃O...     

碱金属和稀土金属氧化物修饰的NiO/Al2O3催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究

<正>天然气是非常丰富的石化燃料资源,对其优化利用而受到世界各国的高度重视.现有的已工业化的天然气加工利用方法主要为间接法,即由CH₄经水蒸汽重整制合成气,然后由费托反应等再进一步转化为汽油、柴油、甲醇、乙二醇等各种液体燃料和有机化工原料;此外,还有氯化氧化制氯化甲烷、高温裂解制乙炔等.但缺点是:设备复杂,投资大,高温高压,腐蚀性大等.     

甲烷均相转化研究进展

在绿色、经济的反应条件下实现甲烷的直接转化一直是化工能源领域面临的重大挑战之一.在过去的10年中,有机合成化学家们相继发展了多种甲烷均相转化方法,为利用丰富的甲烷作为化工原料来合成高附加值的化工产品提供了新的转化途径.本文从反应作用机制方面总结了近年来甲烷均相转化领域的研究进展,包括过渡金属和主族金属参与的,以及光促进的甲烷均相转化等.在这些研究进展中,过渡金属催化的甲烷转化方法占据主要,涌现了对甲烷碳氢键进行亲电活化、氧化加成和卡宾插入等多种不同活化机制.引人注意的是,光催化模式利用清洁的光能为反应提供能量,为甲烷的均相转化提供了一种更加绿色可持续的化学转化方案.文末对发展更多高效的光促甲烷转化反应及其应用前景进行了展望.     

碱金属和稀土金属氧化物修饰的NiO/Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究

天然气是非常丰富的石化燃料资源,对其优化利用而受到世界各国的高度重视.现有的已工业化的天然气加工利用方法主要为间接法,即由CH_4经水蒸汽重整制合成气,然后由费托反应等再进一步转化为汽油、柴油、甲醇、乙二醇等各种液体燃料和有机化工原料;此外,还有氯化氧化制氯化甲烷、高温裂解制乙炔等.但缺点是:设备复杂,投资大,高温高压,腐蚀性大等.目前处于开发阶段的几种主要甲烷催化转化方法:(1)甲烷氧化偶联制取乙烯、乙烷,     

水氧化催化剂的研究进展

通过光解水获取清洁能源氢气是缓解人类能源紧缺的重要途径,而水的氧化作为该反应的瓶颈限制着光解水的实现.科研工作者致力于该领域的研究并取得了一定的进展.本文结合水氧化催化剂的研究进展,从金属中心和配体的选择、空间结构的影响和自组装的优势等4个方面介绍了水氧化催化剂的研究进展.     

甲烷厌氧氧化作用:来自珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水的地球化学证据

对珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水中甲烷、硫酸盐、CH4-δ ¹³C和SCO2-δ ¹³C的地球化学参数垂直剖面特征的研究结果显示: 甲烷浓度梯度在硫酸盐还原带底部急剧增大, 而间隙水硫酸盐浓度随深度呈线性降低; 在硫酸盐-甲烷转换带(SMT)中, 甲烷碳同位素逐渐变重, 并引起间隙水SCO₂-δ ¹³C值变为极负.间隙水地球化学参数的变化特征提供了该区域沉积物中存在AOM作用的证据.根据数学模型计算出的三个站位甲烷厌氧氧化速率和硫酸盐还原速率, 可知AOM消耗的硫酸盐占总硫酸盐损耗的比例分别为9.0%, 84%和45.5%, 对应的AOM产生的ΣCO₂占总CO₂的比例分别为4.7%, 72.4%和29.45%.有机质的输入量的大小影响沉积物底部甲烷浓度、扩散通量及SMT分布.较高的有机质输入量一方面有利于加速间隙水硫酸盐通过有机质矿化分解作用损耗, 另一方面引起进入SMT的甲烷扩散通量增大, 使得AOM过程硫酸盐的消耗量相应增大, 结果造成SMT向沉积物表层上移.     

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0.3 s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/?-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和CHx (x = 1~3)物种, 后者再进一步氧化生成CO是Rh/SiO2上POM反应的主要途径. 在Ru/?-Al2O3, Ru/SiO2和氧化态的Rh/SiO2上, CO2是CH4/O2/He混合气反应的初级产物. CH4与CO2和H2O的重整反应是Ru/?-Al2O3和Ru/SiO2上CO和H2生成的主要途径. 在Rh/SiO2和Ru/?-Al2O3上, 催化剂表面吸附CO物种的进一步氧化是POM反应中CO2生成的重要途径之一.     

先进氧化技术及其研究进展

先进氧化方法(技术)从源头在其化学反应过程中就制止了污染的产生,实现零污染、零废物排放.目前,先进氧化方法存在的问题,阻碍了先进氧化方法的发展及其在工程化应用方面的研究.文中着重介绍了强电离放电方法,把O2、H2O电离后,再按自由基结构,在分子层次上加工成OH、eaq-(水合电子)等自由基,自由基的产生浓度、产成量均能满足工程上应用水平.仅在1 s内把生物体、有机物氧化分解成CO2、H2O及微量无机盐;把无机污染物氧化成无害物质或者有用再生资源;剩余OH等自由基分解成H2O、O2.文中列举在治理海洋外来入侵有害生物、烟气资源化脱硫应用研究成功的事例,也简述了先进氧化特性、主要研究方向及其展望.     

细菌c-di-AMP特异性磷酸二酯酶的研究进展

c-di-AMP特异性磷酸二酯酶(c-di-AMP-specific phosphodiesterase, PDE)是一类能够将c-di-AMP水解为线性pApA或AMP的酶,对维持细菌体内c-di-AMP的代谢平衡至关重要.在不同的细菌中存在着不同结构类型的PDE,其功能既具有一定的保守性,又存在特异性. c-di-AMP作为第二信使分子在包括古菌、革兰氏阳性菌及支原体、衣原体、蓝细菌等部分革兰氏阴性菌等在内的原核生物中发挥多种功能.近年来研究显示, PDE通过调节细菌中cdi-AMP水平,进而调控细菌生长、生物被膜形成、细菌耐药性、细菌毒力和宿主细胞的免疫应答等生物学过程,是预防和治疗病原菌感染的重要潜在靶点,在疫苗研发及小分子药物筛选开发领域中具有极大的潜力.本文对近年来PDE分类、结构及生物学功能等方面进行综述,旨在为相关研究人员提供参考.     

氧化还原酶电催化反应研究进展

由于选择性好、效率高、无副产物和绿色环保等优点,生物电催化合成反应备受关注.氧化还原酶分子内部及其与电极界面间的电子传递效率,决定了生物电化学合成的效率.本文对近年来酶电催化的相关研究进行总结,聚焦氧化还原酶分子内的电子传递机制,阐述氧化还原酶共进化电子传递网络改造、分子开关设计、导电模块组装等酶分子内电子传递的调控策...     

电晕诱导介质阻挡放电/催化剂协同作用下甲烷的部分氧化水蒸气重整制氢

研究大气压较低温度(低于600℃)条件下电晕诱导介质阻挡放电反应器内甲烷的部分氧化水蒸气重整制氢. 反应器内电晕诱导颗粒的存在使介质阻挡放电可以在大间隙(10 mm)、低电压条件下均匀发生. 分析了输入功率、氧气/甲烷摩尔比以及预热温度对甲烷转化率和氢气选择性的影响. 实验结果表明: 输入功率在27~50 W之间时输入功率的增加明显促进甲烷转化率升高, 但当输入功率大于50 W 时, 功率的增加对甲烷转化的促进作用相对较弱; 氧气/甲烷摩尔比既影响甲烷转化率, 又影响氢气选择性, 在本文实验条件下, 氧气/甲烷摩尔比为0.6 时, 氢气的选择性最高能达到112%; 电晕诱导介质阻挡放电和催化剂协同作用下的甲烷转化率接近热力学平衡时的甲烷转化率.     

氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

超宽禁带氧化镓(Ga₂O₃)半导体具有临界击穿场强高和可实现大尺寸单晶衬底等优势,在功率电子和微波射频器件方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景.尽管Ga₂O₃材料与器件研究已取得很大进展,但其极低的热导系数和缺少有效的p型掺杂方法成为限制其复杂器件结构制备和器件性能提升的主要瓶颈.针对上述两大关键瓶颈,本文综述了利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga₂O₃异质集成晶体管与基于p型氧化镍/n型氧化镓(pNiO/n-Ga₂O₃)异质结的Ga₂O₃功率二极管和超结晶体管的研究进展.采用离子刀智能剥离-键合技术实现的高导热衬底Ga₂O₃异质集成方案可有效解决其导热问题,碳化硅(Si C)和硅(Si)基Ga₂O₃异质集成晶体管展现出远优于Ga₂O₃