高效甲酸分解制氢钯基催化剂的研究进展

利用甲酸等含氢化合物分解制氢是解决能源问题的有效途径之一。负载型Pd基纳米粒子催化剂对甲酸分解制氢反应表现出较为优异的催化性能,并且催化剂的性能可以通过调整载体材料的种类和表面性质以及引入其他助剂得到显著提升。本文主要综述了近期高效甲酸分解制氢Pd基催化剂的制备与性能研究方面的进展,探讨了影响催化剂性能的主要因素,并对今后的发展方向和需解决的关键问题进行了展望。     

固态分散法制备ZnCl2/介孔分子筛催化剂及其催化性能

用固态分散法制备了ZnCl2/HMS和ZnCl2/MCM-41两种不同负载型催化剂。XRD的测定结果表明HMS和MCM－41均具有中孔孔道特征，用FT－IR对加热法和简单混合法制备的催化剂进行了表征，发现ZnCl2能够分散在分子筛表面并与分子筛表面羟基发生键合作用，且加热法制备催化剂使ZnCl2在分子筛表面分散得更加均匀。研究了所制备的催化剂在苯甲醚乙酰化反应中进行的催化性能，发现加热法制备的催化剂，其催化活性和对甲氧基苯乙酮的选择性均优于简单混合制备的催化剂，随着ZnCl2负载量增加，催化剂活性增加，随着反应时间的延长，对甲氧基苯乙酮的选择性下降。     

纳米复合Y_2O_3/TiO_2催化剂的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备复合半导体Y2O3/TiO2纳米材料.以酸性红B溶液的光催化降解反应为实验模型,考察了TiO2掺杂Y2O3后的光催化氧化活性,探讨了Y2O3掺杂量、pH值、焙烧温度及时间对Y2O3/TiO2复合氧化物催化剂光催化活性的影响及溶液浓度、光照时间、催化剂用量对酸性红B溶液降解率的影响.结果表明,Y2O3掺杂量为0.1%时,其催化活性是同样条件下催化剂TiO2的2.1倍;最适宜焙烧温度为400~450℃;焙烧时间为3h,凝胶pH=10时,催化效果最佳.在酸性红B溶液浓度为20mg/L的条件下,催化剂用量为0.15g,光照时间为2.5h对酸性红B溶液的降解率可达96.8%以上.     

钴基碳纳米管负载氢氧化钴纳米片的制备及电催化OER性能研究

【目的】为提高Co(OH)₂催化电解水阳极析氧反应(OER)活性,通过试验,验证提高催化OER活性的具体方案,为加快OER反应提供试验依据和构筑方法。【方法】首先通过一步高温热解法制备嵌入金属Co单质的氮掺杂碳纳米管(Co@NCNT),然后以金属钴为锚定点,通过简单水热反应将过渡金属氧化物嵌入Co@NCNT表面,成功制备了Co(OH)₂/Co@NCNT复合催化剂,并利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试分别对其结构、形貌进行分析,了解其变化特征。【结果】制备的Co(OH)₂/Co@NCNT复合催化剂在1 mol/L KOH溶液中表现出较好的OER活性和优异的稳定性。【结论】M(OH)₂与LDHs是各种OER催化剂的真正活性物质,但是制备过程中易发生团聚现象。钴基碳纳米管负载氢氧化钴纳米片试验方法能够有效解决上述问题,并为制备碳负载过渡金属氢氧化电催化剂的制备提供方法和数据支撑。     

等离子体Ag/介孔黑TiO2空心球用于可见光催化制氢

以介孔黑二氧化钛空心球为模板,通过真空诱导辅助热还原方法在介孔黑TiO2空心球孔道及表面生长等离子体Ag纳米粒子,制备了等离子体Ag/介孔黑TiO2空心球可见光催化剂.用XRD、UV-Vis、SEM、TEM和XPS等多种表征手段对Ag/介孔黑TiO2空心球进行了详细的结构表征.结果表明,表面Ag粒子的存在显著提升了该复合材料的表面等离子体共振(SPR)效应,使得复合材料在可见光区的吸收增强,从而提高了太阳光的利用率;适量的Ag粒子有利于光生电荷迁移与分离.相比于介孔黑TiO2空心球,等离子体Ag/介孔黑TiO2空心球在模拟太阳光AM1.5G和可见光下的光催化产氢性能显著提升.     

Pt／η—Al2O3催化剂表面羟基和氢溢流的氢氘交换作用研究

本文运用原位红外实验技术，通过氢氘表面交换反应，着重研究了Ｐｔ／η－Ａｌ２Ｏ３催化剂表面羟基与氢溢流的相互作用，分别考察了温度、氢吸附的平衡压力、金属分散度对氢氘交换反应速度的影响．在该催化剂上红溢流室温下就能发生，氢的活化吸咐有利于氢的溢出，铂晶粒越小，表面溢出氢的速度越快．载体氧化铝上的表面羟基大致有４种类型，它们都能与溢流氢进行氢氘交换反应．     

无黏结剂NiO/MnO2电极的制备及电化学性能测试

【目的】电极材料是整个电容器的核心,制备高性能电容材料具有重要的实际意义。【方法】通过水热原位生长法及程序升温煅烧法制备NiO/MnO₂复合电极,并探究程序升温速率对电化学性能的影响。【结果】NiO/MnO₂复合电极相对于单一电极具有较好的电化学性能,其中120℃水热原位生长8 h、程序升温速率为2℃/min所获得的NiO/MnO₂电极的电化学性能较好,在电流密度为1 mA/cm²的条件下,面积比电容达到1 313 mF/cm²。【结论】该方法温和、简单,原位生长的方式能够提高活性物质的机械附着性和利用率,复合材料的活性物质间表现出较好的协同效应,可以有效提高材料的电化学性能。     

BiOI/MWCNTs复合光催化剂的调控及其性能研究

采用溶剂热法,以Bi(NO₃)₃·5H₂O、KI和MWCNTs为原料,制备不同MWCNTs掺杂量的BiOI/MWCNTs复合光催化剂。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品的结构形貌和性能进行分析,并以罗丹明B(RhB)模拟废水对光催化剂的性能进行评价。结果表明,MWCNTs的掺杂改变了BiOI的微观结构,增大其禁带宽度,提高载流子分离效率。MWCNTs掺杂量为0.15%时,对RhB溶液的降解速率最快,150 min即可降解80%的RhB溶液,降解速率是单体BiOI的3倍,实验数据符合伪一阶动力学模型。研究表明适量MWCNTs掺杂BiOI可以提高单体BiOI在可见光下的催化活性。     

纳米二氧化硅/纤维素复合材料制备及性能分析

本试验运用造纸的方法,即溶液-水凝胶方法成功制备了纳米二氧化硅/纤维素复合材料.在此基础上研究了该复合材料的各种性能,包括力学性能、热性能和吸湿性能.研究数据表明,复合材料中二氧化硅的质量分数会影响复合材料的性能,具体表现为当复合材料中二氧化硅的含量增多,材料的密度下降且材料的拉伸性和模量值都会有较大的下降幅度.但是,...     

ZIF衍生多孔材料电催化剂的制备与OER性能

有序多孔材料基电催化剂在能源转换领域具有重要作用．有序多孔材料可以暴露更多的活性位点，同时可以有效促进催化过程中离子的传输．采用沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIF)为硬模板，通过造孔剂和胶束结合在ZIF纳米片上均匀地修饰有序介孔．复合胶束@ZIF纳米片经热处理和磷化后标记为P-MCS@ZIF,P-MCS@ZIF作为电催化剂对其进行析氧性能分析．结果表明，在电流密度为10mA·cm^-2时，P-MCS@ZIF的过电位为303m V，明显优于未经过造孔处理的参比样品，说明复合结构纳米片材料表面修饰有序介孔可以提高电催化性能．该方法为高性能电催化剂的制备提供了有效的参考．     

Mo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化反应——催化剂蒸汽处理的影响

对机械混合法制备的Mo/HZSM-5催化剂进行蒸汽后处理,利用XRD、XPS等表征催化剂的晶相结构、Mo物种的分散度,在关联催化剂活性评价基础上,研究了催化剂的蒸气处理过程对Mo物种的分散度及其芳构化反应性能的影响.结果表明,机械混合法制备的催化剂上,Mo物种主要以微晶的形式分布在分子筛的外表面,由于缺少分子筛孔道择形保护,便于积炭副反应的发生.经高温蒸气处理后,催化剂上Mo物种的分散度显著提高,有较多的Mo物种迁移至分子筛的孔道内,并与B酸发生强相互作用生成钼氧二聚体,有效地增强了催化剂的抗积炭能力.因此,蒸气处理的Mo/HZSM-5催化剂的芳烃选择性和催化稳定性较传统机械混合法制备的催化剂有明显提高.     

GO/丙纶纤维基太阳能-水蒸发器的制备及性能研究

本研究根据太阳能驱动的界面水蒸发原理及丙纶纤维的结构和性能,仿生制备垂直排列的丙纶纤维集合体,研究其吸湿导水性能,并在其表面构筑光热转换效率较高的材料氧化石墨烯(GO),进而探索其在太阳能驱动作用下蒸发水的应用。试验结果表明,丙纶纤维基太阳能-水蒸发器蒸发效果显著,在 1 kW/m²的光照条件下蒸发速率高达 1.05 kg/(m²·h),蒸发效率为 75%,经过多次循环测试后,蒸发性能仍保持稳定。     

类钙钛矿型La1.6 M0.4 NiO4(M=Mg,Ca,Sr,Ba)催化分解NO的研究

采用柠檬酸络合爆炸法合成了La1.6M0.4NiO4(M=Mg、Ca、Sr、Ba)系列类钙钛矿复合氧化物催化剂,通过XRD表征了其物相组成.考察了该系列催化剂催化分解NO的活性,并利用H2-TPR技术研究了不同碱土元素取代时对复合氧化物催化剂的氧化还原能力的影响,从而影响了样品的催化性能.结果表明:碱土金属Ba的取代可明显提高复合氧化物的催化活性,Ba的掺入有效的提高了样品的氧化能力,从而催化效率得以提高.     

TiO2负载氮化钴钼催化剂的制备及其加氢脱氧性能

利用TiO2负载CoMo氧化物在NH3气流中进行程序升温反应,制备了一系列不同Co负载量的氮化CoMo/TiO2催化剂,采用BET和XRD对其进行了表征.以苯酚为模型化合物,考察了氮化CoMo/TiO2催化剂的加氢脱氧性能,采用拟一级反应动力学对苯酚消耗反应速率常数进行了拟合.结果表明: Co3Mo3N是由CoMoO4氮化生成,而不是由CoO和MoO3混合氧化物氮化生成.随着Co的加入,在催化剂中形成了双金属氮化物新相Co3MO3N.Co的加入对于改变催化剂的比表面积大小和加氢脱氧性能起到了正反两方面的作用.不同催化剂加氢脱氧的反应速率大小顺序为:Co4Mo12＞Co6Mo12＞Co2Mo12＞Co8Mo12＞Co0Mo12＞thermal.     

MnFe2O4/CNTs/GA光催化材料的制备及其类Fenton催化性能

采用低温共沉淀法制备了铁酸锰(MnFe₂O₄)纳米颗粒,水热法合成了碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)、MnFe₂O₄共掺杂石墨烯气凝胶(Graphene aerogel, GA)的MnFe₂O₄/CNTs/GA复合光催化材料。同时,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy, SEM)、N₂吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectoscopy, FT-IR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)等技术对催化剂的晶体结构、微观形貌、孔结构和元素价态等进行了表征。催化降解实验结果表明,水热反应温度为180℃时制备的MnFe₂O₄/CNTs/GA催化剂光催化活性最佳,类...     

基于培养环境的混合状态进行增光处理的新型光发酵制氢工艺

实验研究了不同培养环境的混合状态下光照强度对光合细菌生长和光发酵产氢的影响,提出静态培养和动态培养状态下的光饱和点分别为4000lux和6000lux。分析了Rhodobacter sphaeroides ZX-5培养环境中,光照强度随菌体细胞浓度及光传播距离增加而衰减的变化规律,得到了光在菌液传递过程中衰减的数学模型,即I=I0exp[-(0.4 814+0.2 991 OD660nm)·L]。首次提出了基于培养环境的混合状态进行增光处理的新型光发酵制氢策略,使得最大产氢速率达到161.7ml H2/lh。     

Fe/SiO2催化剂的快速制备及催化生长碳纳米管

以纳米二氧化硅吸附和分散FeCl3.6H2O,采用旋转蒸发-高温还原法合成出Fe/SiO2催化剂。采用化学气相沉积法制备碳纳米管,使用SEM和TEM对产物进行了表征。结果表明,当Fe/(SiO2 Fe)(物质的量比)为17.5%时,能够制备出高质量的直径为30~50nm的多壁碳纳米管。     

甲酸在Pd-Ru/C催化剂上的电催化氧化

采用液相化学还原浸渍法制备高分散的炭载钯钌(Pd-Ru/C)催化剂;运用X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、循环伏安法(CV)和线性扫描法(LSV)等技术分析催化剂的结构、组成及催化剂对甲酸的电催化氧化性能;通过不同温度线性扫描曲线获得不同电位下甲酸在Pd-Ru/C催化剂上氧化反应的活化能.结果表明,与Pd/C、Ru...     

静电纺丝制备Co/碳纤维自支撑膜用于锌-空电池正极

商用Pt基氧还原反应催化剂稳定性差和生产成本高等缺点,导致锌-空电池等绿色高效的新型能源发展受到限制。因此,开发高效、廉价、耐用的氧还原电催化剂成为电催化领域的研究热点。利用静电纺丝技术制备了Co负载的碳纤维柔性自支撑膜（Co/CNF）,通过扫描电子显微镜、X-射线衍射和N₂吸附-脱附等对其形貌和结构进行了表征。在0.1 mol·L^-1 KOH电解液中,Co/CNF具有优异氧还原反应活性及稳定性,其起始电位和半波电位分别为0.92和0.84 V,经过10 000次循环性能没有明显衰减。以Co/CNF作为空气正极组装锌-空电池,其开路电压为1.46 V、峰值功率密度为185 mW·cm^-2,能够稳定运行近80 h,性能优于商业Pt/C催化剂。     

Ag+CuO/ZrO2催化剂的制备与表征1.载体制备方法的研究

用XRD、BET和TPR等手段表征了浸溃法制备的Ag CuO／ZrO2催化剂,研究了载体的制备方法对催化性能的影响、结果表明加入表面活性剂回流后的样品,比表面积和孔隙度明显提高,有助于改善催化剂的活性．