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。     

甘氨酸燃烧法制备Co/CeO_2催化剂用于CO选择性氧化脱除

采用甘氨酸燃烧法制备了不同负载量的Co/CeO_2催化剂,考察了钴负载量和反应温度对其在富氢气氛中选择性催化氧化CO的反应性能,并与浸渍法制备的Co/CeO_2催化剂进行了对比;同时采用XRD、SEM和H_2-TPR等手段对催化剂进行了表征.结果表明,在富氢气氛下,甘氨酸燃烧法制备的Co/CeO_2催化剂,对CO的选择性催化氧化反应,具有较好的低温反应活性和较高的选择性.当钴金属氧化物负载量为30%时,在150~200℃,催化剂对CO的催化氧化率达到99%以上;并且在反应温度为150℃时,催化剂对CO催化氧化的选择性达到100%.另外,通过用XRD、Raman和TPR对催化剂进行分析表征,在甘氨酸燃烧法制备的催化剂中Co_3O_4具有较好的分散度,Co和Ce之间的相互协同作用提高了催化剂的催化氧化活性和选择性.     

Co3O4催化CO低温氧化工艺条件的研究

不使用表面活性剂和氧化剂,利用液相沉淀法制备了Co3O4催化剂.采用XRD和TEM对催化剂进行了表征,着重考察了预处理条件、反应温度、空速等工艺条件对Co3O4催化剂上CO低温氧化性能的影响.结果表明:所制备的催化剂具有单一的立方相结构,晶粒尺寸在10～20 nm之间.经过氧化预处理的Co3O4在室温乃至零度以下(-78 ℃)都具有较高的CO氧化性能,在25 ℃下可连续反应500 min以上保持CO完全转化.催化剂的稳定性随原料气中CO浓度的降低而逐渐升高,随空速的提高活性下降较快.水蒸气的引入则对催化剂的稳定性有明显的负作用,导致在室温下使CO保持完全转化的时间明显缩短.     

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。     

镧对混合型贵金属尾气净化催化剂性能的影响

催化净化是解决汽车尾气污染的一项关键技术，本文以CO氧化为探针反应，考察了镧对混合型贵金属催化剂反应活性、耐热性能的影响，并探讨了镧的作用机理。结果表明：镧是混合型贵金属尾气净化催化剂的一种性能良好的助剂。     

纳米金催化剂低温催化氧化甲醛和一氧化碳的研究

采用均相沉积沉淀法制备了Au/CeO2催化剂,考察了不同焙烧条件对金催化剂催化HCHO和CO氧化两个反应的活性变化规律,并对活性机理进行了研究。实验结果显示,该催化剂具有优异的低温催化HCHO和CO氧化的活性。其中经500?℃焙烧的催化剂在50?℃、体积空速为5000h-1下可以实现甲醛的完全催化氧化;经300?℃焙烧的催化剂在0?℃、体积空速为450000h-1下可以实现对CO70%的转化。发射扫描透射电镜、X射线粉末衍射的表征结果显示：对于催化CO氧化来说,粒径越小活性越高,而对于催化HCHO氧化来说,则呈高斯曲线型,粒径较低时,粒径的大小和活性是呈正比的。X射线光电子能谱表征结果显示：催化CO氧化体系中,Auδ+和Au0共同作为活性组分,而催化HCHO氧化体系中,则是Au0为主要的活性组分。     

CO在Cu-Mn催化剂上的催化氧化本征反应动力学

采用共沉淀法制备了用于低温催化氧化脱除气体中CO的Cu-Mn催化剂.通过X射线衍射和扫描电镜对该催化剂进行分析发现:非晶态催化剂在室温下对CO具有良好的催化氧化活性.同时,在50～80℃范围内,测定了CO在所制备的Cu-Mn催化剂床层上的催化反应等温线,研究了CO在Cu-Mn催化剂床层上的催化氧化本征反应动力学.结果表明:在消除内外扩散的条件下,CO在Cu-Mn催化剂床层上的本征反应是一个表面反应控制的一级催化反应,反应的活化能为43.0kJ/mol.     

CO氧化催化剂研究进展

在CO氧化过程中贵金属催化剂活性好，寿命长，但由于贵金属资源缺乏，人们又探讨用非贵金属或少量贵金属来替代贵金属催化剂。其中，稀土氧化物在CO氧化催化剂中的作用越来越引起人们的重视。本文对CO氧化催化剂的种类和发展现状作了综述。     

钴基氧还原电催化材料研究进展

氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)是能量转换和储存系统的关键电极反应。目前,贵金属基材料,如铂和钯,是ORR最有效的催化剂,但其地球储量稀少、价格昂贵,且抗甲醇和CO性能差。因此,开发新型、低成本、高性能的氧还原电催化剂对能源转化和储存具有重要意义。综述了近年来非贵金属钴(Co)基氧还原电催化材料的研究进展及其性能调控策略,分为Co合金、Co-N-C、Co纳米粒子、Co基氧化物、Co基磷化物和Co基硫化物等多种形式,并对未来开发低成本、高性能的氧还原催化剂进行了展望。     

负载Pd催化剂的催化氧化活性和热稳定性研究

采用流动法考察蜂窝陶瓷负载Pd催化剂催化氧化C3H8、C3H6和CO的活性和高温热稳定性，探讨了非贵金属氧化物、La改性以及水蒸气预处理等因素对Pd催化剂的氧化性能及高温稳定性的影响，为该催化剂的进一步研究提供基础参数．     

负载型Au/CdO CO低温催化氧化性能的研究

用共沉淀法制备了负载型Au/CdO催化剂。考察了以氧化镉为载体金催化剂的制备条件及CO低温催化氧化活性。结果表明，焙绕温度、预处理条件对催化剂的活性有较大的影响，573K焙绕，空气预处理的催化剂活性最好。XRD、TPR、TPD结果表明，活性金高度分散在氧化镉载体上，氧化态的金是活性中心，CO和O2均吸酚在金上，其反应遵据Langmuir-Hinshelwood吸附机理。     

高分散负载Pd催化剂上CO氧化性能

制备高分散的负载型催化剂是充分利用在自然界中储量极为有限的贵金属资源的重要手段.采用不同方法制备一系列负载Pd催化剂,考察了不同载体负载Pd催化剂的CO氧化性能.发现以乙酰丙酮钯为前驱体制得的Pd/TiO2催化剂活性远高于Pd/SiO2和Pd/Al2O3催化剂的活性,在室温下就表现出较好的CO氧化活性,且在无气相O2条件下CO可以与Pd/TiO2催化剂表面的氧物种(晶格氧)反应生成一定量的CO2.分散度测试、CO吸附的原位红外光谱和程序升温还原的结果表明Pd/TiO2催化剂上Pd物种以高分散Pd0形式存在,并与载体之间存在强相互作用,这可能是Pd/TiO2催化剂具有低温活性的主要原因.     

CuCe-O_x催化剂表面物种对CO催化氧化性能影响

选取不同沉淀剂采用共沉淀法制备了CuCe-Ox复合氧化物催化剂.考察了沉淀剂对其CO催化氧化性能的影响.研究表明以氨水为沉淀剂的催化剂CO氧化活性最佳,它与CuCe-Ox催化剂具有较多的Ce~(3+)以及CuO物种有关.此外,采用氨水作为沉淀剂可促进CuO的生成,这是CO催化氧化的主要活性位点.     

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。     

甲烷部分氧化制合成气负载型过渡金属催化剂性能的研究

考察了负载在不同载体上的过渡金属催化剂用于甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的催化性能.结果发现,负载型贵金属催化剂一般表现出比过渡金属催化剂更好的POM反应性能,活性金属组分在载体上的分散度可以影响其催化性能,但金属的电子组态对催化剂性能的影响更为明显,适中的未成对d电子对POM反应是有益的.在各种载体材料中,SiO2等低酸性且无明显氧化还原性能的材料是制备POM反应催化剂的良好载体,在所研究的各种催化剂中,SiO2负载的Rh催化剂具有最佳的POM反应性能.反应条件可以明显地影响POM反应的性能,升高温度有利于提高甲烷转化率和CO选择性,原料气中过高的VCH4/Vo2不利于POM反应的进行.     

铜锰复合氧化物对CO-O2、CO-NOx催化反应的研究

主要研究了非贵金属催化剂铜锰复合氧化物(以CuMn2O4尖晶石为主相,并伴有铜、锰氧化物)对汽车尾气主要成分CO、NOx的净化效果.分别测试了铜锰不同配比下的催化性能,并对最优铜锰配比进行了不同条件下的测试,如温度、含氧量(用空气过量系数λ表示)、水蒸汽以及空速对催化性能的影响,尤其关注催化剂对消除NOx的效果.活性测试采用在一定实验条件下经催化的尾气,用AVL五组分汽车尾气分析仪测试,比较接近实际汽车尾气的测试情况.实验中发现:催化剂在低空速情况下,即使在富氧条件下(λ≥1.2),NOx的转化率仍可达到60%以上,但随着空速增加,NOx转化率迅速下降.在贫氧条件下(λ<0.90)水蒸汽的存在对NOx的转化无影响,但在富氧条件下(λ>1.1)水蒸汽使NOx转化活性下降.这两个因素可能是导致此类催化剂至今尚不能付诸实际应用的主要原因.     

CO在Cu-Mn催化剂上催化氧化本征反应动力学研究

本文采用共沉淀法制备了用于低温CO催化氧化的Cu-Mn催化剂,对其进行了XRD分析和SEM表征,结果表明非晶态催化剂在室温下显示出良好的氧化活性。在50～80℃范围内研究了CO在所制备Cu-Mn催化剂床层上的催化氧化本征反应动力学,同时测定了CO在Cu-Mn催化剂上的催化反应等温线。结果表明,CO在Cu-Mn催化剂床层上的本征反应是一个表面反应控制的一级催化反应,反应的活化能是43.0kJ.mol-1。     

PdO/Sn_xCe_yO_2催化剂的CO氧化性能研究

采用共沉淀-浸渍法制备PdO/Sn_xCe_yO_2催化剂,通过XRD、N_2吸附-脱附、CO-TPD和CO-DRIFT对催化剂的物相结构和表面性质进行表征和分析,并考察了催化剂的CO催化氧化活性。研究表明,催化剂的低温CO氧化活性与比表面积无关,而与表面晶格氧的活泼程度有直接关系。与富Sn催化剂Pd/Sn_(0.7)Ce_(0.3)O_2相比,富Ce催化剂Pd/Sn_(0.3)Ce_(0.7)O_2上的表面晶格氧更活泼,对低温CO的氧化起到了关键作用。CO-DRIFT结果显示,CO可以在室温下还原PdO,生成Pd~0和Pd~+。CO的吸附以Pd~0位上的线式吸附为主。相较于惰性预处理方法,氧化预处理有利于促进吸附CO的氧化,减少表面碳酸盐的生成。     

纳米Co_3O_4的制备及其在富氢气氛下CO选择氧化反应中的催化性能

过渡金属氧化物四氧化三钴(Co_3O_4)在CO氧化反应中展示了较好的低温活性.Co_3O_4催化剂用于富氢气氛下CO选择氧化反应已引起了人们极大的关注,具有潜在的应用前景.采用液相沉淀-热解氧化方法制备了2种不同形貌的纳米Co_3O_4.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等技术考察了包括沉淀剂种类、老化时间、焙烧温度等合成条件对生成Co_3O_4形貌、晶粒尺度的影响.制备的Co_3O_4的外形与沉淀前驱物外形直接相关.焙烧温度越高,Co_3O_4的颗粒越大.研究了制得的Co_3O_4在富氢气氛下CO选择氧化反应中的催化性能.对比以上方法制备的Co_3O_4的催化性能发现,催化剂的粒径和比表面积与催化剂的活性存在关联.使用尿素沉淀法并经250～300℃空气热解氧化制得的Co_3O_4具有较好的催化活性.     

PdNi/C低温高效催化湿式氧化无害化处理氨氮废水

氨氮废水对环境的危害日益严重,催化湿式氧化技术能高效无害化处理氨氮废水,但现有催化剂工作条件苛刻.采用化学还原法制备2%Pd1%Ni/C双金属催化剂,并考察了其氨氮废水催化湿式氧化性能.结果表明:Pd和Ni的结合使得PdNi/C催化剂在更低贵金属用量的前提下,比相对应的单贵金属催化剂(Pd/C)具有更优的催化性能,尤其是低温催化性能.在每千克催化剂每小时处理约33 L模拟废水(氨氮的质量浓度为1 000 mg/L,pH=12)及反应压强为2 MPa处理3 h的条件下:在140℃时,2%Pd1%Ni/C催化剂能催化氧化脱除废水中99.0%的氨氮,且N_2选择性为90.5%;而3%Pd/C和3%Ni/C催化剂的氨氮转化率仅分别为86.4%和50.6%;即使在120℃的温和条件下,采用2%Pd1%Ni/C催化剂也能脱除80%以上的氨氮.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、CO程序升温还原(CO-TPR)对PdNi/C催化剂进行表征,结果表明Pd和Ni之间的协同作用调变了催化剂的亲氧性能,进而提高了氨氮转化率.