分子筛体系的氢溢出效应

分子筛体系的氢溢出效应李晓燕，盛太成，杨孔章（山东大学化学院，济南２５０１００）关键词铂／分子筛催化剂，氢溢出，程序升温脱附负载型金属催化剂的表面氢溢出效应近年来引起了人们的重视．人们采用不同的实验方法对此进行了广泛的研究，但对以分子筛为担体的负载型...     

科研成果简介

Ⅻ族金属TiO₂催化剂上金属担体强相互作用 金属担体强相互作用(简称SMSI)涉及从煤出发得到液体燃料与化工产品的远期应用背景,又触及到多相催化研究中有关活性中心本质这一根本命题,从1978年被提出来后国际上研究十分活跃。大连化物所1979年开始进行研究,于1982年提出高温下氢的存在及其在催化剂上的贮存对SMSI现象有重要的作用。     

载体相变下Pt-TiO2 SMSI研究及其对CO催化性能的影响

金属-载体强相互作用(SMSI)是多相催化中的一个重要概念, 对负载金属催化剂的稳定性和活性均有重要影响. 目前尽管有关Pt-TiO₂体系的SMSI已有阐述, 但主要围绕载体的结构敏感性(晶面效应)、贵金属的粒径尺寸(尺寸效应)对SMSI的影响进行研究, 而TiO₂的晶型对SMSI的形成是否存在影响目前尚未报道. 在本工作中, 选择青铜矿TiO₂(B)为载体, 通过浸渍法负载Pt得到Pt-TiO₂(B)催化剂, 并在H₂、H₂-O₂氛围对其进行热处理. 研究结果表明, 500 ℃ 高温下H₂处理不仅导致催化剂中载体由青铜矿变为锐钛矿, 而且引起载体迁移至Pt颗粒表面形成几何包覆. 当此催化剂再次经400 ℃ O₂处理, Pt颗粒表面的包覆层消失, 呈现典型的SMSI行为. 借助高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及CO漫反射傅立叶变换红外光谱(CO-DRIFTS)结果分析, TiO₂的晶型转变对SMSI的形成具有重要影响. 此外, 对不同气氛、温度下处理的Pt-TiO₂进行了催化CO氧化性能研究, 结果证明SMSI产生的几何包覆以及载体的氧缺陷对催化CO氧化性能提升发挥了重要作用. 显然, 该工作丰富了Pt-TiO₂体系的SMSI研究, 为其它载体晶相转变(或物相转变)可能诱导SMSI产生提供了参考意义.     

负载型Fe－Co双金属簇催化剂的谱学表征

本文利用ＸＰＳ、Ｉｎ－ｓｉｔｕＩＲ、Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ和ＥＰＲ谱对负载型Ｆｅ－Ｃｏ双金属簇催化剂在负载前后，反应前后催化剂表面状态的变化和表面原子的相互作用进行了研究。实验表明，负载后双金属簇中的ＣｏＦｅ＿３金属簇骨架与担体的表面原子发生了强相互作用。在反应条件下，簇骨架发生了断裂，在担体表面形成金属碎片，并成为ＣＯ加氢反应的催化活性中心。     

负载型Fe—Col双金属簇催化剂的谱学表征

本文利用ＸＰＳ、Ｉｎ－ｓｉｔｕ ＩＲ、Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ和ＥＲＲ谱对负载型Ｆｅ－Ｃｏ双金属簇催化剂在负载前后，反应前后催化剂表面状态的变化和表面原子的相互作用进行了研究。实验表明，负载后双金属簇中的ＣｏＦｅ３金属簇骨架与担体的表面原子发生了强相互作用。在反应条件下，簇骨架发生了断裂，在担体表面形成金属碎片，并成为ＣＯ加氢反应的催化活性中心。     

Pt/ZnO催化剂的电导研究

鉴于Pt/TiO_2等负载型过渡金属催化剂经500℃高温氢处理后有一系列特殊的化学行为和物理性质的变化(称为金属担体强相互作用或SMSI),因此研究负载型催化剂在氢中或其他气氛中的电导性质具有重要意义.用电导法曾检验出在不同温度下氢处理的Pt/TiO_2中有晶间氢和结构氢.本文测定了Pt/ZnO催化剂在室温和高温(≥300℃)下氢处理时的电导.发现在室温下Pt/ZnO暴露于H_2中,电导率瞬间增加6个数量级,经抽空或用N_2置换氢后,电导基本上回到原来值,表明在室温下,氢在Pt/ZnO上可发生氢     

Pt/TiO2催化剂上金属担体强相互作用的研究

1978年美国Tauster等发现,Pt/TiO₂催化剂经高温(500℃)氢还原后对氢的化学吸附几乎接近零,认为这是Pt和TiO₂之间产生了金属-担体强相互作用(SMSI)的缘故。近年来,虽对SMSI进行了多方面研究,但对作用的本质,抑制氢吸附的原因,至今仍不清楚。     

Pt-TiO2,Pt-Ti2O3与Pt-TiO共溅射薄膜模型催化剂上的金属-担体间相互作用II.电子能谱考察

用XPS与AES(包括深度剖面分析,简称Profile)等电子能谱技术,考察了共溅射方法制备的Pt-TiO_2,Pt-Ti_2O_3和Pt-TiO薄膜模型催化剂在不同温度下氢处理引起的金属-担体相互作用。共溅射薄膜能很好地模拟金属-担体界面层状况。三种样品表现出类似的倾向:在高温氢处理后,CO的吸附被显著抑制,表现出SMSI的特征;同时由XPS检测到表面Pt/Ti原子比明显增大,并伴随有比较稳定的低价钛(Ti~(3+),Ti~(2+))物种生成。这是部分还原的TiO_x扩散进入Pt晶格并与Pt键合成类金属间化合物的结果。还对SMSI的机理进行了讨论。     

合成气在铁锰/沸石催化剂上合成低碳烯烃的研究——Ⅰ.不同沸石分子筛担载Fe-MnO催化剂反应性能的考察

通过对各种沸石分子筛,Al_2O_3及SiO_2担载的Fe-MnO催化剂上CO加氢反应性能的考察,发现pentasil型沸石担载的Fe-MnO催化剂有良好的低碳烯烃选择性,而其它沸石、SiO_2及Al_2O_3担载的Fe-MnO催化剂则不刊于低碳烯烃的产生。这可能一方面是由于pentasil型沸石担载的Fe-MnO催化剂本身存在着金属与载体间的强相互作用(SMSI)使催化剂有利于烯烃生成,另一方面是由于pentasil型沸石独特的孔道有利于低碳烯烃的及时扩散离去,抑制了低碳烯烃在金属活性中心上的二次反应。研究还表明,催化剂活性与α-Fe°及反应过程中生成的∑-Fe2.2C和∑′-Fe2.2C含量存在对应关系。     

金催化剂研究取得新进展

正1月15日,中科院大连化物所航天催化与新材料研究室在金催化剂研究方面取得新进展,首次发现了在高温氧化条件下的金与非金属氧化物之间的金属载体强相互作用(SMSI)效应,研究成果以通讯形式发表在Journal of the American Chemical Society美国化学会志上。早在70年代末80年代初,研究人员发现二氧化钛等可还原性载体负载的Pt族金属在高温(500℃)还原后会失去对小分子(CO,H_2)     

红外光谱法研究表面溢出效应

采用红外光谱法, 利用重氢交换反应证明在Pt-NaY/HY体系有氢溢出(spillover)效应发生, 测量了100 ℃和50 ℃时的交换速率。发现在50 ℃时高频羟基的交换速率大于低频羟基。并对溢出机构进行了初步的讨论。     

FACTORS AFFECT THE RELEASE OF PSEUDOEPHDRINE HYDROCHLORIDE FROM THE UNCOATED CATION EXCHANGE RESIN—BASED DRUG DELIVERY SYSTEM IN VITRO

In this paper,it was investigated that the effect of parameters such as the ionic strength,pH.counter-ion type of release medium,particle size.and cross linkage of cation exchange resin on the release of model drug pseudoephedrine hydrochloride(PE) from uncoated drug-resin complex.The drug-resin complex was pepared by the reaction of PE with strongly acidic cation exchange resin(001×4,001×7,001×14） .The result showed that the loading of PE increased with the increase of temperatures.The release of PE from drug-resin complex at 37℃ was monitored in vitro.From the experiments,it was found that the release rate of PE depends on the pH.comosition of the releasing media,increased at lower pH media or with increase of ionic strength of media.Moreover,the release rate of PE was inversely proportional to the cross-linkage and particle size of the cation exchange resin.     

糠醛渣热解特性的研究

以糠醛渣为研究对象,应用热重分析法,以高纯氮气为载气对其进行了详细的热重分析试验。结果表明糠醛渣热解随温度升高经历五个不同阶段,表现了糠醛渣热解的复杂性。通过对5 ℃/min、20 ℃/min、50 ℃/min和80 ℃/min的升温速率及不同粒径下的失重曲线进行的对比表明,随着升温速率和粒径的增大,糠醛渣热解的初始温度增大,热解向高温侧移动。最后根据实验数据建立了热解动力学模型,并对数学模型进行了求解,得到了糠醛渣热解反应的动力学参数,表明糠醛渣热解属三级反应。     

在并流交换反应器中液相水-氢同位素交换反应的研究

本文用憎水性D型树脂为载体,铂为活性组分,使氢-液体水之间成功地进行了氢同位素的交换反应,讨论了并流反应器的动力学方程。在17.5℃、1大气压、氢的表观速度从0.04m/sec至0.1m/sec条件下,测得的催化交换反应速度常数K=34.9×10³mol/m³·hr。     

焙烧方法和焙烧条件对纳米Au/HZSM-5催化剂金粒径和催化性能的影响

采用负压沉积沉淀法制备了纳米Au/HZSM-5催化剂前体,研究了深床焙烧和等离子体焙烧两种方法,以及焙烧温度和焙烧气氛对催化剂中纳米金粒径和催化性能的影响,并采用ICP、TEM、XRD、UV-vis、XPS等表征方法对催化剂金粒子进行了物化性能表征,采用合成气羰基化制乙酸甲酯反应表征催化性能。结果表明,不同焙烧方法和不同焙烧温度及气氛对负载型纳米Au/HZSM-5催化剂中金粒径、形貌、物化性质和催化性能有明显影响。其中,以等离子体焙烧方法在500℃氮气气氛下制备的纳米1.86%Au/HZSM-5催化剂中的金粒径最小,为2-5 nm。用于催化合成气羰基化制乙酸甲酯反应,原料中CO的转化率为67%,乙酸甲酯选择性可达78%。     

钴-聚吡咯-碳载PtNi燃料电池催化剂的制备及应用

采用脉冲微波辅助化学还原合成新型载体钴-聚吡咯-碳(Co-PPy-C)负载PtNi催化剂.利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)研究了催化剂的结构和形貌,此外,利用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)等方法测试了催化剂的电化学活性及耐久性. PtNi/Co-PPy-C催化剂的金属颗粒直径约为1.77 nm,催化剂在载体上分布均匀且粒径分布范围较窄. XRD结果显示, PtNi/Co-PPy-C中Pt(111)峰最强, Pt主要是面心立方晶格.CV结果显示,其电化学活性面积(ECSA)为72.5 m²·g^-1,明显高于商用催化剂Pt/C(JM)的56.9 m²·g^-1.为进一步考查催化剂耐久性,电化学加速5000圈耐久性测试后, PtNi/Co-PPy-C颗粒发生明显集聚, ECSA衰减率和0.9 V下比质量活性衰减率分别为38.2%和63.9%.此外,采用有效面积为50 cm²的单电池用于评价自制催化剂的性能,发现在70 ℃且背压为50 kPa时电池的性能最好,此时自制PtNi/Co-PPy-C催化剂制备膜电极(MEA)的最大功率密度达到523 mW·cm^-2.可见自制催化剂的电化学性能高于商用Pt/C(JM),在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域有一定的应用前景.     

In Situ Monitoring of Pt Nanoparticle Formation in Ethylene Glycol Solution by SAXS-Influence of the NaOH to Pt Ratio

The temporal evolution of Pt nanoparticle formation in ethylene glycol solution from H(2)PtCl(6)·6H(2)O at 90 °C for different molar ratios of NaOH to Pt (84, 6.5, and 2) in the presence or absence of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) as protecting agent was followed in situ by small-angle X-ray scattering (SAXS). The SAXS profiles were analyzed regarding particle size and size distribution using the Guinier approximation and the indirect Fourier transform technique (IFT). The NaOH to Pt ratio has an influence on the integral nanoparticle formation rate as well as on the metal reduction rate and the ratio of nucleation to growth reactions. The fastest nanoparticle formation rate was observed for the NaOH/Pt ratio of 6.5. The obtained results indicate that the differences in the particle formation rate might be due to differences in the reduction rate of the formed Pt complexes. In alkaline reaction media (NaOH/Pt = 84 or 6.5), small nanoparticles with a relatively narrow size distribution were formed. Therefore, it is assumed that for these NaOH/Pt ratios the particle formation is dominated by nucleation reactions. Additionally, the in situ studies point out that nanoparticles prepared at the NaOH/Pt ratio of 84 do not grow further after attaining a certain particle size. For a NaOH to Pt ratio of 2, that means in acidic medium, particle formation should be dominated by growing processes and, therefore, larger particles are formed accompanied by a broader particle size distribution. The influence of PVP on the nanoparticle formation rate is relatively low. However, in acidic medium, the presence of PVP is necessary in order to protect the formed nanoparticles from irreversible aggregation reactions.     

化学改性琼脂糖凝胶的物化性能及其对重组人血白蛋白的纯化应用研究

考察了几种经过化学改性后带有离子交换配基的琼脂糖凝胶介质的理化性能.通过外形观察、元素及金属含量分析、柱效测定、耐压及流速测定、离子交换容量和蛋白吸附容量测定,从多方面对性能进行验证比较,并对其在分离纯化重组人血白蛋白的应用性能进行了初步研究.结果表明国产产品与进口产品理化性能相当.     

Pt纳米催化剂在质子交换膜燃料电池催化层中的尺寸效应研究

以XC-72碳黑为载体, H2[PtCl6]为前驱体, 采用浸渍还原法并结合后续高温处理, 制备出不同尺寸Pt颗粒(3～8 nm)的Pt/C催化剂. 在基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电化学电解池中, 对实际PEMFC催化层中燃料电池反应的Pt催化剂尺寸效应进行了研究. 结果表明, 在PEMFC催化层环境中, Pt/C纳米催化剂对氢氧化和氧还原反应均有显著的粒度尺寸效应. 随着Pt粒度减小, 氢氧化和氧还原反应的表面积活性均降低.