甲硫醇、甲醇在金属表面上的分解反应性能比较研究

用键级守恒-Morse势法比较了XH₃SH、CH₃OH在Ni(111)、Pt(111)和Cu(111)面上的热分解反应性能.结果表明,由Ni至Pt再至Cu,CH₃SH中C-S键断裂几率降低,而S-H键裂相对几率增加,而在Cu上仅发生S-H键裂.CH₃OH在Ni上易解离为CH₃和CH₃O-,在Pt、Cu上则较难解离.按Ni、Pt、Cu的顺序,CH₃S-选择性断裂C-S键的几率增加,而CH₃O-则选择性断裂C-H键的几率增加.CH₃XH、CH₃X-(X=O,S)解离活化能垒依Ni、Pt、Cu的顺序增加,CH₃OH在Ni上最终解离为CO,而在Cu上则解离为H₂CO.     

制备条件对Ni/ZrO2-SiO2催化剂煤气甲烷化的影响

采用浸渍法制备了ZrO₂-SiO₂复合载体和Ni质量分数为6%的Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂,考察了载体制备时浸渍溶液pH值、焙烧温度和催化剂制备时的焙烧温度对Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂煤气甲烷化反应性能的影响。采用X射线衍射、程序升温还原和扫描电子显微镜等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体浸渍溶液pH值为8.0～9.0, 载体焙烧温度为550 ℃,催化剂焙烧温度为450 ℃时,Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂在煤气甲烷化反应中显示了最优的催化性能,CO转化率100%,CO₂转化率1.8%,CH₄生成速率16.6 mmol/(h·g)。进一步表征发现,制备ZrO₂-SiO₂复合载体时,增大浸渍溶液的pH值有利于形成粒径较小的亚稳态四方晶相ZrO₂,可见四方晶相ZrO₂更有利于甲烷化反应;载体焙烧温度会影响到NiO粒径的大小和其在催化剂表面的分散,温度过高和过低都会导致NiO粒径大小的不适宜以及分散性的降低;催化剂焙烧温度过高则会导致NiO与载体间的相互作用减弱,NiO分散性降低。     

Cu+/SiO2-ZrO2催化剂的制备及其催化甲醇氧化羰基化性能

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-ZrO₂复合氧化物载体,通过和CuCl₂进行离子交换制备了Cu⁺/SiO₂-ZrO₂催化剂,并研究其催化甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能。结果表明,Zr以离子形式进入无定型SiO₂骨架结构中形成Si－O－Zr键,同时产生较强的B酸中心。CuCl₂通过热处理自还原为CuCl分散在SiO₂-ZrO₂载体表面,并与载体表面B酸发生离子交换形成Cu⁺物种,从而保留了活性金属组分Cu,脱除大部分的Cl元素,改善催化剂失活和设备腐蚀等问题。当焙烧温度为450℃时,催化剂表现出良好的催化活性,CH₃OH转化率、DMC选择性和时空收率分别达到10.0%、79.4%和1.45g/(g·h)。
     

CO2重整CH4纳米ZrO2负载Ni催化剂的研究(Ⅰ)——与常规载体上Ni催化剂的比较

在Ni负载量相近(约5%)时,比较了由超临界干燥得到的纳米ZrO₂-AS为载体制备的Ni/ZrO₂-AS与几种常规载体(γ-Al₂O₃,TiO₂,SiO₂和ZrO₂-CP)负载的Ni催化剂对CO₂重整CH₄制合成气反应的催化性能.研究结果表明,γ-Al₂O₃,TiO₂,SiO₂和ZrO₂-CP负载Ni催化剂表现出明显的失活过程,而Ni/ZrO₂-AS催化剂在反应200h后活性未下降.“纯ZrO₂-AS”载体本身不仅能催化生成合成气的反应,而且活性稳定.TPO测定结果表明,负载在这种活性ZrO₂-AS载体上的Ni催化剂具有良好的抗积炭能力.     

单原子合金对烷基C-H键活化调控的理论研究（英文）

单原子合金是指活性金属原子分散在Cu、Ag或Au载体上所构成的催化剂,近年来已成为单原子催化研究中的一颗“新星”.单原子合金上孤立活性位点与载体金属的电子结构不同,具有奇异的电子结构,故通常表现出独特的催化行为.目前尚缺乏一种可靠的单原子合金催化特性描述符.本文系统地考察了甲烷、丙烷和乙苯在15种Rh、Ir、Ni、Pd和Pt掺杂Cu(111)、Ag(111)和Au(111)单原子合金上初始C-H键活化.密度泛函计算表明,烷基C-H键的活化能垒与d带中心和H原子吸附相关较差,而与反应能之间相关性较好.理论分析表明,C原子在顶位的吸附与C-H活化过渡态之间存在着轨道相互作用的相似性,不仅涉及到σ对■轨道给予,也涉及d_xy/d_yz轨道的π反馈.据此,C原子吸附能与甲烷、丙烷和乙苯C-H键活化能也具有很强的相关性(R²>0.9).     

CoOx-CeOx/ZrO2催化氧化NO性能及抗SO2毒化研究

采用浸渍法制备了一系列CoO_x-CeO_x/ZrO₂催化剂,探讨了催化剂载体、Co含量、Co/Ce配比等对Co基催化剂催化氧化NO活性的影响及其机理。ZrO₂负载的Co氧化物具有优良的低温NO催化氧化活性,铈的添加进一步提高了催化剂的低温活性。其促进机制主要是提高了催化剂吸附氧的能力及改善了Co在催化剂表面的分散。同时,掺杂铈使得催化剂抗SO₂能力有一定增强,呈现出选择性毒化机制。     

金属助剂对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO₂及Ni与金属助剂M（M=Fe、Co、Cu、Zn及Ga）物质的量比为30的Ni基双金属催化剂（记作Ni₃₀M/SiO₂）,利用H₂-TPR、XRD、H₂化学吸附、NH₃-TPD以及N₂物理吸附-脱附等手段对催化剂进行了结构表征,研究了不同助剂对催化剂结构与苯甲醚加氢脱氧性能影响。结果发现,金属助剂影响了催化剂前驱体中镍物种的还原性能,表明金属助剂及镍之间存在一定相互作用。Ni₃₀M/SiO₂中Ni-M双金属晶粒粒径和Ni/SiO₂中金属Ni晶粒粒径相近。由于表面张力较低的金属会在双金属晶粒表面富集,Ni₃₀M/SiO₂的H₂化学吸附量不同程度地低于Ni/SiO₂。另外,Ni₃₀M/SiO₂催化剂的酸量（尤其较弱酸中心酸量）高于Ni/SiO₂。在300℃、常压、苯甲醚质量空速1.0 h^-1及H₂与苯甲醚物质的量比为25：1条件下考察了各催化剂苯甲醚的加氢脱氧性能。Ni₃₀M/SiO₂上苯甲醚转化率不同程度低于Ni/SiO₂,原因在于Ni₃₀M/SiO₂催化剂H₂化学吸附量较低。Ga及Zn改性催化剂上三苯（包括苯、甲苯及二甲苯）选择性分别为81.7%和76.8%,高于Ni/SiO₂（71.5%）,且Ni₃₀Ga/SiO₂及Ni₃₀Zn/SiO₂上三苯收率（分别为65.0%及63.8%）高于或接近于Ni/SiO₂（63.7%）。Ni/SiO₂及Ni₃₀M/SiO₂催化剂中,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较高甲基转移能力及较低C-C键氢解活性。从提高碳收率、降低耗氢量角度而言,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较佳的加氢脱氧性能,与Ni和Zn之间作用及Zn亲氧性高于Ni有关。     

ZrO2和Al2O3载体对Mo基催化剂上甲烷化反应性能的影响

通过共沉淀法制备了ZrO₂和Al₂O₃载体,采用等体积浸渍法制备了MoO₃质量分数为5%的Mo/ZrO₂和Mo/Al₂O₃催化剂,并用于甲烷化反应。在三种反应气氛下对两种预硫化的Mo基催化剂进行评价,发现ZrO₂载体均可显著促进甲烷化反应,同时能够促进水汽变换（WGS）反应。通过XRD、H₂-TPR、XPS和TEM等表征发现,两种载体上Mo物种的硫化程度以及暴露的活性位数量不同,从而导致两种催化剂上催化性能差异显著。与Mo/Al₂O₃相比,Mo/ZrO₂催化剂上的MoO₃更易被还原,硫化程度也更高,并且Mo⁴⁺的含量更高,Mo⁶⁺的含量更低。虽然ZrO₂载体上MoS₂尺寸较大,边位置的Mo比例有所降低,但是由于MoS₂沿ZrO₂颗粒表面弯曲生长,使得MoS₂基面成为反应的活性位;因此,Mo/ZrO₂催化剂在甲烷化与WGS反应中表现出更优异的催化性能。     

ZrO2助剂对Ni/SiO2催化剂CO甲烷化催化活性及其吸附性能的影响

采用连续流动微反装置和原位漫反射红外光谱法考察了Ni/SiO₂及添加ZrO₂助剂的Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂CO甲烷化催化活性和吸附性能。结果表明,在CO体积分数 1%、空速 5000h^-1、常压的反应条件下,200℃时Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂可将CO完全转化。而相同反应条件下Ni/SiO₂催化剂上CO的转化率仅为35%,直至270℃时方可将CO完全转化。由此可见,ZrO₂助剂的添加明显提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性。同时,ZrO₂助剂的添加显著提高了Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂对CO的吸附能力,H₂存在时可通过在较低温度时形成较多的桥式羰基氢化物来提高Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂的CO甲烷化催化活性;CO甲烷化反应条件下,Ni/SiO₂和Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂上C-O键的削弱和断裂是经由羰基氢化物 多氢羰基氢化物的途径,而不是经由C-O键的直接断裂途径。     

不同钼锆质量比MoO3-ZrO2复合氧化物的结构及催化活性研究

采用溶胶凝胶法制备介孔MoO₃-ZrO₂复合氧化物,考察MoO₃/ZrO₂的质量比对其晶相结构、比表面积、孔径以及形貌特征的影响。利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM及FT-IR表征对所制得的复合氧化物进行分析。以FCC汽油馏分为原料,对MoO₃-ZrO₂经预硫化后制得的催化剂进行加氢脱硫评价。结果表明,含有MoO₃的ZrO₂与不含MoO₃的ZrO₂相比单斜相减少,主要以稳定的四方相存在。适当的提高MoO₃/ZrO₂的质量比有利于MoO₃-ZrO₂复合氧化物的比表面积和平均孔径的增大,但过大的质量比并不利于介孔的生长,并且有新的化合键和少量Zr(MoO₄)₂相产生。当MoO₃/ZrO₂的质量比为30%时,ZrO₂表面出现蠕虫状结构,此时脱硫率最高。由此,适当提高MoO₃/ZrO₂质量比可使催化剂的脱硫率升高。     

通过Pt-载体作用制备高热稳定的CH4重整催化剂

使用三效催化剂是国六天然气车(NGVs)尾气实现高效净化的有效手段，增强甲烷(CH₄)重整反应是提高三效催化剂对CH₄转化活性的有利途径之一。国六天然气车排放法规对催化剂的耐久里程提出了更高的要求，这就要求该CH₄重整催化剂必须具有优异的热稳定性。本文分别以铈锆复合物、二氧化铈(CeO₂)和二氧化锆(ZrO₂)为载体，通过不同的金属-载体相互作用制备三种热稳定性不同的Pt催化剂。结果显示，以CeO₂为载体制备的Pt催化剂对CH₄蒸气重整反应显示出优异的活性和热稳定性，这是由于Pt与CeO₂发生强相互作用，老化过程中Pt发生再分散，最终Pt在CeO₂表面生成热力学稳定的Pt²⁺,因此老化后Pt还能保持较高的分散性。以铈锆复合物为载体制备的Pt催化剂，由于电子转移生成以PtO₂为主的铂物种，经老化后发生一定程度的分解和团聚，Pt分散度下降，活性降低。而...     

不同价态金属掺杂对La2O3(001)表面上甲烷活化影响的研究(英文)

La₂O₃因具有优异的稳定性和较高的C₂烃选择性,因此,常被用于催化甲烷氧化偶联反应,而较差的甲烷解离活性却限制了其广泛应用。为了提高镧基催化剂活化甲烷的性能,将不同价态的金属掺杂在La₂O₃(001)表面,并采用密度泛函理论方法对CH₄在催化剂表面的活化行为进行了研究。结果表明,低价态金属(Li、Na、K、Mg、Ca、Sr和Ba)和等价态金属(Al、Ga、In)的掺杂可以显著提高La₂O₃(001)表面的CH₄解离活性。其中,CH₄在Li-La₂O₃(001)表面解离的活化能最低,仅为13.0 kJ/mol。而高价态金属(Zr、Nb、Re和W)掺杂不能提高La₂O₃(001)表面的CH₄解离活性。此外,通过研究催化剂表面氧空位形成能、酸碱性与CH_4<...     

SiO2和Al2O3负载的Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能差异

CH₄与CO₂干重整反应对于环境保护和天然气资源的合理利用具有重要意义。SiO₂和Al₂O₃是适用于甲烷干重整反应的两种典型的催化剂载体。为了阐明这两种载体对催化剂性能的影响,本研究采用等体积浸渍法制备了Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂催化剂,并利用BET、TEM、H₂-TPR、XRD、TG和Raman等技术对还原和反应后的催化剂进行了表征。结果表明,由于载体的性质不同,Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能也不同。Ni/SiO₂催化剂的初始活性较高,但由于其金属-载体相互作用较弱,催化稳定性较差,在800℃下反应15h其催化活性急剧下降;较弱的金属-载体相互作用使得Ni/SiO₂催化剂上的Ni颗粒较大,有利于积炭前驱物种的生成,导致催化剂快速失活。而对于Ni/Al₂O₃催化剂,金属-载体相互作用较强,Ni颗粒较小,但由于Ni与Al₂O₃生成了NiAl_xO_y物种,有效活性位减少,其催化活性相对较低,但催化稳定性较好,干重整反应进行50h其活性保持稳定;Ni与Al₂O₃之间较强的相互作用有利于形成小且稳定的Ni粒子,能减少积炭,因而具有优异的催化稳定性。     

不同载体Ni基负载型催化剂对甲烷部分氧化制合成气催化行为研究

采用浸渍法制备了单一载体(Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂)和ZrO₂、CeO₂改性的Al₂O₃复合载体的Ni催化剂,考察了在甲烷部分氧化制备合成气反应中的催化性能。通过N₂-物理吸附、H₂程序升温还原、X射线衍射、NH₃程序升温脱附和程序升温氧化等技术对催化剂进行了表征。结果表明,在单一载体催化剂中,Ni/Al₂O₃具有较大的比表面积,其初始反应活性较高,但该催化剂表面易形成大量的积炭而快速失活。Ni/ZrO₂和Ni/CeO₂催化剂比表面积较小,活性金属Ni在其表面分散性差,催化剂具有较低的CH₄转化率。而CeO₂和ZrO₂改性的Al₂O₃复合载体催化剂,具有较大的比表面积,反应活性明显高于单一载体催化剂。CeO₂-Al₂O₃复合载体催化剂具有最高的反应活性和较好的反应稳定性。同时表明,含CeO₂催化剂反应后表面积炭较少,CeO₂的储放氧功能增强了催化剂对O₂的活化,提高催化剂活性的同时,可以抑制积炭的生成。     

焙烧温度对Ni/CaO-Al2O3结构及其催化重整性能的影响

采用共沉淀法制备了一系列具有类水滑石结构前驱体的Ni/CaO-Al₂O₃复合催化剂，考察了制备过程中焙烧温度对复合催化剂结构及性能的影响。结果表明，焙烧温度可调控活性组分Ni与载体之间的相互作用力，进而调变复合催化剂的比表面积、活性组分Ni的颗粒粒径。当焙烧温度为700 ℃时，Ni与载体之间相互作用力适宜，复合催化剂具有最大的比表面积（21.42 m²/g）和最小的Ni颗粒粒径（19.51 nm）；该复合催化剂在CO₂吸附强化CH₄/H₂O重整制氢过程中可得到98.31%的H₂浓度和94.87%的CH₄转化率，循环10次后，H₂浓度仍能保持在97.35%以上。这是因为大的比表面积为反应提供了更多的活性位点，利于CO₂吸附过程的强化，而小的Ni颗粒粒径提高了复合催化剂的抗烧结能力。     

Zr改性Ni2P/SBA-15催化剂的制备及其加氢脱氧性能

以正丙醇锆（n）和Zr（SO₄）₂（m）为锆源制备了Zr改性的Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）催化剂,并采用XRD、BET、CO吸附、XPS、NH₃程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征。以苯并呋喃（BF）为模型化合物,研究了催化剂加氢脱氧（HDO）性能。结果表明,Zr改性后,形成了新的层状结构的ZrP;Zr的引入有助于生成更多、更小粒径的Ni₂P活性相,催化剂的酸强度和酸量均提高。与正丙醇锆相比,Zr（SO₄）₂为锆源能够获得比表面积大、酸性强、酸量大的催化剂,得到更多的ZrP相、更小粒径的Ni₂P晶粒,暴露更多的Ni活性位点。Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）的BF HDO产率分别为71.5%和85.9%,较Ni₂P/SBA-15分别提高了14.0%和28.4%。催化剂HDO活性、脱氧产物选择性和产率大小顺序为：Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m） > Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n） > Ni₂P/SBA-15。     

载体形貌对Ni3Fe/CeO2催化剂甲烷干重整反应性能的影响

通过改变水热法条件合成了不同形貌CeO₂载体(棒状CeO₂-R、立方体CeO₂-C和多面体CeO₂-P),并用浸渍法制备了Ni₃Fe/CeO₂催化剂,继而研究了不同载体形貌Ni₃Fe/CeO₂催化剂对其甲烷干重整反应性能的影响。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、热重等对反应前后催化剂结构进行表征。结果表明,Ni₃Fe/CeO₂-R具有较大比表面积和较高的氧空位浓度,在甲烷干重整反应中表现出了优异的催化反应活性。800℃时,CH₄和CO₂的转化率分别为82%和91%,且反应10 h性能稳定并且其积炭石墨化程度较低。同时,通过CeO₂-R载体氧空位对CO₂活化,有效抑制了对亲氧性Fe物种的过度氧化行为,反应前后催化剂Ni_...     

Ni2P和MoS2催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中的氢溢流效应

对分层装填的Ni₂P//MoS₂催化剂上的二苯并噻吩加氢脱硫反应进行了研究。结果表明,分层装填的Ni₂P/Al₂O₃和MoS₂/Al₂O₃催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中存在氢溢流效应,氢溢流有助于提高MoS₂催化剂的活性位密度和加氢脱硫反应速率。由于Ni₂P比NiS_x具有更强的氢分子解离能力,Ni₂P//MoS₂催化体系的氢溢流因子略高于NiS_x//MoS₂;相对于NiS_x,Ni₂P对MoS₂催化剂是更好的助剂。     

ZnO-ZrO2催化剂上CO2辅助乙烷氧化脱氢制乙烯的研究(英文)

以焙烧商用氢氧化锆(Zr(OH)₄)得到的ZrO₂为载体,通过沉积-沉淀法制备了ZnO-ZrO₂催化剂,并在873 K下对该催化剂上CO₂辅助的乙烷氧化脱氢反应(CO₂-ODHE)的催化性能进行了评价。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)等技术对ZnO-ZrO₂催化剂的表面物理化学性质和形貌进行了表征。结果表明,在5%ZnO-ZrO₂催化剂上,ZnO掺入到了ZrO₂的表面晶格之中,在催化剂表面产生了高度分散的ZnO物种和氧缺陷区域。5%ZnO-ZrO₂催化剂可以选择性地剪裁乙烷C-H键,抑制C-C键的断裂,具备良好的催化性能。210μmol/(gcat·min)的C2H₄形成率可以与贵金属和过渡金属碳...     

Ru-Ni/Al2O3催化马来酸二甲酯加氢性能研究

以Al₂O₃为载体,RuCl₃·xH₂O及Ni（NO₃）₂·6H₂O为活性组分前驱体,采用吸附-沉淀法制备系列Ru-Ni/Al₂O₃催化剂,以马来酸二甲酯（DMS）催化加氢为探针反应,考察了活化条件和Ni的添加量对催化剂性能的影响。随Ni负载量的升高,Ru-Ni/Al₂O₃催化剂活性呈现先升高后降低的趋势,在Ni：Ru的原子比为6：1时（催化剂Ru₁Ni₆/Al）催化活性最高。催化剂Ru₁Ni₆/Al在氢气中200 ℃直接还原后的平均转化率与氢气中400 ℃还原后的平均转化率接近,达到了单组分Ru/Al催化剂的1.5倍以上。XPS、XRD、H₂-TPR数据表明,Ru与Ni之间发生了较强的相互作用,Ni的加入促进了金属Ru在载体上的分散,提高了催化活性。