复合催化剂上CO2加氢合成C2烃类

介绍了由CO₂+H₂合成C2⁺烃的几种复合催化剂体系的研究进展，比较和评价了复合催化剂体系的活性和选择性及对C2⁺烃类生成的影响。着重于复合催化剂体系对C4⁺烃的生成及产物分布的影响并简述反应机理。     

K2CO3含量对Ni-Cu-Mn-K/Al2O3水煤气变换催化剂结构和性能的影响

以γ-Al₂O₃为载体，采用等体积浸渍法，制备了不同K₂CO₃含量的Ni-Cu-Mn-K/Al₂O₃水煤气变换催化剂，采用低温N₂吸附、XRD、TPD和TPR，考察了K₂CO₃含量对催化剂结构和性能的影响。结果表明:K₂CO₃的加入使催化剂的还原温度有所提高，适量的K₂CO₃能增加活性组分的电子密度，从而增强其给电子活化CO的能力，提高催化剂的活性。但过量的K₂CO₃使得催化剂比表面积和孔容降低，且导致催化剂对CO吸附过强，催化活性降低。当Ni-Cu-Mn-K/γ-Al₂O₃催化剂中K₂CO₃的添加量为7.5%时，且催化剂经530 ℃耐热15 h后，在350 ℃时水煤气变换反应中CO转化率达62.29%。     

Ag2CO3/BiVO4复合微米片光催化剂的制备、表征及光催化机理

采用水热法制备粒径为1~2 μm的BiVO₄微米片,然后在微米片表面沉积不同含量的Ag₂CO₃颗粒,制备Ag₂CO₃/BiVO₄复合微米片光催化剂。利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、光致发光（PL）光谱、瞬态光电流-时间响应对催化剂进行表征。以可见光为光源,罗丹明B为降解对象进行光催化活性测试。结果表明,复合适量Ag₂CO₃有利于提高光催化剂的比表面积,改善催化剂的表面性能。活性测试结果表明,当复合10%（w/w）Ag₂CO₃时,Ag₂CO₃/BiVO₄光催化活性最佳,比纯BiVO₄提高4.4倍。光致发光（PL）光谱、瞬态光电流-时间响应测试结果表明,复合Ag₂CO₃能有效抑制光生电子与空穴的复合。自由基捕获实验结果表明,该体系的活性氧物质为空穴和羟基自由基。Ag₂CO₃/BiVO₄复合光催化剂活性提高的原因,是较宽带隙的Ag₂CO₃与较窄带隙的BiVO₄形成的异质结有效抑制了光生电子与空穴的复合,同时两者适宜的能带结构保证产生更多的空穴,从而具有更强的氧化能力。     

S型异质结光催化剂ZnFe2O4/WO3的构筑及光催化还原CO2性能

通过在WO₃纳米片表面负载ZnFe₂O₄纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe₂O₄/WO₃,并研究了其光催化CO₂还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe₂O₄/WO₃复合材料可对CO₂与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO₂还原产物CO和CH₄的产量分别为7.87和4.88 μmol·g^-1。相对于单相组分,CO和CH₄的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe₂O₄和WO₃异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。     

S型异质结光催化剂ZnFe2O4/WO3的构筑及光催化还原CO2性能

通过在WO₃纳米片表面负载ZnFe₂O₄纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe₂O₄/WO₃,并研究了其光催化CO₂还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe₂O₄/WO₃复合材料可对CO₂与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO₂还原产物CO和CH₄的产量分别为7.87和4.88 μmol·g^-1。相对于单相组分,CO和CH₄的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe₂O₄和WO₃异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。     

Ni/SiO2-Al2O3催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,以该系列复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni负载量15%（重量百分比）的催化剂,用于催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯.采用N₂物理吸附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂程序升温脱附（H₂-TPD）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）和吡啶吸附红外（Py-IR）等手段对催化剂进行了表征.结果表明,不同载体催化剂的活性组分分散度及表面酸性质存在明显差异,显著影响了催化剂吸附、活化H₂与C=O键的能力,进而影响了催化剂的乙酰丙酸加氢活性.其中,Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂上的L酸中心能够促进C=O键的吸附、活化,与金属Ni上的H₂吸附活性位协同作用,大大提高了乙酰丙酸加氢活性.因此,具有最多L酸中心和丰富H₂吸附活性位的Ni/SiO₂-8Al₂O₃催化剂表现出最高的乙酰丙酸加氢活性,在180℃、4 MPa氢气压力下,乙酰丙酸转化率达到90.5%,目标产物γ-戊内酯选择性为100%.     

高活性耐硫MoO3改性NiO-Al2O3催化剂用于焦炉煤气甲烷化

采用双水解共沉淀法结合浸渍法合成了系列的MoO₃改性的xMoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂(x%为MoO₃的质量分数),利用固定床装置对催化剂的甲烷化反应活性和耐硫性能进行评价,并对失活前后催化剂进行详细表征。结果表明,随着MoO₃含量的升高MoO₃改性后的催化剂甲烷化活性有所下降,但MoO₃的掺杂显著提升了催化剂的耐硫性能。催化剂低温甲烷化活性降低的原因在于MoO₃负载量的增加降低了催化剂的活性比表面积,但MoO₃的引入也为硫化物提供了一个竞争吸附位点,进而延缓了活性位点的硫中毒过程。当 MoO₃负载量(质量分数)为 12.5% 时,12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂在 143 mg·m^-3 H₂S/H₂气氛下运行时间长达7 h,远高于其他催化剂。12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂吸收硫的量(质量分数)达到0.71%,是NiO-Al₂O₃催化剂硫吸附量的1.48倍。XPS表征进一步发现12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂表面生成的MoS₂最多,这说明在此负载量下Mo优先吸附了更多的硫而保护了活性位点。此外,MoO₃负载量为12.5%时,MoO₃在催化剂表面接近单层分散阀值,当竞争吸附发生时,为硫化物提供更多的吸附位点。     

高活性耐硫MoO3改性NiO-Al2O3催化剂用于焦炉煤气甲烷化

采用双水解共沉淀法结合浸渍法合成了系列的MoO₃改性的xMoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂(x%为MoO₃的质量分数),利用固定床装置对催化剂的甲烷化反应活性和耐硫性能进行评价,并对失活前后催化剂进行详细表征。结果表明,随着MoO₃含量的升高MoO₃改性后的催化剂甲烷化活性有所下降,但MoO₃的掺杂显著提升了催化剂的耐硫性能。催化剂低温甲烷化活性降低的原因在于MoO₃负载量的增加降低了催化剂的活性比表面积,但MoO₃的引入也为硫化物提供了一个竞争吸附位点,进而延缓了活性位点的硫中毒过程。当MoO₃负载量(质量分数)为12.5%时,12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂在143 mg·m^-3 H₂S/H₂气氛下运行时间长达7 h,远高于其他催化剂。12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂吸收硫的量(质量分数)达到0.71%,是NiO-Al₂O₃催化剂硫吸附量的1.48倍。XPS表征进一步发现12.5MoO₃/NiO-Al₂O₃催化剂表面生成的MoS₂最多,这说明在此负载量下Mo优先吸附了更多的硫而保护了活性位点。此外,MoO₃负载量为12.5%时,MoO₃在催化剂表面接近单层分散阀值,当竞争吸附发生时,为硫化物提供更多的吸附位点。     

CO2在纳米SiO2/TiO2悬浮体系中的光催化还原

用水热法合成了氧化硅改性的具有高比表面积、高催化活性的锐钛型二氧化钛, 并在其悬浮体系中将CO₂光催化还原合成甲醇. 采用XRD, TEM, 物理吸附, UV-Vis吸收光谱和FTIR等表征手段对催化剂结构特征进行了研究. 结果表明: 添加氧化硅后, 氧化硅和二氧化钛之间形成Si—O—Ti键, 抑制了TiO₂晶粒生长, 提高了锐钛型TiO₂的比表面积, 且随着含硅量的增加, SiO₂/TiO₂的UV吸收逐步蓝移, 禁带宽度增加. 还原反应结果表明: SiO₂/TiO₂具有光催化还原活性, 且随着含硅量的增加先增加后减小, 当SiO₂质量分数为3.5%时, SiO₂/TiO₂复合催化剂反应活性最强, 5 h内甲醇产量可达到21.0 mg/L, 并有少量甲醛生成.     

中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

光还原催化剂Pt/TiO2富氢条件下CO优先氧化反应

用光还原法来提高富氢条件下CO优先氧化(PROX)催化活性和CO2选择性,分别对有无氢气时CO氧化反应参数进行了详尽研究.X射线光电子能谱(XPS)表征结果显示,在光还原催化剂表面产生了部分氧空穴,可为化学吸附H提供活性中心.针对光还原Pt/TiO2催化剂上CO优先氧化反应提出了一种可能的双功能反应机理.     

双原子位点M-N-C电催化剂在CO2还原反应中活性位点的最佳分布

双原子位点M-N-C催化剂是催化CO₂还原反应(CO₂RR)性能最佳的催化剂之一. 然而, 目前的研究主要集中于M-N-C活性中心原子类型的调控, 低估了活性位点的配位模式及分布对其催化性能的影响. 本文选取典型的双原子位点M-N-C催化剂(NiFe-N-C)为研究对象, 采用密度泛函理论方法探究了9种活性位点具有不同配位环境的NiFe-N-C催化剂电催化CO₂RR的反应机理. 结果表明, 随着金属原子配位数、 双原子位点间距离的增加, M-N-C催化剂的稳定性、 催化CO₂还原至CO的活性及抑制氢析出反应的选择性均呈现先升高后下降的趋势. 其中, 金属原子四配位且对称分布的NiFe-N-C-model 3催化剂, 因其双原子位点的强相互作用表现出最优的催化性能.     

Metal‐Doped Nitrogenated Carbon as an Efficient Catalyst for Direct CO2 Electroreduction to CO and Hydrocarbons

This study explores the kinetics, mechanism, and active sites of the CO₂ electroreduction reaction (CO2RR) to syngas and hydrocarbons on a class of functionalized solid carbon‐based catalysts. Commercial carbon blacks were functionalized with nitrogen and Fe and/or Mn ions using pyrolysis and acid leaching. The resulting solid powder catalysts were found to be active and highly CO selective electrocatalysts in the electroreduction of CO₂ to CO/H₂ mixtures outperforming a low‐area polycrystalline gold benchmark. Unspecific with respect to the nature of the metal, CO production is believed to occur on nitrogen functionalities in competition with hydrogen evolution. Evidence is provided that sufficiently strong interaction between CO and the metal enables the protonation of CO and the formation of hydrocarbons. Our results highlight a promising new class of low‐cost, abundant electrocatalysts for synthetic fuel production from CO₂.     

金属有机框架用于一氧化碳氧化

鉴于一氧化碳(CO)氧化在基础研究、 环境保护和实际应用中的重要性, 人们对其进行了广泛的研究. 金属有机骨架(MOFs)由于具有永久孔隙, 结构多样且可调控, 是一种很有前途的CO氧化催化剂. 本文对近年来MOFs和MOF基催化剂用于CO氧化的研究进展进行了系统的总结, 并根据催化剂活性物种/位点进行了简要的分类介绍. 除了催化剂的化学结构, 催化剂的负载量、 制备方法和预处理技术以及反应温度等对催化性能的影响也在文中进行了讨论. 最后, 本综述对该研究领域进行了总结和展望.     

CeO2含量对Ni-Mn-K/Al2O3多元体水煤气变换催化剂催化性能的影响

以γ-Al2O3为载体，采用二步漫渍法，制备一系列不同CeO2含量的Ni-Mn-K／Al2O3多元体水煤气变换催化剂。采用BET，XRD，TPD和TPR等方法，考察了CeO2含量对催化剂催化性能和结构的影响。结果表明：CeO2的掺杂能显著提高催化剂的水煤气变换活性，其中以掺杂7．5％CeO2提高活性最为显著。CeO2的加入使催化剂的还原温度有所提高，使催化剂捕获H2O分子并使其解离成O和-OH的能力增强，提高了CO的吸附量。此外，CeO2的加入使催化剂的活性中心和活性中心数变化不明显，催化剂的比表面积和孔的分布微小变化并不是改变催化剂活性的主要因素。     

纳米Pd和Au催化CO2还原粒径效应的密度泛函理论计算研究

以可再生能源为能量来源,在水溶液中进行的光(电)催化CO₂还原生成高附加值化学品和燃料是解决能源危机与环境污染的有效途径之一.CO是一种简单却很重要的CO₂还原产物,它可以作为水煤气变换反应与费托合成的重要原料.具有较高CO选择性的贵金属纳米颗粒催化剂(如Au和Pd)一直受到研究者的广泛关注.一般来说,金属颗粒催化剂的催化性能与粒径大小密切相关,即所谓的粒径效应.然而在实际的理论计算研究中,由于受到计算能力的限制,催化剂模型都仅局限于简单的周期性模型或小的金属团簇模型,无法准确描述真实颗粒上复杂的反应位点的性质,导致了对催化行为的误解.因此,建立更加真实的颗粒模型对探究纳米颗粒催化剂上活性位点的性质,解释其粒径效应至关重要.本文旨在阐述Au与Pd纳米颗粒催化剂不同活性位点上CO₂还原反应与产H2副反应的竞争机制,并解释Au与Pd纳米颗粒催化剂在CO₂电还原中表现出不同粒径效应的原因.本文基于密度泛函理论,采用VASP软件,BEEF-vdW泛函进行计算.分别建立了原子数为55,147,309和561的颗粒模型和高CO^*覆盖度模型,避免了传统周期性模型的局限性,探究了金属颗粒催化剂不同反应位点上的CO选择性.结果表明,对于颗粒模型来说,(100)位点对CO的选择性优于边缘位点;但对于周期性模型来说,Au(211)对CO的选择性则优于Au(100).产生这种反差的主要原因在于Au颗粒的边缘位点对H*的吸附过强.通过对比,我们直观地展现了颗粒模型上平面位点和Edge位点与相对应的周期性模型上CO选择性的区别,突出了模型选择对揭示活性位点性质的重要性.在此基础上,通过计算理论CO法拉第效率,发现Au颗粒随着粒径的减小,CO选择性降低,与实验的趋势一致.对于Pd催化剂来说,低覆盖度模型无法正确预测活性位点的性质;而高CO覆盖度的情况下,Pd颗粒的边缘位点对COOH^*吸附能更强,这是导致边缘位点上CO选择性更高的主要原因.同样通过计算理论CO法拉第效率,发现随着粒径的减小,Pd颗粒上CO选择性升高.本文不仅成功揭示了Au与Pd颗粒催化剂上活性位点的性质,对粒径效应做出了合理解释,也强调了合理的计算模型是理论研究的基础.     

金属单原子催化剂在电催化二氧化碳和水裂解的研究进展

利用电催化技术开发新型能源,是替代传统能源的一种新策略,大量使用化石燃料导致的环境问题有望会通过此技术的发展而得到良好解决,设计并制备出高效稳定的电催化剂对于新型能源技术开发应用至关重要.单原子催化剂(SACs)在载体上具有原子分布的活性位点,是催化领域的新兴材料,具有美好的应用前景,现已成为电催化领域的研究热点.在此综述中,详细阐述了单原子电催化剂的一般载体、制备方法及其先进表征方法,系统总结了单原子电催化剂在能量转化和环境保护(CO₂还原、水裂解)方面的应用.同时,基于各种单原子催化剂研究的最新进展,简单阐述了催化机制,讨论了单原子催化剂在电催化方向的发展挑战和前景,希望为单原子电催化剂的合成、设计和应用提供经验,以更好地促进电催化能量转换方面的发展.     

气相沉积法制Rh—Ti／SiO2催化剂的研究

助剂对铑催化一氧化碳加氢有很大影响,由于助剂有时会附在高表面积的担体上,而不是附在金属晶体上,从而削弱了助剂的作用。为提高助剂的分散度,Andersont等将含主、助剂金属元素的混合羰基簇化物浸渍到载体上,取得了较好的效果。但该法受到主、助剂原子     

双中心多孔聚合物作为多相催化剂实现CO2在温和条件下高效转化

由于对化石燃料的高度依赖和二氧化碳(CO₂)的过度排放,大气中CO₂浓度从280 ppm上升到400 ppm左右,导致全球变暖和其他气候问题.在这种情况下,如何有效降低空气中的CO₂浓度成为近年来最迫切的研究领域之一.另一方面,作为一种无毒、廉价且丰富的C1资源,CO₂也可以转化为各种高附加值的工业产品,如甲酸、一氧化碳、甲烷、甲醇以及碳酸酯等.其中CO₂与环氧化物转化生成环碳酸酯的环加成反应具有良好原子经济性,在近年来引起了人们的广泛关注.尽管已有多种多相和均相催化剂应用于该反应,但已有的催化剂特别是多相催化剂往往具有反应条件苛刻、催化剂易损失以及需要可溶性的共催化剂等缺点,从而限制了它们的进一步实际应用.因此,发展多相催化剂实现在温和和无共催化剂条件下的CO₂环加成转化仍是一个挑战.本文通过自由基共聚的方法,以乙烯基功能化的金属卟啉和季膦盐作为单体制备了一种新型多孔有机聚合物(POP-PBnCl-TPPMg-x).考虑到金属卟啉和季膦盐常作为CO₂环加成反应中的Lewis酸和Lewis碱活性中心,我们通过自由基共聚实现了这两种活性中心在分子水平上的结合与协同.所得的催化剂的组成和结构通过固体核磁、X射线光电子能谱、氮气吸附、扫描电子显微镜、透射式电子显微镜等手段进行了表征.值得指出的是,所得多相催化剂具有良好的CO₂吸附与富集效应,十分有利于CO₂的催化转化.我们以温和(40℃和1 atm CO₂)并没有任何无可溶性共催化剂存在条件下,进行CO₂与环氧化物的环加成作为探针反应,测试了不同催化剂的催化活性.以催化剂POP-PBnCl-TPPMg-12为例,其催化活性远超过单组分的POP-PBnCl和POP-TPPMg多相催化剂,也超过了二者机械混合的POP-PBnCl+POP-TPPMg-12催化剂,接近均相催化剂PBnCl+TPPMg-12的水平.这表明通过共聚合方法所得到的催化剂可以实现Lewis酸和Lewis碱两种活性中心的分子水平的结合.本文进一步研究了多相催化剂POP-PBnCl-TPPMg-12和均相催化剂PBnCl+TPPMg-12在低浓度CO₂(15%N2 v/v,工业废气中CO₂的浓度)条件下的催化活性,发现在该条件下多相催化剂表现出比均相催化剂更为优异的催化转化性能,且展现出良好的稳定性和循环使用性能,在循环使用5次后仍无明显的活性损失.该催化剂所具有的多相特点和优良的催化性能,因而有望成为实现工业CO₂脱除并转化成高附加值产品的潜在高效催化剂.     

Co-Mo/γ-Al2O3催化剂的原位红外光谱表征研究

采用CO和NO作为探针分子,应用原位红外光谱法(in-situ FT-IR)和程序升温还原(H₂-TPR)对Mo/γ-Al₂O₃和Co-Mo/γ-Al₂O₃加氢催化剂进行表征,并对催化剂进行了加氢脱硫(HDS)活性评价。实验结果表明,在Co-Mo/γ-Al₂O₃催化剂表面存在三个吸附位;在Mo/γ-Al₂O₃催化剂中加入助剂钴对钼吸附位起到显著的改性作用,并且引入新的活性中心,提高了催化剂的催化活性;随着钼含量的增加,活性中心数目逐渐增多;用CO-NO共吸附原位红外光谱研究了Co-Mo/γ-Al₂O₃催化剂表面活性中心的信息,证明不同的Mo中心分别吸附CO和NO,并将它们区分开来,解决了不同活性中心的光谱互相重叠的问题。