脉冲电晕放电-催化转化CO2为CO

在常温、常压下，较系统地研究了CO2在脉冲电晕等离子体条件下的活化与转化，考察了反应器参数、脉冲成形电容、应用电压、气体流量、电晕极性对二氧化碳转化的影响。在本实验条件下，最佳反应器的有效长度为125mm,内径为22mm。二氧化碳转化率和一氧化碳产率随应用电压的增加而增加。另外，随着应用电压的增加，脉冲反应器的能量利用效率反而降低。随着气体流量的增大，二氧化碳的转化率及一氧化碳的产率下降。γ-Al2O3的存在大大促进了二氧化碳的转化，CO2的最高转化率达23％。由于γ-Al2O3在物化性质方面的特性，γ－Al2O3的存在对二氧化碳的转化有重要的作用。研究表明：脉冲电晕放电－催化转化CO2为CO是可行的。     

CO2在Cu表面还原成碳氢化合物的DFT计算研究

应用密度泛函理论（DFT）反应能计算及最小能量路径分析研究了CO2在气相和电化学环境中于Cu(111)单晶表面的还原过程。气相中,CO2还原为碳氢化合物的反应路径可能为：CO2(g) + H* → COOH* → (CO +OH)* → CHO*;CHO + H* → CH2O* → (CH2 + O)*;CH2* + 2H* → CH4或2CH2* → C2H4。整个反应由CO2(g) + H* → COOH* → (CO +OH)*,(CO + H)* → CHO*和CH2O* → (CH2 + O)*等几个步骤联合控制。在-0.50V (vs RHE) 以正的电势下,CO2在Cu(111)表面电化学还原主要形成HCOO-和CO吸附物;随着电势逐渐负移,CO2加氢解离形成CO的反应越来越容易,CO成为主要产物;随电势进一步变负,形成碳氢化合物的趋势逐渐变强。与CO2的气相化学还原不同的是,电化学环境下CO质子化形成的CHO中间体倾向于解离形成CH,而在气相中CHO中间体则倾向于进一步质子化形成CH2O中间体。     

甲醇氧化羰基化反应中CO和CH3O在CuCl（111）表面上吸附作用的理论研究

基于密度泛函理论方法,采用广义梯度近似方法结合周期平板模型,对甲醇氧化羰基化反应中CuCl(111)表面上CO和CH3O的吸附、共吸附及CH3OCO的吸附进行了系统研究,探讨了CO和CH3O反应生成CH3OCO以及CH3OCO和CH3O反应生成碳酸二甲酯(DMC)的动力学特性.计算结果表明,在CuCl(111)表面的共吸附体系中,CO和CH3O之间的相互作用力比自由态的CO和CH3O之间的作用力大;CO和CH3O反应生成CH3OCO为整个甲醇氧化羰基化反应的速控步骤,活化能为113.19 kJ/mol,计算结果与实验结果一致.     

CH3S与CO反应机理的理论研究

在G3(MP2)//B3LYP/6-311 G(d,p)水平上,对CH3S自由基与CO气相反应的微观机理进行了理论研究.结果表明:该反应共存在3个反应通道,产物分别为CH3 OCS,CH2S HCO和CH2S HOC.由于形成产物CH3 OCS的活化势垒较低,因此为主要反应通道,这与实验观察到的结果是一致的.     

预处理气氛对CuO/CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂表面性质及“NO+CO”反应性能的影响(英文)

用不同的预处理气氛制备了CeO2/γ-Al2O3载体以调节表面Ce的价态,并以Cu(CH3COO)2为前驱体制备了CuCeAl催化剂。XRD和H2-TPR的结果表明在还原气氛下处理的CeO2/γ-Al2O3载体具有更多的活性氧原子,因此相应的CuCeAl催化剂表面有更多分散态的Cu2+/Cu+物种。NO+CO反应的结果表明分散态的Cu2+/Cu+是NO转化的活性物质,而Cu0在低温下具有较好的N2选择性。因此,同时含有分散态Cu2+/Cu+和少量晶相Cu0的催化剂具有最好的催化性能。     

RhCo双金属催化剂的研究III. Rh+Co/Al2O3上表面羰基氢化物及其动态行为

利用连续流动微反研究了Rh+Co/Al2O3催化剂的CO加氢反应, 结果表明反应在220℃以上发生, 反应活性随着温度的升高和H2/CO值的增加而增加。利用TP-IR动态方法研究了Rh+Co/Al2O3上CO和H2共吸附及其动态行为。结果表明在Rh+Co/Al2O3的孪生及线式中心上, CO和H2室温共吸附时即有部分孪生及线式CO转化为相应的羰基氢化物, 随着温度的升高, 剩余的孪生和线式CO继续向相应的羰基氢化物转化。而羰基氢化物则向多羰基氢化物转化。在到达反应温度之前, 催化剂表面只存在羰基氢化物及相应的多氢羰基氢化物。在反应温度则导致产物CH4生成。与CO加氢反应和CO歧化的吸附态研究结果相关联, 作者认为Rh+Co/Al2O3上CO加氢生成CH4是经由羰基氢化物-多氢羰基氢化物途径。     

RhCo双金属催化剂的研究III. Rh+Co/Al2O3上表面羰基氢化物及其动态行为

利用连续流动微反研究了Rh+Co/Al2O3催化剂的CO加氢反应, 结果表明反应在220℃以上发生, 反应活性随着温度的升高和H2/CO值的增加而增加。利用TP-IR动态方法研究了Rh+Co/Al2O3上CO和H2共吸附及其动态行为。结果表明在Rh+Co/Al2O3的孪生及线式中心上, CO和H2室温共吸附时即有部分孪生及线式CO转化为相应的羰基氢化物, 随着温度的升高, 剩余的孪生和线式CO继续向相应的羰基氢化物转化。而羰基氢化物则向多羰基氢化物转化。在到达反应温度之前, 催化剂表面只存在羰基氢化物及相应的多氢羰基氢化物。在反应温度则导致产物CH4生成。与CO加氢反应和CO歧化的吸附态研究结果相关联, 作者认为Rh+Co/Al2O3上CO加氢生成CH4是经由羰基氢化物-多氢羰基氢化物途径。     

天然气转化制合成气Ni基催化剂的再生研究-积炭失活催化剂的再生

以CH4-CO2反应为探针, 采用TG、 XPS和BET比表面等方法, 研究了空气、 (CO2+10% O2)、 O2和CO2对因积炭而失活的Ni/ARM催化剂的再生. 结果表明, 以(CO2+10%O2)为消碳气(剂), 于700 ℃对因积炭而部分失活的催化剂的再生率较低; 而采用程序升温消碳时, 以 (CO2+10% O2)、空气为消碳气(剂), 催化剂的再生率能够达到99%以上. 从消碳后的热重 (TG)测试结果可以看出, 采用(CO2+10% O2)消碳, 产生了NiO和少量的NiAl2O4; 而用空气和CO2消碳时, 产生的NiAl2O4较多. 4种消碳气(剂)对催化剂的再生率顺序为: (CO2+10% O2)(99.60%)≈Air(99.35%)> O2(92.82%)> CO2 (57.05%). 以(CO2+10%O2)为消碳气(剂), 再生后催化剂对于CH4-CO2探针反应的活性高于以(O2+N2)、纯CO2和纯O2为再生气时, 且接近于新鲜Ni/ARM催化剂.     

离子交换法制备廉价而高效的可见光驱动CaMg(CO3)2@Ag2CO3微球光催化剂

Ag2CO3是一种典型的银基半导体,可在可见光照射下降解各种有机染料,但制备成本高,光腐蚀严重,稳定性差,难以循环利用等,因而限制了它的实际应用.针对这些问题,目前多数的改进措施是构建异质结,有效的分离光生电子与空穴来提高Ag2CO3的光催化性能.比如典型的异质结光催化剂有TiO2/Ag2CO3,Ag2CO3/ZnO,Ag2O/Ag2CO3和AgX/Ag2CO3等.也有在表面化学沉积,光化学还原Ag等贵金属形成等离子体等方式提高其光催化性能,但是很少通过特殊形貌控制以提高Ag2CO3的光催化性能.最近的研究表明,由于多尺度微球结构催化剂具有高效的光捕能力,同时具有比表面积大、易沉降,良好的物质传输能力和表面的渗透性,因而在液相光催化反应中具有明显的优势.因此,我们期望制备出一个多尺度微球结构Ag2CO3光催化剂.CaMg(CO3)2是一种具有微球结构的半导体,它与Ag2CO3有相同的阴离子结构,但是两者在水溶液中的溶解度相差较大,利用这个特性理论上可以将两个不同的半导体结合在一起,得到一种新型的复合微球.本文以CaMg(CO3)2微球为硬模板,通过简单的离子交换成功制备了粒径约为10μm的CaMg(CO3)2@Ag2CO3微球.利用X射线衍射、N2物理吸附、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见漫反射吸收光谱、光电流等手段对在不同反应时间与温度下制得的CaMg(CO3)2与Ag2CO3的复合物进行了表征.结果表明,在40°C下Ag+与Ca2+、Mg2+离子交换4 h后,得到了一种多尺度CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球.此时,微球中Ag2CO3的含量约为2.56%.结果表明,这种具有多尺度结构的复合微球能够增强可见光的吸收.电化学阻抗测试和光电流测试表明,CaMg(CO3)2核的存在可以降低光生载流子的迁移阻力,进而促进光生电子与空穴的分离.在光降解酸性橙II的测试中,核壳结构的CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球表现出了更高的催化活性,而且具有更好的循环使用性能.同时,相对于纯Ag2CO3光催化剂来说,CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球制备的成本大幅度降低.ESR测试证明了·OH为CaMg(CO3)2@Ag2CO3复合微球光催化过程中的主要活性物质.     

CH_2CO+CH_2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法,对单重态和三重态CH2与CH2CO反应的微观机理进行了研究.在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型.在CCSD(T)/6-311+G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量,并对总能量进行了校正.计算表明,单重态CH2与CH2CO的C-H键可发生插入反应,与C=C、C=O可发生加成反应,存在三条反应通道,产物为CO和C2H4,从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑,反应II更容易发生.对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析.三重态CH2与CH2CO的反应存在三条反应通道,一条是与C-H键的插入反应,另一条是三重态CH2与C=C发生加成反应,产物为CO和三重态C2H4,通道II势垒较低,更容易发生.最后一条涉及双自由基的反应活化能最大,最难发生.     

The Mutual Conversion of CO2 and CO in Dielectric Barrier Discharge (DBD)

Non-equilibrium plasma, which was engendered by dielectric barrier discharge (DBD) was used to analyze the mutual conversion between CO₂ and CO. The results showed that the conversion ratio of CO increased monotonously with the increasing voltage. But CO₂ was not so. Its conversion ratio reached maximum when the voltage was 3600 V in Ar system. It also showed that the existence of water molecules was more advanageous for the conversion of CO to CO₂ in Air system than in oxygen system, and the conversion ratio could reach 75.8% when the relative humidity was 100%. We also discussed the energy yield and energy efficiency, and the result was that high voltage and high concentration of reactant was disadvantageous for energy utilization.     

制备方法及焙烧温度对Co3O4/CeO2催化剂上CO低温氧化反应的影响

 分别采用沉淀氧化法、均匀沉淀法及络合燃烧法制备了Co3O4/CeO2复合氧化物催化剂,并在干燥及湿气条件下进行了CO氧化反应. 结果表明,采用沉淀氧化法经538 K焙烧制得的Co3O4/CeO2催化剂具有优异的CO低温氧化活性和较高的抗湿性能. 在196 K条件下,该催化剂上CO氧化的转化率为99%, 并且可连续保持400 min以上; 当温度上升到298 K时,经过 2400 min反应后, CO的转化率仍可达到94%; 当反应气中含3.1%湿气,温度为383 K时,经过2400 min反应后, CO的转化率仍保持在79%. 实验表明, Co3O4/CeO2催化剂的制备方法及焙烧温度对Co3O4与CeO2之间的相互作用有显著的影响,进而影响催化剂催化CO低温氧化的活性.     

电晕放电二氧化碳冷等离子体转化特性研究

在常压、室温条件下利用电晕放电使二氧化碳通过冷等离子体反应分解为一氧化碳和氧气,由四极质谱在线定量在分析产物组成。考察反应条件（电晕类型、能量密度、气体流量等）对反应转化率的影响,分析了该反应的能量效率。当放电功率为40W、CO2流量为30mL.min^-1时,正电晕等离子体CO2分解反应的转化率为15．2％;CO2,专座经率随体系能量密度的增加上升,随反应时间的增加而增大,当CO2流量为90mL.min^-1、正电晕放电功率为37．6W时,反应体系的能量效率为5．89％。实验发现,正电晕放电时CO2的转化率高负电晕的转化率。     

等离子体-催化剂耦合作用下CO2的甲烷化研究

常温常压下,利用脉冲电晕等离子体与Ni/γ-Al₂O₃催化剂协同作用CO₂加氢转化生成甲烷,考察了催化剂担载量、放电参数、工艺参数等对反应的影响,并探讨了其反应机理.结果表明,在等离子体与催化剂协同作用下,CO₂加氢生成CH₄,CO₂转化率在催化剂一定担载量范围内随担载量的增加而增加;脉冲电压峰值、重复频率、进气方式、空速等对反应有重要影响;相同条件下,等离子体-催化法优于化学催化法.     

CO2气氛苯尖端放电等离子体转化试验研究

本文研究了CO2为气化介质时,等离子体辅助煤气化过程中焦油组分苯发生的非热转化特性,建立了焦油组分苯、CO2单电极尖端放电非平衡态等离子体反应体系。通过煤气分析仪对转化反应的产物进行分析,并采用可见发射光谱技术对等离子体进行诊断。结果表明,在该反应体系中,苯转化生成的气态产物是CO与CO2的混合气,而H元素直接被氧化生成H20。能量密度对于苯转化反应起主导作用。在相同能量密度条件下,降低苯浓度也能够提高苯的转化率,但改变气速增加反应时间并不能提高苯的转化率。此外,通过光谱分析可得苯的非热转化可由CO2直接解离产生的O自由基触发。     

Density Functional Theory Investigations on M + CO2 towards MO + CO (M =B, Al, Si)

The catalytic activation of carbon dioxide by metals and non-metals is one of the attractive scientific challenges in scientific community. In this work, the conversion mechanisms of CO2 to CO by B, Al and Si were elucidated extensively at the B3LYP/6-311++G(d,p) basis set level. Our theoretical mode testifies that the reaction mechanisms of these three systems are significantly different from each other, and both boron and silicon have good performance in the conversion of CO2 to CO.     

等离子体催化二氧化碳转化的研究进展*

本文综述了近年来利用等离子体活化及等离子与催化剂协同活化二氧化碳转化的研究进展,同时对其活化机理也进行了讨论,分析了当前等离子体二氧化碳活化法存在的问题,并提出了今后的研究方向。     

Non-thermal plasma technology for the conversion of CO2

The conversion of carbon dioxide is vital if we are to avoid the catastrophic consequences that will result from further global temperature rise as a result of burning fossil fuels. Current techniques, such as catalytic conversion and biochemical processes, are each associated with their own drawbacks such as catalyst deactivation and high energy input. Plasma processes are gaining increasing interest as they have the potential to reduce a greater amount of atmospheric environmental pollutants at any one time due to an increased throughput, whilst using a smaller reactor with improved energy efficiency and near-zero emissions. Non-thermal plasma can dissociate stable molecules, such as CO₂, at temperatures as low as room temperature. It is this key feature which makes plasma conversion such a promising technology in the conversion and utilisation of CO₂. Furthermore, possible products from plasma processes include fuels and chemicals, such as methanol and syngas, which have a high market value; hence potentially making the process feasible on an industrial scale. This paper discusses recent advances in the use of plasma processes for carbon dioxide conversion, along with the future outlook of this technology and the impact these techniques could have on the chemical and energy industries.     

水蒸气对Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂上CO2重整CH4瓜的影响

采用水热合成-负载法制备了Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂,测试了该催化剂上CO2重整CH4反应的活性和稳定性,并考察了添加少量水蒸气对CO2重整CH4反应的影响.结果表明,在不含水蒸气的反应气中反应198 h后CH4和CO2的转化率分别为89%和98%,H2/CO摩尔比约为1.00,且没有任何失活.添加3.2%的水蒸气后,CH4转化率提高到94%,CO2转化率不变,H2/CO摩尔比约提高0.06,同时稳定性也很好.计算结果表明,添加少量水蒸气后,CO2重整CH4被促进,逆水煤气反应被抑制,而水蒸气重整CH4没有明显变化.