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磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及催化性能研究
1
作者 姜姗姗 王恩通 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期58-62,共5页
为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝... 为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝基苯酚、硼氢化钠等作为待催化材料,用不同催化剂进行催化还原试验,用紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计等测试催化剂的磁性能和催化性能。结果表明:4种催化剂均呈现出一定的磁强度,催化1 min后转化率均较高。其中,摩尔比为4∶1的催化剂磁性能更强,矫顽力可达0.54 A/m,为4组催化剂中最高,其催化时间更短,催化速率较快,在8次循环催化后仍保持99%以上的转化率。 展开更多
关键词 磁性fe_(3)O_(4) 纳米粒子 催化剂材料 催化性能 四氯化钛 磁性能
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PAMAM接枝碳纳米管负载镍催化剂高选择性制备低碳烯烃
2
作者 李杨 郭丽君 +4 位作者 霍宏亮 黄金 蒋岩 李锋 李翠勤 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期637-649,共13页
成功合成聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状镍催化剂(PAMAM-Cat)和PAMAM功能化接枝碳纳米管负载镍催化剂(CNT-PAMAM-Cat)。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、光电子能谱等手段对2种催化剂进行表征,系统考察温度、助催化剂用量、压力、时间对... 成功合成聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状镍催化剂(PAMAM-Cat)和PAMAM功能化接枝碳纳米管负载镍催化剂(CNT-PAMAM-Cat)。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、光电子能谱等手段对2种催化剂进行表征,系统考察温度、助催化剂用量、压力、时间对其催化乙烯齐聚制备低碳α-烯烃的影响。结果表明:在最佳聚合条件(温度25℃、Al/Ni摩尔比500(PAMAM-Cat)和700(CNT-PAMAM-Cat)、压力0.7 MPa、时间0.5 h)下,2种催化剂表现出优异的乙烯齐聚反应活性(5.75×104和3.75×104 g/(mol Ni·h))和低碳α-烯烃选择性,CNT-PAMAM-Cat催化剂经过3次重复实验后的反应活性不变;基于灰色关联分析得出,压力是影响2种催化剂催化乙烯齐聚生成低碳α-烯烃的关键因素。 展开更多
关键词 Α-烯烃 碳纳米管 聚酰胺 树枝状镍催化剂 乙烯齐聚 灰色关联分析
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Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂降解罗丹明B
3
作者 曾武军 曾斌 +2 位作者 彭巧 宁旭涛 张明 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2397-2404,共8页
以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板和溴源,通过添加Ti_(3)C_(2)MXene,使用共沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂(Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)),采用SEM、TEM、XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱... 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板和溴源,通过添加Ti_(3)C_(2)MXene,使用共沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂(Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)),采用SEM、TEM、XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)进行了表征。以罗明丹B(RhB)为目标降解物,考察了质量分数1%的Ti_(3)C_(2)水分散液添加量对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB的影响。结果表明,层状Ti_(3)C_(2)分布在AgBr纳米线周围,Ag_(3)PO_(4)纳米粒子修饰在两者之上,3种化合物之间形成Z型和肖特基双异质结;质量分数1%的Ti_(3)C_(2)分散液添加量为0.5 g制备的Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)-5具有最佳的光催化降解RhB性能,30 mg该光催化剂对30 mL质量浓度为10 mg/L RhB溶液的降解率为94.4%;超氧自由基和羟基自由基是Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB过程中起主要作用的活性物种;AgBr、Ag_(3)PO_(4)、Ti_(3)C_(2)三者之间形成的Z型和肖特基双异质结增强了光生电子-空穴对(e--h+)的分离效率,提升了Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化性能。 展开更多
关键词 双异质结 光催化剂 Ti_(3)C_(2) 纳米线 罗丹明B 功能材料
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锰铈钛纳米管复合催化剂低温SCR活性和抗SO2性能研究
4
作者 刘峰 王秋麟 +2 位作者 黄升俞 刘占鑫 项锐 《物理化学进展》 2024年第2期200-209,共10页
本文采用溶胶凝胶法水热法相结合的方法制备TiO2纳米管(TiNTs)为载体MnOx-CeO2为活性组分的MnOx-CeO2/TiNTs催化剂(记作MnCe/TiNTs)用于NH3-SCR反应。结果表明,水热温度为150℃、水热时间为24 h是MnCe/TiNTs催化剂水热阶段的最佳工况。M... 本文采用溶胶凝胶法水热法相结合的方法制备TiO2纳米管(TiNTs)为载体MnOx-CeO2为活性组分的MnOx-CeO2/TiNTs催化剂(记作MnCe/TiNTs)用于NH3-SCR反应。结果表明,水热温度为150℃、水热时间为24 h是MnCe/TiNTs催化剂水热阶段的最佳工况。MnCe/TiNTs催化剂具有优异的低温活性和较宽的温度窗口,在150~350℃范围内NO脱除效率达95%以上。一方面,归因于TiNTs的大比表面积能促进催化剂活性组分在其内外壁面高度分散,提高催化剂氧化还原能力;另一方面,TiNTs的量子尺寸效应能使催化剂活性组分中更多原子由晶相内部暴露于表面,增加催化剂表面活性位点;此外,TiNTs的毛细作用能使反应物分子进入其管道内部,增强催化剂对反应物的捕获能力,促进NH3-SCR反应。 展开更多
关键词 TiO2纳米管 锰铈复合催化剂 低温脱硝 抗硫中毒
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AuAg合金纳米催化剂的制备及应用研究进展
5
作者 张贤明 巩辰阳 +1 位作者 王玮璐 余苗 《重庆工商大学学报（自然科学版）》 2024年第6期1-12,共12页
目的纳米Au催化剂一直是多相催化领域的典型研究材料之一,其具有特殊的电子、结构性质及对诸多氧化、还原反应历程的高催化性能。但是纳米Au催化剂存在尺寸依赖性强,对O_(2)等基础物质活化能力弱等问题。Ag与Au形成合金材料则是解决上... 目的纳米Au催化剂一直是多相催化领域的典型研究材料之一,其具有特殊的电子、结构性质及对诸多氧化、还原反应历程的高催化性能。但是纳米Au催化剂存在尺寸依赖性强,对O_(2)等基础物质活化能力弱等问题。Ag与Au形成合金材料则是解决上述问题的重要途径之一。已有研究中采用多种不同的AuAg催化剂制备方法,并且其在不同催化应用中涉及多种催化机理,但未有研究将其制备过程以及协同催化机理进行对比总结。因此,针对AuAg合金催化剂,综述了其常见的制备方法和预处理条件及其在CO氧化等氧化反应、不饱和醛加氢等加氢反应中的应用以及催化反应机制,并提出了未来可能的发展方向。方法通过对AuAg催化剂的研究和应用进行综述,分析了不同制备方法的特点及预处理条件对AuAg催化剂结构的影响以及AuAg催化剂在不同反应中的催化机理。结果在该合金材料的制备和预处理方面,对比了不同制备方法及其对该合金颗粒在载体表面负载状况的影响机制,也深入探讨了预处理条件对AuAg纳米粒子的尺寸及合金化程度的调控作用。在催化应用上,Ag的加入能够改善纳米Au的抗烧结能力,二者间的电子效应也可提升材料对O_(2)等基础物质活化能力,并降低Au颗粒尺寸变化对催化反应结果的影响,最终高效催化CO氧化、醇氧化、不饱和醛加氢、炔烃加氢以及硝基芳香化合物还原等反应历程。结论目前有多种制备AuAg合金纳米催化剂的方法,而其结构的可控及稳定的合成仍是未来的研究重点。同时,AuAg催化剂在不同反应中催化机理的探索对AuAg催化剂的定向设计尤为重要,应进行更深入的研究,以更快实现工业应用。 展开更多
关键词 合金纳米催化剂 AuAg催化剂 催化剂制备 氧化反应 加氢还原反应
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Fe促进的Pt@CeO_(2)催化剂用于CO_(2)加氢制C_(1)产品 被引量：1
6
作者 王子健 李雨鸥 +3 位作者 张玲玲 汪啸 宋术岩 张洪杰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期62-67,共6页
在Pt@CeO_(2)核壳纳米球表面引入过渡金属助剂,探究了不同过渡金属的引入对其CO_(2)加氢性能的影响.研究结果表明,Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳,液体C_(1)产率达到6.34×10^(-2) mmol·g^(-1)_(cat.)·h^(-1).透... 在Pt@CeO_(2)核壳纳米球表面引入过渡金属助剂,探究了不同过渡金属的引入对其CO_(2)加氢性能的影响.研究结果表明,Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳,液体C_(1)产率达到6.34×10^(-2) mmol·g^(-1)_(cat.)·h^(-1).透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附实验、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)和H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)等表征结果表明,Fe物种在Pt@CeO_(2)表面均匀分散,且Fe的存在降低了Pt物种的电荷密度,产生了更多的Pt^(2+)物种,提高了产物中甲醇的选择性.此外,Fe的存在还促进了更多氧空位(O_(v))的形成,进而促进了对CO_(2)的吸附及后续的加氢反应,提高了催化活性. 展开更多
关键词 CO_(2)加氢 C_(1)产品 核壳纳米球 fe助剂
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Fe基催化剂的酸性调控及其对加氢脱硫反应路径选择性的影响 被引量：1
7
作者 李国省 李昆鸿 +6 位作者 李晓涵 尹馨蕊 邵嘉欣 郭荣 任申勇 郭巧霞 申宝剑 《燃料化学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期234-248,共15页
以Fe作为主活性金属、Zn作为助活性金属,制备了Y型分子筛改性的Fe基加氢脱硫(HDS)催化剂。采用低温氮气物理吸附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(... 以Fe作为主活性金属、Zn作为助活性金属,制备了Y型分子筛改性的Fe基加氢脱硫(HDS)催化剂。采用低温氮气物理吸附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和吡啶红外(Py-IR)等表征方法对改性前后Fe基催化剂的形貌、孔结构、分散性、还原性、电子缺陷结构以及酸性等变化进行了研究,并使用固定床反应器对Fe基催化剂的HDS性能进行了评价。结果表明,Y型分子筛的引入提供了Bronsted(B)酸中心,使得Fe基催化剂的脱硫率提高了10.7%-34.1%。同时,B酸中心提高了催化剂的直接脱硫(DDS)反应路径的选择性。此外,B酸中心在促进DDS反应路径选择性增加的同时,抑制了预加氢脱硫(HYD)反应路径中四氢二苯并噻吩(THDBT)和六氢二苯并噻吩(HHDBT)更进一步的深度加氢,从而在保证脱硫率提升的同时又降低了氢耗。其根本原因可能是Y型分子筛的引入增强了催化剂的酸性,特别是B酸中心和活性金属之间的相互作用促进了电子转移,从而调节了Fe物种的电子缺陷结构,进而提升了催化剂的HDS性能。 展开更多
关键词 fe基催化剂 酸性 Y型分子筛 电子缺陷结构 加氢脱硫 二苯并噻吩
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Fe基CO_(2)加氢制C_(2+)醇催化剂研究进展
8
作者 陈永杰 邢小芳 +1 位作者 王阳 吴明铂 《燃料化学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1580-1593,共14页
Fe基催化剂因价格低廉、结构易于调控、热稳定性优良以及兼具CO_(2)分子C-O键活化和C-C键偶联活性位点等优势,成为热催化CO_(2)加氢制高值化学品C_(2+)醇的理想选择。本工作围绕Fe基催化剂制备、改性和结构-性能关系等,介绍了CO_(2)加氢... Fe基催化剂因价格低廉、结构易于调控、热稳定性优良以及兼具CO_(2)分子C-O键活化和C-C键偶联活性位点等优势,成为热催化CO_(2)加氢制高值化学品C_(2+)醇的理想选择。本工作围绕Fe基催化剂制备、改性和结构-性能关系等,介绍了CO_(2)加氢制C_(2+)醇领域的最新研究进展,讨论了影响Fe基催化剂CO_(2)加氢反应性能的关键因素,即活性位点电子结构特性影响关键反应中间体的吸附行为,进而影响催化反应网络。阐述了金属-载体间电子相互作用和第二元素掺杂改性两大最常用策略调控Fe基催化剂电子结构特性的有效性,讨论了双组分级联催化和CO/CO_(2)共进气两种反应过程强化策略。本工作也展望了该研究领域面临的机遇和挑战,以期推动热催化CO_(2)加氢制C_(2+)醇Fe基催化剂的工程化应用。 展开更多
关键词 CO_(2)加氢 C_(2+)醇 fe基催化剂 电子结构调控
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纳米催化剂催化臭氧化应用进展
9
作者 张妙雨 李再兴 +4 位作者 尹思婕 刘文佳 剧盼盼 孔兴华 刘艳芳 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期218-221,227,共5页
综述了类均相纳米催化剂在催化臭氧化中的应用现状,探讨了催化臭氧化的技术机理。生产中存在诸多类型的催化剂,纳米催化剂因其比表面积大、活性位点多、催化效率高得到了广泛关注和应用。从金属、金属氧化物纳米催化剂、钙钛矿纳米催化... 综述了类均相纳米催化剂在催化臭氧化中的应用现状,探讨了催化臭氧化的技术机理。生产中存在诸多类型的催化剂,纳米催化剂因其比表面积大、活性位点多、催化效率高得到了广泛关注和应用。从金属、金属氧化物纳米催化剂、钙钛矿纳米催化剂、碳基纳米催化剂不同材料角度进行归纳,对关于纳米催化剂应用于催化臭氧化中的处理效果予以介绍。指出了纳米催化剂的主要缺点和相应对策,并对未来发展方向进行了展望。以期为纳米催化剂催化臭氧化在实际工程的应用提供参考。 展开更多
关键词 纳米催化剂 催化臭氧化 催化剂
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蛭石基FeCeO_(x)催化剂及CO选择性催化还原NO
10
作者 高飞 刘志松 +4 位作者 潘珂珂 刘敏敏 代斌 但建明 于锋 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1851-1862,共12页
以CO为还原剂去除NO的选择性催化还原(CO-SCR)技术受到了广泛关注。本文以天然矿物蛭石为载体,采用共沉淀辅助浸渍法(CP-IM)制备了蛭石负载的铁铈双金属氧化物(FeCe/VMT)用于CO-SCR脱硝反应。表征结果显示,相比传统的浸渍法(IM),共沉淀... 以CO为还原剂去除NO的选择性催化还原(CO-SCR)技术受到了广泛关注。本文以天然矿物蛭石为载体,采用共沉淀辅助浸渍法(CP-IM)制备了蛭石负载的铁铈双金属氧化物(FeCe/VMT)用于CO-SCR脱硝反应。表征结果显示,相比传统的浸渍法(IM),共沉淀辅助浸渍制备的FeCe/VMT催化剂具有更大的比表面积(106.9m^(2)/g)和更多氧空位,可以提供更多的活性位点。共沉淀过程形成更多Fe^(3+),并促进了FeCe间的协同作用,有利于提高CO-SCR的催化活性和稳定性。性能测试表明,在300℃和50000h^(−1)的空速下,NO转化率可达100%,48h后NO转化率几乎无衰减。当温度降至250℃时,NO的转化率依然可以达到97%。同时,利用原位红外光谱和密度泛函理论计算技术,揭示了相应的催化反应机理,为制备大比表面积的负载型催化剂提供了一种方法。 展开更多
关键词 催化剂 一氧化碳 选择催化还原 纳米材料 多相反应
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基于非晶态Fe/Al_(2)O_(3)催化剂的乙烷催化裂解高效制备碳纳米管 被引量：2
11
作者 张扬 王韬翔 +6 位作者 刘贝 臧金龙 邢毅成 韩海波 雷杰 李康 王有和 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期750-759,共10页
通过共沉淀法和浸渍法分别制备了非晶态和晶态的Fe/Al_(2)O_(3)催化剂。采用X射线衍射、N_(2)吸附-脱附、H_(2)程序升温还原、扫描电镜-元素分布扫描等分析方法对催化剂样品进行表征,并通过固定床反应器评价了各催化剂上乙烷催化裂解合... 通过共沉淀法和浸渍法分别制备了非晶态和晶态的Fe/Al_(2)O_(3)催化剂。采用X射线衍射、N_(2)吸附-脱附、H_(2)程序升温还原、扫描电镜-元素分布扫描等分析方法对催化剂样品进行表征,并通过固定床反应器评价了各催化剂上乙烷催化裂解合成碳纳米管(CNT)的反应性能。结果表明:非晶态催化剂具有更大的比表面积和更多的活性位点;在反应温度为700℃、催化剂装载量为1.5 g、乙烷进气量为90 mL/min的反应条件下,Fe/Al摩尔比为1/2的非晶态催化剂的碳纳米管产率可达27.7 g CNT/g CAT;非晶态催化剂合成的碳纳米管纯度高,管径集中分布在14~22 nm,石墨化程度高;相比于晶态催化剂,非晶态催化剂的无定形结构促进了活性组分的均匀分散,可在更大范围内调节金属原子组成,拥有更多的活性中心,具有更高的反应活性和碳纳米管产率。 展开更多
关键词 碳纳米管 非晶态催化剂 乙烷 催化裂解 烃资源
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微波诱导高分散Pd/FeP催化剂构筑及其电催化性能研究
12
作者 李昂 赵振宇 +1 位作者 李洪 高鑫 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1594-1606,共13页
微波技术作为一种新型过程强化手段,已被广泛应用于材料制备过程。利用微波对吸波型载体的选择性加热,使其产生局部高温诱导催化剂颗粒的沉积,有望构筑高分散钯(Pd)催化剂结构,而这一特殊结构对提高催化剂电催化氧化甲酸活性、提升甲酸... 微波技术作为一种新型过程强化手段,已被广泛应用于材料制备过程。利用微波对吸波型载体的选择性加热,使其产生局部高温诱导催化剂颗粒的沉积,有望构筑高分散钯(Pd)催化剂结构,而这一特殊结构对提高催化剂电催化氧化甲酸活性、提升甲酸燃料电池的性能至关重要。为探究微波诱导高分散钯催化剂便捷制备的可行性,本文首先通过水热法制备了强吸波的空心海胆状磷化铁(FeP)作为催化剂载体,而后分别在常规加热与微波加热条件下通过乙二醇还原法在FeP表面沉积Pd。使用XRD、TEM、SEM技术表征Pd/FeP产品的形貌和微观结构,探究微波加热对催化剂表面金属钯颗粒分散的影响作用。使用循环伏安法和线性伏安法评价所制备催化剂的催化活性,通过探讨催化剂结构与其电催化活性的构效关系,揭示微波合成对Pd/FeP催化剂性能的强化作用机制。研究结果表明,空心海胆状的FeP颗粒具有较强的微波吸收能力,因而在受到微波辐射时,其表面形成的局部过热诱导Pd的原位沉积,使得微波水热法制备的Pd催化剂具有良好的分散特性,然而溶剂主体温度的过高会增加Pd之间的团聚。相对于常规手段合成的催化剂,利用微波水热法在120°C下制备的催化剂电化学活性面积提升了约3.5倍,对甲酸电催化氧化活性提升了约54倍。 展开更多
关键词 微波合成 纳米结构 电化学 催化剂 粒度分布
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生物碳基纳米钯铜催化剂的优化制备及脱硝研究
13
作者 莫晓馨 张立浩 +3 位作者 吴雨晴 董翼 朱宗强 朱义年 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2460-2472,共13页
针对目前高效处理水体硝酸盐污染的技术瓶颈,以毛竹生物碳为载体基材,通过湿化学-浸渍还原的手段制备生物碳基纳米钯铜双金属催化剂(Nano-PdCu-BC),并以其为粒子电极,协同传统的二维电化学反应器,搭建三维粒子电催化反应体系去除水体中... 针对目前高效处理水体硝酸盐污染的技术瓶颈,以毛竹生物碳为载体基材,通过湿化学-浸渍还原的手段制备生物碳基纳米钯铜双金属催化剂(Nano-PdCu-BC),并以其为粒子电极,协同传统的二维电化学反应器,搭建三维粒子电催化反应体系去除水体中的硝酸盐污染物.探究了催化剂制备的前驱液浓度、初始硝酸盐氮浓度、电流强度、催化剂投加量和初始pH值对电催化还原NO_(3)-N的影响.结果显示,通过浸渍还原的方法可以将钯铜双金属成功负载在毛竹生物碳载体上,获得纳米钯铜双金属催化剂.在前驱液为0.60g/LPdCl_(2)和0.15g/LCuCl_(2)的溶液组合,初始硝酸盐氮(NO_(3)-N)浓度为100mg/L、电流强度为220mA、初始pH值为7,催化剂投加量为0.80g/L的条件下,反应180min后硝酸盐氮去除率可达99.68%,N_(2)选择性约为44.25%;Nano-PdCu-BC电催化还原NO_(3)-N的反应符合一级反应动力学,反应动力学常数k值为0.034/min;经3次循环使用后,NO_(3)-N去除率仍维持在95%以上,N_(2)选择性保持在40%以上;揭示了纳米钯铜双金属催化剂电催化还原硝酸盐的机理,纳米零价Cu位点吸附NO_(3)-N后被氧化为CuO,提供电子促进NO_(3)-N还原为NO_(2)-N,协同纳米零价Pd,通过为吸附激活原子氢H*间接还原NO_(3)-N,达到将NO_(3)-N还原为NH_4和N_(2)的目的. 展开更多
关键词 毛竹生物碳 硝酸盐 纳米钯铜催化剂 电催化还原 原子氢自由基
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合金纳米颗粒原子级分散制备的双位点催化剂中单点Ag1对Pd1在炔烃双烷氧羰基化反应中的促进作用
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作者 李星局 李峥 +8 位作者 冯四全 宋宪根 严丽 母佳利 袁乔 宁丽丽 陈维苗 韩仲康 丁云杰 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期282-292,共11页
炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意... 炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意义.然而,目前广泛应用的均相Pd基催化体系存在催化剂分离困难、金属流失以及需要添加有机膦配体或各种磺酸助剂等问题,这不仅增加了制备成本,还可能引入不必要的杂质.此外,尽管纳米催化剂在催化领域有着广泛的应用,但大多数纳米催化剂在炔烃双烷氧基羰基化反应中仍表现出反应活性低和稳定性差的问题,这限制了其在工业生产中的应用.相比之下,多相单金属点催化剂因其100%的原子利用率和较好的催化活性而备受关注.然而,由于多相单金属点催化剂具有相对简单的结构和配位环境,其应用仍受到一定的限制.为了克服这一难题,合成具有不同金属的双位点催化剂成为了一个研究热点.双位点催化剂有望进一步释放单金属位点催化剂的潜力,提高反应活性和稳定性.然而,尽管双位点催化剂具有巨大的应用前景,但目前仍面临着制备方法的挑战.如何设计并实用可行地制备出具有高效催化性能的双位点催化剂,是当前科研领域亟待解决的问题.本文提出一种由CO/CH3I混合物诱导分散Pd-Ag合金纳米颗粒的处理方法,用于制备Pd1-Ag1/AC双位点催化剂.利用X射线衍射、X射线光电子能谱和高角环形暗场扫描透射电子显微镜等方法对分散过程进行表征.结果表明,在分散过程中,CO和CH3I与金属发生协同作用,通过配位生成一种独特的双核络合物(PdI2(CO)-I2-AgI)结构.这种络合物结构逐一从合金纳米颗粒上剥落,直至完成原子级的分散.乙炔双烷氧羰基化反应结果表明,与单金属Pd1/AC相比,在相同反应条件下,双位点Pd1-Ag1/AC催化剂上的乙炔转化率提高了2倍.同时,在保持丁烯二酸二酯选择性为98%的情况下,该催化剂循环使用10次后催化剂性能未见明显变化.炔烃底物拓展结果表明,Pd1-Ag1/AC的协同作用不仅可以提高催化活性,而且在高位阻存在的情况下可以提高产物的立体选择性,这表明双位点协同促进作用对炔烃双羰基化反应具有良好的普适性.微分吸附量热表征结果证明了通过碘配体桥连的Pd1和Ag1单金属点之间的协同效应可以增强催化剂对乙炔的吸附能力.此外,结合拓展边X射线精细结构等实验结果,对催化剂的结构变化和反应机理进行了进一步的探究.第一性原理计算得到的反应能垒和过渡态结果表明,乙炔吸附是反应的速率决定步骤.与Pd1/AC相比,Pd1-Ag1/AC催化剂在反应决速步上表现出了更低的活化能,这从热力学和动力学两个层面解释了其具有更好催化性能的原因.Bader电荷分析和投影态密度计算的结果表明,由于Ag1位点的引入,使Pd1-Ag1/AC催化剂的电荷转移能力和吸附能力均得到增强.相较于Pd1/AC,Pd1-Ag1/AC具有更低的形成能,表明Ag1位点不仅可以提升催化活性,也可以增强双位点结构的稳定性.因此,在催化反应中,Ag1位点的存在起到了重要的促进作用,使得Pd1-Ag1/AC催化剂表现出更优异的性能.综上,本文制备的双位点Pd1-Ag1/AC催化剂在乙炔双烷氧羰基化反应中表现出较好的催化活性和稳定性,证明了双位点协同效应的重要性,为高效催化剂的设计和应用提供了新的思路. 展开更多
关键词 协同促进作用 双位点催化剂 原子级分散 合金纳米颗粒 炔烃双烷氧羰基化 稳定性
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晶相设计钌基纳米催化剂提高CO_(2)甲烷化活性
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作者 杨冲亚 王玮珏 +4 位作者 卓红英 沈铮 张天雨 杨小峰 黄延强 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期226-236,共11页
金属纳米颗粒在许多化学反应中表现出优异的催化性能,因而广泛用于能源和环境等催化领域.形貌是影响其催化行为的关键因素之一,它通过改变金属纳米颗粒表层原子排列结构,进而调控化学反应过程中的物质吸附、催化机理和反应动力学.此外,... 金属纳米颗粒在许多化学反应中表现出优异的催化性能,因而广泛用于能源和环境等催化领域.形貌是影响其催化行为的关键因素之一,它通过改变金属纳米颗粒表层原子排列结构,进而调控化学反应过程中的物质吸附、催化机理和反应动力学.此外,由于金属存在多种晶相结构,其纳米颗粒暴露的表面结构也可通过改变晶相得以实现.该调控策略可使得纳米颗粒具有独特的表面结构,并展现出不同的催化性能.因此,金属纳米颗粒的晶相设计为优化金属催化剂的催化性能提供了一种有效方式.Ru基纳米催化剂对CO_(2)甲烷化反应具有较好的活性和选择性,且密堆积的Ru(0001)晶面被证明是hcp相Ru纳米催化剂的活性中心,而(10-11)面对CO_(2)甲烷化反应的贡献较小.因此,开发具有更丰富密堆积fcc-(111)表面的Ru基纳米催化剂,有望大幅提高CO_(2)甲烷化的活性.本文首先通过密度泛函理论计算和微观动力学模拟,研究了fcc相Ru纳米催化剂的密堆积(111)晶面上CO_(2)加氢反应的催化机理.结果表明,与hcp-(0001)相比,该密堆积的fcc-(111)表面因能促进CO_(2)的吸附活化,而具有更好的CO_(2)甲烷化反应活性.制备了具有完全暴露fcc-(111)晶面的二十面体Ru金属纳米颗粒,并将其负载于惰性载体氧化铝上,结果表明,CO_(2)甲烷化活性比传统六方密堆积相(hcp)的钌基催化剂高5‒8倍,证实了fcc相催化剂具有更高的甲烷化催化性能.同时,在较高的反应温度下,fcc-晶相的Ru基催化剂在初始反应阶段甲烷化反应活性逐渐下降,但其CO_(2)甲烷化活性仍远高于hcp-相催化剂.原位X射线衍射和环境透射电镜等结果表明,在反应温度高于250°C条件下,fcc-晶相的金属催化剂发生部分晶相转变.该相变主要发生于Ru金属纳米颗粒的聚集体,并伴随着金属粒子的团聚和粒径的增长;然而,单颗粒分散的Ru纳米粒子在相同条件下仍能维持其fcc-晶相,从而确保了其较高的甲烷化活性.此外,原位红外结果进一步证实了CO_(2)甲烷化在Ru基纳米催化剂上通过氢化生成HCOO*中间体的反应路径,以及Ru纳米颗粒在反应过程中的动态结构演化.综上,金属纳米颗粒的晶相设计是调控表面原子结构及其催化反应性能的有效手段.通过对Ru基纳米催化剂的晶相设计,可以显著提升其在CO_(2)甲烷化反应中的催化活性.然而,潜在的高温晶相转变可导致催化剂活性的部分失活.总之,晶相设计通过对金属纳米粒子表面原子结构的调变,为高效催化剂的设计开发和反应机理的深入研究提供了新的机遇. 展开更多
关键词 晶相设计 面心立方相 钌纳米催化剂 二氧化碳甲烷化 相变
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铂纳米团簇催化剂的制备及产氢性能研究
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作者 李鲁冰 张蕾 +2 位作者 卫莉婷 苏进展 郭烈锦 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期19-24,32,共7页
电催化产氢技术对于推动清洁能源的发展至关重要。基于强金属-载体相互作用,利用铁单原子锚定效应制备负载于多孔碳氮材料的超细铂纳米团簇材料Pt@Fe-N-C,并对材料进行结构表征以及电催化测试。结果表明:Pt@Fe-N-C继承了ZIF-8的正十二... 电催化产氢技术对于推动清洁能源的发展至关重要。基于强金属-载体相互作用,利用铁单原子锚定效应制备负载于多孔碳氮材料的超细铂纳米团簇材料Pt@Fe-N-C,并对材料进行结构表征以及电催化测试。结果表明:Pt@Fe-N-C继承了ZIF-8的正十二面体的多孔结构,且其中的铁单原子通过锚定铂纳米团簇实现铂的良好分散。该材料在0.5 mol/L硫酸溶液中展现出优异的HER(电催化析氢反应)活性和稳定性,过电势η_(10)仅为17 mV,且在3000圈循环退化测试后,η_(10)仅增加4 mV。此外,在20 mV(vs.Ag/AgCl)过电势下,Pt@Fe-N-C的质量活性[12.43 mA/(cm^(2)·μg)]是商业铂碳[2.05 mA/(cm^(2)·μg)]的6.1倍。因此,利用单原子锚定效应分散铂是一种降低贵金属使用量的有效策略,并为今后发展低贵金属电催化材料提供新的思路。 展开更多
关键词 催化剂 强金属-载体相互作用 纳米材料 氢能 可再生能源
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燃煤电厂新型Fe/ZSM-5基CO-SCR催化剂性能
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作者 姚卫强 刘子林 +8 位作者 刘晓刚 步晓波 马少丹 金卫 杨兴隆 王剑雄 刘文韬 林德海 王虹 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期204-209,共6页
在实现碳中和目标的关键时期,燃煤电厂经常面临低负荷运行带来的烟气中CO污染问题,这对CO与NO_(x)协同脱除技术提出了新的挑战。以低温浸渍法制备的Fe/ZSM-5(x)系列催化剂为研究对象,通过改变催化剂中的硅铝比(Si/Al质量比),研究其对CO... 在实现碳中和目标的关键时期,燃煤电厂经常面临低负荷运行带来的烟气中CO污染问题,这对CO与NO_(x)协同脱除技术提出了新的挑战。以低温浸渍法制备的Fe/ZSM-5(x)系列催化剂为研究对象,通过改变催化剂中的硅铝比(Si/Al质量比),研究其对CO选择性催化还原(CO-SCR)活性的影响。所制备的催化剂Fe/ZSM-5(x)(x=25、46、70、81)经过X射线衍射(XRD)、比表面积和孔径分析(BET)、H_(2)温度程序还原(H_(2)-TPR)、NO温度程序脱附(NO-TPD)和NH3温度程序脱附(NH3-TPD)等多种表征手段的分析。研究结果揭示了Fe/ZSM-5(70)因较大的比表面积、出色的氧化还原性能及NO优异吸脱附特性,600℃时NO转化率达76.6%,具有优异的CO-SCR脱硝性能。研究结果对于理解硅铝比对Fe/ZSM-5系列催化剂活性的影响具有重要意义,为提高燃煤电厂在低负荷条件下的污染物脱除效率提供科学依据。 展开更多
关键词 硅铝比 CO 氮氧化物 CO-SCR fe/ZSM-5 催化剂
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Fe/Zn共掺杂聚苯胺空气阴极催化剂的制备及表征
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作者 柴元吉 王涵明 +3 位作者 刘智民 肖龙龙 沈哲曦 于泊蕖 《河北大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期261-268,共8页
为解决微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂耐久性差、氧还原反应(ORR)动力学缓慢和成本高的问题,制备一种Fe、Zn和N共掺杂的多孔碳作为空气阴极催化剂.电化学研究表明:合成的催化剂Fe/Zn-NC-0.9对氧还原反应具有较好的电催化活性,电荷转移... 为解决微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂耐久性差、氧还原反应(ORR)动力学缓慢和成本高的问题,制备一种Fe、Zn和N共掺杂的多孔碳作为空气阴极催化剂.电化学研究表明:合成的催化剂Fe/Zn-NC-0.9对氧还原反应具有较好的电催化活性,电荷转移电阻为5.6Ω、交换电流密度为53.3 mV/dec、最大功率密度达到(1253±20)mW/m^(2).此外,还评价了Fe对氧还原反应性能和最大功率密度的影响:中等掺杂含量的Fe对提高催化活性起着至关重要的作用,而Fe和N共掺杂的协同效应促进了阴极性能. 展开更多
关键词 fe/Zn-NC ORR 空气阴极 微生物燃料电池 催化剂
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基于单原子铁纳米催化剂的纳米催化疗法对 口腔鳞癌细胞Cal27的作用
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作者 谢玉婷 熊屏 《上海口腔医学》 CAS 2024年第2期117-122,共6页
目的:制备单原子铁纳米催化剂(single-atom Fe nanocatalysts,SAF NCs),探讨其体外治疗口腔鳞癌的疗效,为口腔鳞癌治疗提供新策略。方法:用隔离与热解结合方法制备SAF NCs,利用透射电镜和球差电镜观察微观形态,X射线衍射图和元素分布能... 目的:制备单原子铁纳米催化剂(single-atom Fe nanocatalysts,SAF NCs),探讨其体外治疗口腔鳞癌的疗效,为口腔鳞癌治疗提供新策略。方法:用隔离与热解结合方法制备SAF NCs,利用透射电镜和球差电镜观察微观形态,X射线衍射图和元素分布能谱分析其结构和成分,溶液层面采用TMB显色实验和电子自旋共振试验检测催化性能,最后通过CCK-8和流式细胞技术、共聚焦显微镜观察体外处理口腔鳞癌Cal27细胞后的活性变化。采用GraphPad Prism 9软件包对数据进行统计学分析。结果:成功合成和表征SAF NCs,在溶液层面显示出优异的催化特性。细胞实验中,SAF NCs显示出良好的生物相容性,在模拟肿瘤微环境特性的条件下,进行体外催化治疗,Cal27细胞活性低至32.08%。结论:初步实验证明,SAF NCs具有良好的生物催化性能,在体外可有效抑制口腔鳞癌细胞增殖,为口腔鳞癌治疗提供了新策略。 展开更多
关键词 口腔鳞癌 纳米催化 单原子纳米催化剂 Cal 27
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金属纳米晶体电催化剂的电化学合成:原理、应用与挑战
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作者 赵路甜 郭杨格 +3 位作者 罗柳轩 闫晓晖 沈水云 章俊良 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-6,共6页
金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶... 金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶体的生成和生长过程。这限制了能够合成的金属基催化剂的种类,并导致清洗复杂和有机物残留的问题。电化学方法通过电化学响应获取体系过程信息,并可以通过调控参数来调节晶体的生长。特别是非水体系的电化学方法为活泼的过渡金属催化剂提供了可行的途径。然而,电化学方法自身对体系变化的敏感性使得从小面积电极制备催化剂扩展到电极级别的催化层制备面临挑战。这涉及许多机理和方法上的变化,对相关研究提出了较大的挑战。本文基于晶体生长机理,探讨了电化学制备金属晶体的可行性,并综述了电化学沉积制备纳米级金属电催化剂的研究。最后,对电化学制备纳米级金属晶体催化剂面临的挑战进行了分析,并提出了实现更广泛应用的建议。通过电化学方法制备金属纳米晶体催化剂在提高制备的可控性、减少有机物残留等方面具有潜在的优势,但也需要克服相关技术和方法上的难题,以实现其在能源转化等领域的应用。 展开更多
关键词 电化学能量转化反应 纳米金属电催化剂 高催化性能 电化学合成 晶体生长机理
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