徐鹏
,
吴志星
,
邓积光
,
刘雨溪
,
谢少华
,
郭广生
,
戴洪兴
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62567-6
甲烷作为一种清洁廉价的碳氢能源,广泛应用于运输业和其它工业领域.但是其本身是一种比二氧化碳导致全球变暖效应更强的温室气体,而且甲烷直接燃烧会产生其它污染物,比如一氧化碳、氮氧化物、未充分燃烧的碳氢化合物等.因此有必要开展有关甲烷催化燃烧的研究工作,以大幅度降低起燃温度,提高燃烧效率,有效地减少污染副产物的产生.由于具有较好的低温催化活性,Pd基催化剂常用于甲烷的催化燃烧.但是Pd基催化剂也存在一些亟需解决的问题,比如在催化燃烧过程中活性相结构不稳定.PdO通常被认为是碳氢化合物催化氧化中的活性相,但是在高温下PdO分解为Pd,导致催化活性下降.PdO遇到含水或硫的化合物时会生成惰性的Pd(OH)2或稳定的硫化物,造成活性物种的流失,从而降低催化剂的性能.如果在材料中添加另一种贵金属Pt,使之与Pd一起形成贵金属合金,则可提高其低温催化燃烧的活性,增加Pd基催化剂的热稳定性以及抗水和抗硫能力.另一方面,过渡金属氧化物价格便宜,热稳定性以及抗硫性较好,也常作为甲烷燃烧的催化剂.其中三氧化二锰由于具有可变的氧化态以及较好的储氧能力受到了广泛关注.本课题组采用KIT-6作为硬模板,先合成具有有序介孔结构的Mn2O3(meso-Mn2O3)纳米催化剂,然后通过聚乙烯醇(PVA)保护的液相共还原法分别制备meso-Mn2O3担载Pd,Pt及PdPt合金的纳米催化剂(x(PdyPt)/meso-Mn2O3;x=(0.10-1.50)wt%;Pd/Pt摩尔比(y)=4.9-5.1).XRD结果表明,合成的meso-Mn2O3具有立方相晶体结构.其BET比表面积为106 m2/g.由TEM照片可观察到粒径范围为2.1?2.8 nm的贵金属纳米颗粒均匀分散在meso-Mn2O3表面.通过XPS分析可知,结合能在529.6和531.2 eV的峰可分别归属于晶格氧(Olat)和表面吸附氧(Oads).Pd0和Pd2+以及Pt0和Pt2+也均可通过曲线拟合后进行分峰确定.XPS定量分析结果表明,样品的Oads/Olat摩尔比有如下顺序:1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3(0.77)>1.40Pd/meso-Mn2O3(0.69)>0.72(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3(0.65)>1.42Pt/meso-Mn2O3(0.63)>0.07(Pd4.9Pt)/meso-Mn2O3(0.53)>0.07(Pd4.9Pt)/bulk-Mn2O3(0.52)>meso-Mn2O3(0.45),这与其催化活性的顺序一相致.该结果表明,高的吸附氧物种浓度有利于甲烷催化燃烧.负载Pd,Pt或PdPt以后的样品的表面吸附氧物种浓度显著提高,催化活性最好的1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3样品具有最高的吸附氧物种浓度.负载PdPt合金可有效提高催化剂对甲烷燃烧的催化活性.1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3催化剂的活性最好:在空速为20000 mL/(g.h)的条件下,甲烷燃烧的T10%,T50%和T90%分别为265,345和425oC.此外,还考察了引入一定量的SO2,CO2,H2O和NO对甲烷在1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3催化剂上氧化反应的影响,发现引入少量的Pt可提高催化剂抗SO2,CO2和H2O的能力,但是NO对甲烷燃烧的还原效应也不可忽视.基于催化剂物化性质的表征结果和活性数据,我们认为1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3优异的催化性能与其拥有高质量的三维有序多孔结构、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性以及Pd-Pt合金与meso-Mn2O3载体之间的强相互作用有关.
关键词:
有序介孔三氧化二锰
,
PdPt合金纳米颗粒
,
负载贵金属催化剂
,
金属-载体强相互作用
,
甲烷燃烧
郭广生
,
李铎
,
王志华
,
顾福博
,
郭洪猷
稀有金属材料与工程
以单模100 W CW CO2激光器为光源,碳酸铈为靶材,采用激光蒸凝法制备出了氧化铈纳米粒子.并用X射线衍射,电子衍射,透射电镜等技术对纳米粒子的性能进行了表征,同时对纳米粒子的形成机理进行了初步的探讨.结果表明,激光功率密度、反应压力、载气种类及流量等工艺参数对产品的粒度等性能均有影响,在惰性气氛下得到产物氧化铈的粒径比较大,为50 nm～80 nm,在还原性气氛下得到产物仍然是立方晶系的氧化铈,粒径较小大约10 nm～20 nm.
关键词:
氧化铈
,
纳米粒子
,
激光化学
郭广生
,
李强
,
王志华
,
杨福明
,
郭洪猷
无机材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2002.02.007
以150W CW CO2激光器为光源,Cu(Ac)2@H2O为靶材,采用激光蒸凝法制备出了氧化铜纳米粒子.初步研究了反应参数对纳米粒子性能的影响,并用X射线衍射、电子衍射、透射电镜等技术对纳米粒子的性能进行了表征,同时对纳米粒子的形成机理进行了初步的探讨.实验结果表明,激光功率密度、反应压力、载气种类及流量等工艺参数对产品的粒度、晶型等性能均有影响.在惰性气氛下,产物主要是Cu和Cu2O,粒径为10～30nm;在氧气气氛下,产物主要是Cu、Cu2O和CuO的混合物,粒径为10～50nm.
关键词:
氧化铜
,
纳米粒子
,
激光化学
郭广生
,
李强
,
任雯
材料导报
根据铁系纳米材料化学组成的特点，对铁系纳米材料进行了分类。较为详细地综述了金属铁及其合金纳米材料、铁系化合物纳米材料以及铁系复合纳米材料的制备、性质和应用几个方面的最新研究进展，并指出了铁系纳米材料良好的应用前景。
关键词:
铁
,
纳米材料
,
综述
唐芳琼
,
侯莉萍
,
郭广生
无机材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2001.04.006
以钛酸四丁酯为原料,采用控制金属醇盐水解和表面修饰保护方法研制单分散、粒径可控的纳米级二氧化钛(TiO2)粒子.研究了反应物浓度、pH、反应时间、溶剂等反应条件对粒子粒径及分布的影响.采用透射电镜,红外光谱等技术对粒子的性能进行分析,结果表明,TiO2水合粒子呈非晶态,分散性好,粒径在50～300nm之间随反应条件的不同而变化,经700℃热处理后主要为金红石型TiO2.
关键词:
单分散
,
纳米粒子
,
二氧化钛
,
水解
,
钛酸四丁酯
