王帅
,
刘海超
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60094-2
分别采用均匀共沉淀法、沉积-沉淀法和传统的共沉淀法制备了3种具有相似组成的Cu-ZnO-Al2O3催化剂(CZA-HP, CAZ-DP和CZA-CP)；同时还采用均匀共沉淀法制备了Cu-ZnO催化剂(CZ-HP)以用于比较. X射线衍射表征结果表明,以上方法制备的Cu-Zn-Al碱式碳酸盐前体中Cu2+, Zn2+和Al3+的混合均匀程度的顺序为CZA-DP90%). Cu-ZnO-Al2O3催化剂表面单位Cu原子的本征活性顺序为CZA-DP < CZA-CP < CZ-HP < CZA-HP,与它们的氧化还原能力相一致.此外, Al2O3的添加还显著地抑制了Cu粒子在反应过程中的聚集,提高了催化剂的稳定性.经6次循环使用后, CZ-HP中Cu粒子的粒径从13.2增至45.2 nm,活性相应下降了45%；而CZA-HP中Cu粒子的粒径从8.3增至19.0 nm,活性仅下降了10%.
关键词:
甘油
,
选择性氢解
,
丙二醇
,
铜
,
氧化锌
,
氧化铝
,
碱式碳酸盐前体
,
构效关系
,
催化剂稳定性
Xiaoli WANG
,
Lucun GUO
材料科学技术（英）
The relationship between processing route and suspension stability in ZrO2-H2O-PANH4 system was investigated through rheology study. The work showed that two suspensions with identical PANH4 concentration and final solution condition but prepared by different routes differed greatly in stability. This behavior is attributed to their different distribution state of PANH4 on ZrO2 surface that is determined by the adsorption affinity depending on pH condition in solution. High affinity at pH 5.0 induces a nonuniform distribution of soluble PAA－ (polyacrylicacid) on particle surface, which can flocculate the suspension strongly, while low affinity at pH 9.0 induces an uniform distribution of polymer so that the higher stabilization can be achieved. A simple mathematical model was used to account for the observed results.
关键词:
Zirconia
,
制备途径
,
稳定性
,
流变性
张梦晓
,
李璀灿
,
华伟明
,
乐英红
,
高滋
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60167-4
采用全氟磺酸-全氟乙烯共聚物的液相沉积方法制备了全氟磺酸功能化碳纳米管催化剂，利用N2吸附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱以及酸碱滴定等方法对材料的结构和酸性进行了表征，考察了温度和溶剂对催化剂稳定性的影响.结果表明，催化剂在极性和非极性溶液中均十分稳定，并且具有良好的热稳定性，使用温度可达300°C.该催化剂在对苯二酚与叔丁醇的烷基化反应中表现出优异的催化性能，其催化活性与稳定性均高于聚苯乙烯磺酸功能化的碳纳米管催化剂.
关键词:
碳纳米管
,
全氟磺酸
,
酸性
,
稳定性
,
对苯二酚
,
叔丁醇
,
烷基化反应
潘金艳
,
袁占生
,
卫雅芬
,
刘卫华
材料科学与工艺
导电电极决定碳纳米管（CNT）阴极的接触方式和导电特性,影响阴极场发射特性和使用寿命.为改善膜层与基底的附着特性,磁控溅射制作亲碳性Ni电极.微观表征发现Ni基CNT阴极中生成了碳化镍相,这增加了CNT与电极间形成欧姆接触概率,降低甚至消除了从电极到CNT的电子传输势垒,能有效提高阴极导电性.场发射特性测试结果显示Ni基,尤其是ITO/Ni基CNT阴极的场发射电流密度和场发射均匀性显著提高,并能够激发均匀的高亮度.
关键词:
碳纳米管(CNT)
,
场发射
,
均匀性
,
稳定性
陈晓琪
,
邓德会
,
潘秀莲
,
包信和
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60882-8
由于石油资源的逐步枯竭,近年来费托(F-T)反应因其可以高效将煤、天然气和生物质等转化成液体燃料和高值化学品而越来越受到人们的关注。相比于Co, Ni和Ru等F-T催化剂, Fe基催化剂因其价格低廉,产物分布广而被广泛研究。以合成气直接制备低碳烯烃的F-T过程为例,铁基催化剂通常会因积碳和烧结的问题,而导致失活。因此,人们通常使用一些氧化物载体,比如氧化硅,氧化铝或者分子筛来分散并稳定铁粒子。但是这类氧化物载体通常与铁有非常强的相互作用,特别是在铁粒子较小的情况下,容易生成一些难于还原的硅酸铁和铝酸铁。而活性炭、碳纤维等惰性载体与铁的相互作用较弱,不足以稳定小的铁粒子在而反应过程中聚集。近来,我们组提出了利用石墨烯碳层封装过渡金属粒子作为催化剂,利用“穿透”的金属电子来催化反应,从而可以使活性中心和反应介质隔离,有效地增强了非贵金属催化剂的活性和稳定性。在此基础上,我们组和其他课题组的研究表明,一系列石墨烯碳层封装的非贵金属催化剂在燃料电池阴极氧还原反应,电催化析氢反应,染料敏化太阳能电池中的I3–还原反应以及催化氧化还原反应中都有着广泛的应用前景。这种材料中碳层不仅能在氧化气氛、酸性介质中保护包覆的金属,防止其被氧化或者腐蚀,还与包覆的金属有着较强的相互作用,可以促进非贵金属的电子向碳层表面的转移,有望在一些苛刻的反应条件下实现对贵金属催化剂的替代。本文进一步拓展了其在高温反应中的应用,发现豆荚状碳纳米管封装的金属铁纳米粒子在合成气制备低碳烯烃中可以有效防止金属铁纳米粒子的烧结和聚集,因此表现出优异的低碳烯烃选择性和催化稳定性。我们利用一步化学反应法合成了豆荚状碳纳米管封装的铁纳米粒子催化剂(Pod-Fe),并通过酸洗除去碳管外面裸露的铁粒子。透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表明酸洗后铁粒子被包覆在碳管内,并且呈金属态,而酸洗前,则还有大量的氧化铁粒子分布于碳管外部(FeOx/Pod-Fe)。将酸洗前后的两个催化剂用于固定床气相F-T反应中。通过调节空速和温度考察了它们的催化反应性能,结果表明两个催化剂在不同的反应条件下都有着良好的低碳烯烃选择性。不同反应温度下,它们表现出不同的变化趋势：Pod-Fe活性随着温度的升高而缓慢增长,至380 oC都没有明显的失活现象；而对于FeOx/Pod-Fe催化剂,随着温度的升高, CO的转化率先升高,在300 oC时达最高,但随着温度进一步升高,活性迅速降低,呈现一个火山型曲线。 TEM结果发现,反应后FeOx/Pod-Fe催化剂粒子上产生了很多杂乱的碳丝,并且铁粒子有着明显的聚集长大。而Pod–Fe催化剂即使在380 oC反应后,其形貌仍然保持完好,没有积碳产生,粒子也没有发生聚集和长大。进一步在320 oC下120 h的寿命试验发现, Pod-Fe催化剂的初始活性较低,但经20 h的活化阶段,活性会先增加后略有下降,20 h后趋于稳定。而FeOx/Pod-Fe催化剂在反应初始虽然表现出较高的活性,但是随着时间进行,活性迅速下降一半以上,最后趋于稳定。同时结合反应后TEM和XRD的结果发现碳管外部裸露的铁粒子会在反应过程中形成碳化铁物种,并随着反应进行产生聚集,并伴有大量积碳,导致活性迅速下降；而碳层的包覆对于铁粒子有着很好的稳定作用,使得铁粒子能够在高温反应中保持稳定,并且没有积碳的产生。由此可见石墨烯碳层可以有效保护其包覆的金属粒子,并且能够提高其在高温反应下的低碳烯烃选择性和稳定性。此类催化剂有望在一些苛刻条件下的多相催化反应中得到广泛应用。
关键词:
费托合成
,
稳定性
,
低碳烯烃
,
碳纳米管
,
铁纳米粒子
刘力源
,
朱运鹏
,
王红伟
,
孙敏
,
邱添
,
张勇
,
羊新胜
,
赵勇
低温物理学报
本文回顾并总结了固氮冷却的超导磁体系统的发展历程和最新研究进展.介绍了固氮制冷剂的特点以及应用于超导磁体系统的优势.讨论了过电流脉冲和热扰动下固氮冷却超导磁体的热稳定性,以及混合制冷剂冷却的超导磁体的热稳定性.对固氮冷却的超导磁体系统的发展进行了展望.
关键词:
固氮冷却
,
超导磁体
,
电流脉冲
,
热扰动
,
混合制冷剂
,
稳定性
杜晓强
,
黄静伟
,
丰营营
,
丁勇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61012-9
由于化石燃料的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量CO2产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题,构建洁净的、环境友好的、非化石燃料的可再生新能源体系成为世界各国高度关注的焦点和重大战略部署.在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展.从实用性角度出发,利用人工光合作用直接将光能转化为化学能吸引了国内外许多研究小组的兴趣.太阳能裂解水制氢是解决能源危机的最理想途径之一.然而,水的氧化涉及到4电子和4质子的转移过程,是能量爬坡的艰难过程.所以,水的氧化是制约水裂解的一个瓶颈.寻找高效、稳定、廉价的水氧化催化剂成为水裂解的重中之重.然而,廉价、制备方法简单、效率高、容易回收的水氧化催化剂仍不多.已有文献报道了一些含Co,Fe,Mn和Ni的光催化水氧化催化剂.值的一提的是,Cu作为地球上第八位丰产元素,由于它合适的氧化还原性质和可调控的配位环境,理论上应该是一个高效的水氧化催化剂.然而,Cu很少被用作水氧化催化剂.2012年,Mayer等报道了第一例含铜的均相电催化水氧化催化剂.2013年,Meyer等报道了非常高效和稳定的简单CuⅡ盐电催化水氧化催化剂.2014年,Lin等报道了一个碱性的水溶液中混合Cu(Ⅱ)盐和6,6-dihydroxy-2,2-bipyri-dine(H2L)的高效电催化水氧化催化剂体系.2015年,Sun等在近中性的硼酸缓冲溶液中采用简便的电沉积Cu2+制备了一个高效的铜氧化物电催化水氧化催化剂.然而,基于地球上充足的Cu设计高效、容易制备和稳定的光催化水氧化催化剂,仍是一个巨大的挑战.本文基于地球丰产元素Cu和O,成功合成了花状的三维CuO微球,并采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X射线粉末衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、N2吸附脱附等温线对CuO样品的物相、元素组成、颗粒大小以及比表面积等进行了表征.在可见光下,以[Ru(bpy)3]2+为光敏剂,Na2S2O8为牺牲电子受体,首次报道了CuO微球用作水氧化催化剂.通过一系列控制实验证明CuO确实参与了催化过程.据我们所知,这是第一例铜物种在近中性条件下被证明具有光催化水氧化催化性能.通过对缓冲溶液、pH值和催化剂浓度的优化,在硼酸缓冲溶液(pH=8.5)中产生的O2收率为11.5％,CuO显示了最佳的催化活性.进一步研究表明,CuO表现出卓越的水氧化催化性能和稳定性.催化剂重复使用5次后活性基本保持不变.反应前后的催化剂组成和形貌基本没有发生改变,其表面性质也未发生明显变化.18O标记的重氧水实验证明,氧气中的氧确实是来自于水.实验发现,催化剂活性主要取决于其比表面积.结合已报道的文献,我们初步提出了一个光催化水氧化反应机理.相对于钴、镍和钒,铜丰度高,价格更低,具有更好的发展潜力.可见,丰度高、低毒性和合适的氧化还原性质使铜催化剂填补了光催化水分解的一项空白.
关键词:
光催化
,
水氧化
,
金属催化剂
,
氧化铜微球
,
稳定性
乔波涛
,
梁锦霞
,
王爱琴
,
刘景月
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62529-9
CO低温氧化对于基础研究和实际应用均具有重要意义.自上世纪八十年代日本的 Haruta教授发现氧化物负载金催化剂对 CO氧化的超高活性以来,负载金催化剂受到了广泛关注与深入研究,被认为是目前活性最高的 CO氧化催化剂.在诸多影响 CO氧化活性的因素中,纳米金的粒子尺寸是最重要因素之一.目前主流观点认为对于 CO氧化,纳米金有一个最优尺寸范围,在0.5–5 nm,而 Au原子/离子(Au3+, Au+)的活性则低一到两个数量级.因此,一般认为负载金单原子催
化剂对于 CO氧化反应的活性要比金纳米粒子和团簇低很多.然而,最近几年的理论与实验研究均表明,金单原子负载于合适的载体上可以显示出与金纳米粒子和团簇相当的活性.本文对这些新进展进行综述,阐述金单原子催化剂对 CO氧化的独特反应性能. Gates教授研究组进行了大量关于正价金对 CO氧化影响的研究,其中包括孤立的金原子(Au+).他们的研究发现, CO氧化活性随价态降低而降低,表明正价金对 CO氧化至关重要.此外,他们的研究也表明,孤立金原子对 CO氧化的活性(TOF)比金纳米粒子低一到两个数量级.然而,在他们的研究中,有几个因素可能导致催化剂的低活性.首先,他们一般采用非或弱还原性的载体.而载体的还原性对金催化剂上 CO氧化活性影响非常巨大.另外,他们所用的金原子前驱体为配合物,在催化剂制备与反应过程中配体并没有去除,可能也是导致催化剂活性低的原因之一.与此相反,张涛课题组近期采用氯金酸为前驱体,通过简单的吸附浸渍法制备了一系列负载金单原子催化剂.同时用相同的载体制备了负载金纳米粒子催化剂进行对比,可以排除载体等其它影响因素.对比结果显示,单原子催化剂均显示出与纳米粒子相当的 TOF(单位表面 Au原子)和更高的反应速率(单位重量金).首先制备了氧化铁负载金单原子催化剂,该催化剂在室温即展现出可观活性, TOF值与2–3 nm金粒子 TOF值相当(~0.5 s–1).更有趣也更重要的是,该催化剂在高温(200oC以上)展现出非常高的反应稳定性,在200oC反应100 h无失活.在300和400oC反应50 h也无失活发生,为开发高温稳定的金催化剂提供了新途径.其次制备了氧化钴负载金单原子催化剂,该催化剂以0.05%金负载量即可实现室温全转化,其 TOF值高达1.4 s–1.然而该催化剂在达到高活性之前必须首先在反应气氛中进行高温处理,这限制了其实用性.此外,催化剂需经反应气氛活化的原因尚待进一步研究.随之又制备了氧化铈负载金单原子催化剂,对富氢条件下 CO选择氧化不仅具有高活性,而且具有极高的 CO选择性.进一步研究结合理论计算表明,高选择性来自氧化铈负载的金单原子不能解离活化氢,对于氢气氧化活性极低,从而导致 CO氧化的高选择性.理论研究方面也有进展. Camellone等计算发现金原子可以取代 CeO2(111)面上的 Ce原子形成 Au+并促进 CO氧化.然而该金原子会扩散至氧空位形成带负电荷的 Auδ-,阻止 CO和 O2吸附,因而使催化剂失活.李隽课题组利用从头算分子动力学模拟首次发现氧化铈和氧化钛负载的 Au纳米粒子在 CO氧化过程中可以形成单原子的现象,并将之称为动态单原子催化剂. Yang等则计算了二维材料 BN负载 Au单原子催化 CO氧化并发现反应优先通过三原子 E-R机理进行.
关键词:
金
,
单原子催化剂
,
一氧化碳氧化
,
稳定性
,
低温
