CeO2稳定PEMFC阴极催化剂制备与性能研究

传统的质子交换膜燃料电池阴极铂碳催化剂虽然具有较高的氧还原活性,但其稳定性还需要进一步提高。本文通过加入富含氧缺陷的CeO₂纳米颗粒提高铂碳催化剂的氧还原活性和稳定性。研究表明采用共沉淀-酸处理法合成的CeO₂纳米颗粒存在大量的Ce³⁺,说明该方法制备的CeO₂中含有丰富的氧缺陷。将Pt或PtCo合金纳米颗粒负载在CeO₂/C上制备成的催化剂显示了良好的性能：当C∶CeO₂=2∶1(质量比)时,Pt-CeO₂/C催化剂活性最高,半波电位达到了0.868 V,且催化稳定性较20%Pt/C大幅提高,经过1×10⁴次连续循环后,20%Pt/C的质量活性衰减了82.2%,而Pt-CeO₂/C催化剂的质量活性衰减仅为13.8%;以PtCo-CeO₂/C(2∶1)为阴极催化剂的单电池最大输出功率为1.02 W·cm^-2。     

一种负载碳化钼催化剂的制备方法及性能研究

采用MoO_3为前躯体,以CH_4/H_2为碳化气,通过程序升温碳化反应装置制备出Mo_2C催化剂,所得催化剂产品用XRD、XPS、SEM进行表征。采用高压微反-色谱实验装置考察了制备的碳化钼催化剂的加氢脱硫反应性能,结果表明:程序升温条件下的局部规整反应可提高催化剂的活性,MoO_3在CH_4/H_2气氛中的还原碳化历程应为MoO_3→MoO_2→MoOxCy→Mo_2C,实验确定的适宜还原碳化温度为600℃。     

废均相催化剂氧化?络合浸出铑工艺及其动力学

基于Rh在废均相催化剂中的赋存状态，研发出绿色解离Rh–P化学键及Rh的络合浸出新技术，实现了Rh的绿色高效浸出，杜绝了传统废均相催化剂焚烧–碎化–酸浸工艺流程长、污染严重、回收率低等问题。首先通过蒸馏将低熔点有机物去除，然后采用H₂O₂将均相铑膦络合物中的Rh+氧化成Rh3+，减少有机配体对Rh的束缚；同时Rh3+与Cl–络合形成水溶性的RhCl₆3–进入溶液中。研究了蒸馏温度、Cl–浓度、H₂O₂用量、H+浓度、反应时间等对Rh的回收率影响，并采用响应曲面法优化了Cl–浓度、H₂O₂用量和反应时间等工艺参数。结果表明:各参数对Rh回收率的影响大小为:H₂O₂用量>Cl–浓度>反应时间，优化的工艺参数为:蒸馏温度260 ℃、Cl–浓度3.0 mol?L–1、H₂O₂用量为废均相催化剂的37%（体积分数）、H+浓度1.0 mol?L–1、反应时间4.5 h，Rh的回收率达到98.22%。最后，采用分光光度法研究了Rh的氧化–络合动力学行为，表明该反应的活化能为39.24 kJ?mol–1，属于化学反应控速。      

新型稀土固体超强酸催化剂的制备及乳酸丁酯的合成

制备了一系列稀土固体超强酸催化剂,以乙酸丁酯为探针反应,考察了催化剂最佳制备条件;以乳酸和丁醇为原料,以S2O82-/ZrO2-SiO2-Sm2O3(BR-3%-0.75-450)为催化剂合成乳酸丁酯,研究了对酯化反应的影响因素、催化剂稳定性。实验结果表明,该催化剂活性和稳定性均优于未改性的SO42-/ZrO2-SiO2。     

Pt-NbOx/C、Pt-ZrO2/C复合氧电极催化剂的制备及性能研究

以NbOx、ZrO2作为助催化剂,采用分步法制备得到Pt-NbOx/C、Pt-ZrO2/C复合催化剂,采用XRD、SEM等手段分析了催化剂的物相及形貌特征。通过循环伏安法、阴极极化曲线等电化学方法对催化剂的电化学性能进行了研究。结果表明,Pt均匀分布在载体表面,颗粒大小均在5 nm以下;NbOx和ZrO2的加入没有改变氧的还原反应机理,与Pt/C、Pt-ZrO2/C催化剂相比,Pt-NbOx/C复合催化剂催化氧电化学还原过程的活性有了明显提高。     

高活性PtMo_2C/Al_2O_3催化剂的研究进展

叙述了高活性PtMo2C/Al2O3催化剂的制备、性能和在水气位移反应中的应用。由于制备出的PtMo2C/Al2O3催化剂中,其铂离子呈几个纳米分散态显微结构,分布十分均匀,它比传统的催化剂如CuZn/Al2O3、Pt/C、Pt/Al2O3和PtCeO2等的催化活性高,选择性好,WGS速率高,反应温度低。     

镨改性铈锆氧化物固溶体的制备与表征

采用溶胶-凝胶法制备了不同比例的Pr掺杂铈锆氧化物固溶体Ce0.6Zr0.4-xPrxO2-y(x=0.05, 0.10, 0.15).X射线衍射证实形成的固溶体为萤石型立方相结构;BET比表面积分析表明,随着Pr的掺杂量由x=0.05递增到x=0.15,在650℃焙烧的样品其比表面积由66.5m2·g-1增加到79.9m2·g-1,而未掺杂样品Ce0.6Zr0.4O2的比表面积为65.1 m2·g-1;粒度分布及透射电镜分析发现,制备的固溶体在水相中存在着团聚现象.应用在含有Pt, Rh和Pd的三效催化剂的制备.催化活性测试表明,在铈锆氧化物储氧材料中掺杂少量Pr,可降低三效催化剂对CO、C3H6和NO的起燃温度.不论是在富燃区还是在贫燃区,所有掺杂Pr的三效催化剂对各气体的催化转化率均高于未掺杂Pr的三效催化剂.     

Au/CeO2催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

采用共沉淀法制备了纳米Au/CeO2催化剂,并用XRD、TPR、ICP等方法对催化剂进行了表征.以乙醇部分氧化制氢为探针反应,系统考察了O2/C2H5OH摩尔比及反应温度对Au/CeO2催化性能的影响.结果表明,Au/CeO2催化剂活性组分Au与载体CeO2 存在较强的相互作用,对乙醇部分氧化制氢反应具有较好的低温催化活性和良好的稳定性,其最佳的反应条件是O2/C2H5OH摩尔比为1.6,反应温度573K.     

焦油模化物蒸汽重整制氢中催化剂的研究

焦炉荒煤气中的焦油与水蒸气催化重整制氢工艺能够实现连续高效制取氢气,对该工艺所需要的催化剂进行了制备和表征,研究了四种不同种类催化剂的催化活性。实验在固定床反应器中进行,重整温度设定为750℃,水碳比为8:1,催化剂的填充量为20g,焦油模化物1-甲基萘的流量为0.4ml/min。实验结果表明:Ni/Mg O/C12A7催化剂的氢产率和含碳气体产率最高,氢产率达到90%以上,含碳气体产率达到95%,证明C12A7载体负载Ni基催化剂效果更好,且Mg O助剂强化了金属与载体的相互作用;四种催化剂参与反应得到的气体产物组成基本一致,H2的体积分数约为73%,甲烷的体积分数最小。利用Ni/Mg O/C12A7催化剂进行了焦油模化物蒸汽重整,结果显示该催化剂具有良好的稳定性。     

Pt/C的制备及其对甲醇氧化的催化作用

以H2PtCl6为初始原料,采用水解法制备了H2Pt(OH)6,然后用化学沉淀法制备了20%Pt/C催化剂。对其结构和形貌特征采用TEM、XRD、XPS进行分析和表征,并采用循环伏安法和计时电流法评价了催化剂的电化学性能。结果表明,所制备的催化剂铂颗粒分散均匀,大小约2.1nm,表面无Cl-,具有良好的电化学性能。     

活性炭表面性质对Pd/C常温氧化CO的影响

采用等体积浸渍法制备了活性炭负载Pd催化剂(Pd/C),通过正交实验研究了活性炭的种类、催化剂的制备条件等对活性炭负载钯催化剂上CO氧化性能的影响,得到了最优的制备条件。并通过N2吸附、程序升温脱附(TPD)、程序升温还原(H2-TPR)和透射电镜(TEM)等对催化剂进行了表征。正交实验极差分析表明制备各因素对催化剂氧化CO活性影响的次序为:还原剂>活性炭>还原剂用量>还原温度>还原溶pH值。催化剂表征结果表明活性炭的比表面积和孔径分布不是决定Pd/C催化剂性能的关键因素,活性炭的种类、表面组成和性质对催化剂的性能有显著的影响。其中椰壳炭(AC1)表面羧基的活性较高,同时具有较强的表面碱性,有利于活性金属Pd在载体表面的分散,并提高了Pd与载体之间的相互作用,从而使催化剂具有较高的CO氧化性能。提高Pd的担载量,可显著提高催化剂稳定性。以乙二醇作为还原剂,在pH=10,还原温度为60℃的条件下所制备的0.5%Pd/AC催化剂,在反应温度20℃时连续反应120 h仍可保持CO的全转化。     

pH值对Ni/CuO-ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂甲烷自热重整制氢性能影响

采用浸渍-共沉淀法制备了Ni/CuO-ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂,其中Ni负载量为10%(质量分数)。采用XRD、H2-TPR等方法表征了催化剂的结构及还原性能,并在固定床微反装置中考察了载体制备的沉淀过程中pH值的改变对Ni/CuO-ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂在甲烷自热重整制氢反应中催化性能的影响。研究发现,在反应温度为650℃～850℃范围内,pH值为9制备的Ni/CuO-ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂的甲烷转化率最高。由TPR与XRD结果可知,在制备条件中pH值为9的催化剂载体中ZrO2进入CeO2的晶格中,形成更多的CeO2-ZrO2固溶体,使得NiO与载体之间的相互作用增强,从而提高了甲烷的转化率。     

活性炭负载磷钨酸催化合成丁醛1, 2-丙二醇缩醛的正交试验分析

报道了活性炭负载磷钨酸催化剂H3PW12O40/C的制备，采用正交试验探讨了合成丁醛1，2-丙二醇缩醛的影响因素。实验结果表明，对丁醛1，2-丙二醇缩醛的收率影响最大的是醛醇物质的量比，其次是反应时间和催化剂用量。在n(丁醛)：n(1，2-丙二醇)：1：1．5，催化剂的用量占反应物料总质量的1．0％，反应时间为1．5h条件下，丁醛1，2-丙二醇缩醛的收率可达88．3％。     

稀土固体超强酸S2O82-/Sb2O3/La3+的制备及催化性能研究

以SbCl3为原料经醇化水解制得Sb2O3前体氧化物,通过浸渍一定量的(NH4)2S2O8和掺杂La(NO3)3制备了一种新型催化剂S2O82-/Sb2O3/La3+.以催化合成乙酸苄酯为探针反应,考察了不同制备条件对催化剂性能的影响.结果表明,1.5 mol/L的(NH4)2S2O8和2.71% La(NO3)3混合溶液浸渍锑前体氧化物,经110℃烘干后,于500℃焙烧3h所得催化剂(SSL2.71-3-500)活性较好.同时,考察了催化剂的稳定性以及对不同酯化反应的作用规律.用Hammett,IR,DTA/TGA,XRD等手段对催化剂进行了表征.     

PtCo复合纳米线的制备及氧还原电催化性能表征

采用CoCl_2-EMIC离子液体,在碳纸电极上无模板电沉积得到Co纳米线,然后通过K_2PtCl_4溶液和抗坏血酸进行置换反应制备PtCo复合纳米线,后续热处理得到PtCo-700℃合金纳米线。PtCo复合纳米线中Pt以互相连接的片层结构较好包裹在Co纳米线的表面, Co/Pt摩尔比为12。电化学研究表明:PtCo的电化学活性表面积(ECSA)高达65.1 m~2·g~(-1),比商用JM-Pt/C催化剂高6.9 m~2·g~(-1), PtCo-700℃的ECSA仅为34.7 m~2·g~(-1)。当电位在0.85 V时, PtCo-700℃的质量比和面积比活性均最高,分别是JM-Pt/C催化剂的9.5倍和15倍。500圈加速老化实验后, 0.85 V时, PtCo-700℃的质量比和面积比活性仍最高,分别是JM-Pt/C催化剂的8.7倍和10.3倍。PtCo复合纳米线有效地提高了催化剂的活性,合金化后的PtCo-700℃呈现出更优异的催化性能。此外负载铂钴复合纳米线的碳纸可以直接组装进燃料电池,简化了燃料电池的制备过程。     

SO42-/TiO2-La2O3催化剂催化合成苹果酯-B

制备了稀土改性固体超强酸SO42-/TiO2-La2O3催化剂。以SO42-/TiO2-La2O3为多相催化剂,对以乙酰乙酸乙酯和1,2-丙二醇为原料合成苹果酯-B的反应条件进行了研究。实验表明:固体超强酸SO42-/TiO2-La2O3是合成苹果酯-B的良好催化剂,最佳反应条件为:n(乙酰乙酸乙酯)∶n(1,2-丙二醇)=1∶1.5,催化剂用量为反应物料总质量的1.5%,环己烷为带水剂,反应时间1.5h,反应温度85℃～110℃。在上述条件下,苹果酯-B的收率可达88.6%。     

稀土固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2-SiO2-Sm2O3的制备

采用沉淀-浸渍法制备了负载稀土的固体超强酸S2O82-/ZrO2-SiO2催化剂,以乙酸丁酯的合成为探针反应进行了单因素测试,考察了制备条件对催化剂性能的影响.结果表明,载入不同稀土金属氧化物、不同硅锆原子量比以及预焙烧温度、焙烧温度和浸渍液浓度等因素对催化活性有显著影响.     

高分散金属催化剂研究取得新进展

正中国科学院大连化学物理研究所王晓东研究员和张涛院士领导的研究团队长期致力于高分散金属催化剂的研究与开发,近期取得重要进展,首次制备出Ti O2负载的亚纳米Rh催化剂并发现该催化剂能够在-50℃实现CO的完全氧化,首次实现了铂族金属在超低温下CO的催化氧化。该工作获得了审稿人一致的高度评价,被认为是里程碑式的工作,以VIP(top 5%)形式发表于Angew.Chem.Int.Ed.上,并被推荐为后封面文章。     

TiO2/C制备及光催化降解性能

以钛酸四丁酯为钛源负载活性炭制备了Ti02/C复合催化剂,从催化剂的用量、循环使用次数以及与P25比较等几个方面分别考察了该复合催化剂的催化降解甲基橙的活性.实验结果表明,Ti02/C复合催化剂提高了催化活性.     

固体超强酸S_2O_8~(2-)/Fe_2O_3-MoO_3催化合成丁醛乙二醇缩醛

以硝酸铁和钼酸铵为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法,制备固体超强酸催化剂S2O82-/Fe2O3-MoO3。催化剂制备的最佳条件为:浸泡液浓度为0.5 mol/L,焙烧温度为350℃,焙烧时间为3.0 h。用该催化剂通过试验合成丁醛乙二醇缩醛的最佳条件为:醇醛摩尔比为1.5∶1.0,催化剂用量为0.6 g,带水剂用量为10 mL,反应时间为1.0 h,缩醛收率可达89.3%以上。