络合物法制备镍-氮共掺杂炭基二氧化碳电催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭基催化剂广泛应用于电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）。为解决催化剂存在的催化活性及选择性问题,以乙二胺与硝酸镍发生配位反应形成的三乙二胺合镍小分子络合物作为氮源和镍源,分别以亲水氧化石墨烯及疏水炭黑为载体,得到两类镍-氮共掺杂多孔炭基催化剂。通过X射线衍射及透射电镜等手段分析了镍物种在不同处理阶段的存在形式。CO₂RR性能测试表明,同一炭载体具有不同金属负载量的催化剂经过酸洗处理除去镍纳米颗粒后,一氧化碳分电流密度得到明显提升,表明原子级分散的镍物种是CO₂RR的活性位点。在-0.8 V（vs.RHE）,不同催化剂的一氧化碳法拉第效率均达到90%。与亲水炭材料作为载体相比,疏水炭材料为载体制备的催化剂一氧化碳分电流密度更高,这表明疏水炭载体有利于过渡金属络合物在载体骨架中的负载与分散,进而抑制后续处理过程中活性物质的损失,从而获得高活性的镍-氮共掺杂炭基电催化剂。     

NH4Cl辅助热解制备镍-氮-碳纳米管催化剂及其电还原CO2性能

二氧化碳（CO₂）的资源化利用是实现“碳达峰,碳中和”的重要手段。在众多CO₂转化技术当中,电催化CO₂还原反应因反应条件温和、工艺过程简单等优点,被认为是极具应用前景的减碳技术之一,其关键在于高效、高稳定性电催化剂的开发。过渡金属-氮-碳（M-N-C）材料是电还原CO₂生成CO的有效催化剂,针对其高温热解制备过程中活性金属原子容易聚集且氮原子流失严重,进而使得活性位密度降低,催化性能下降等问题,本文提出以双氰胺（DCDA）为碳源和氮源,以乙酰丙酮镍（Ni（acac）₂）为金属源,以氯化铵（NH₄Cl）为第二氮源和造孔剂,采用简单的NH₄Cl辅助热解-酸刻蚀的方法制备得到镍-氮-碳纳米管（Ni-N-CNTs）电还原CO₂催化剂,并详细考察NH₄Cl添加量对催化剂结构和催化性能的影响。表征结果表明：NH₄Cl的加入有利于催化剂纳米管状形貌和多级孔结构的生成,同时有利于催化剂中Ni-Nx （1.6%,摩尔分数）和pyridinic-N （1.75%,摩尔分数）物种含量的增加。一系列性能测试结果表明：催化剂的活性中心为Ni-Nx,同时pyridinic-N的存在也有利于催化性能的提高,当前体中NH₄Cl加入量与氮源和金属源总质量比为1∶1时,所得Ni-N-CNTs-1催化剂催化性能最好,在电压为-0.65 V （vs RHE）时,CO法拉第效率最高达92%,此时CO部分电流密度为8 mA·cm^-2。此外,该催化剂还表现出良好的催化稳定性,连续恒电位电解12 h,催化性能基本不变。该催化剂制备工艺简单,制备条件可控,研究结果可为高效M-N-C电还原CO₂催化剂的设计和制备提供一种切实有效的研究思路和方法。     

NH4Cl辅助热解制备镍-氮-碳纳米管催化剂及其电还原CO2性能

二氧化碳（CO₂）的资源化利用是实现“碳达峰,碳中和”的重要手段。在众多CO₂转化技术当中,电催化CO₂还原反应因反应条件温和、工艺过程简单等优点,被认为是极具应用前景的减碳技术之一,其关键在于高效、高稳定性电催化剂的开发。过渡金属-氮-碳（M-N-C）材料是电还原CO₂生成CO的有效催化剂,针对其高温热解制备过程中活性金属原子容易聚集且氮原子流失严重,进而使得活性位密度降低,催化性能下降等问题,本文提出以双氰胺（DCDA）为碳源和氮源,以乙酰丙酮镍（Ni（acac）₂）为金属源,以氯化铵（NH₄Cl）为第二氮源和造孔剂,采用简单的NH₄Cl辅助热解-酸刻蚀的方法制备得到镍-氮-碳纳米管（Ni-N-CNTs）电还原CO₂催化剂,并详细考察NH₄Cl添加量对催化剂结构和催化性能的影响。表征结果表明：NH₄Cl的加入有利于催化剂纳米管状形貌和多级孔结构的生成,同时有利于催化剂中Ni-Nx （1.6%,摩尔分数）和pyridinic-N （1.75%,摩尔分数）物种含量的增加。一系列性能测试结果表明：催化剂的活性中心为Ni-Nx,同时pyridinic-N的存在也有利于催化性能的提高,当前体中NH₄Cl加入量与氮源和金属源总质量比为1∶1时,所得Ni-N-CNTs-1催化剂催化性能最好,在电压为-0.65 V （vs RHE）时,CO法拉第效率最高达92%,此时CO部分电流密度为8 mA·cm^-2。此外,该催化剂还表现出良好的催化稳定性,连续恒电位电解12 h,催化性能基本不变。该催化剂制备工艺简单,制备条件可控,研究结果可为高效M-N-C电还原CO₂催化剂的设计和制备提供一种切实有效的研究思路和方法。     

二维沸石咪唑骨架有效催化二氧化碳电还原的研究

成功合成了2种金属有机框架材料，并探究其在CO₂电催化还原反应中的应用。结果表明，二维ZIF-L催化剂的CO₂电催化还原活性、选择性和稳定性显著高于ZIF-7。在-1.3 V（vs.RHE）时，CO法拉第效率可达78.5%,是相同电势下ZIF-7的近2倍；CO的电流密度为16.8 mA/cm²,高于文献中报道的Zn基MOFs上CO的电流密度值。二维ZIF-L催化剂独特的孔腔结构有利于CO₂的吸附，从而有效催化CO₂电还原。     

氮掺杂碳限域的花状SnS催化CO2电还原制甲酸

合理设计高效的电催化剂是二氧化碳电化学还原（CO₂ER）为高附加值化学品和燃料的关键。本文利用水热-煅烧法制备了氮掺杂碳限域的花状SnS催化剂（SnS@NC）并研究了其电催化CO₂的特性。基于超薄氮掺杂碳层的限域效应，SnS的层厚由原始的30nm缩减至20nm，电化学活性面积明显增强，同时氮掺杂碳层增强了对CO₂的吸附和活化。SnS@NC催化CO₂转化为甲酸的能力明显增强，在-1.3V（vs. RHE）的H型电解池中法拉第效率为81.2%，电流密度为29.5mA/cm²，本文为金属硫化物复合催化剂功能化提供了新策略。     

建筑废弃物木屑材料制备多孔碳材料

为研究建筑废弃物——锯末木屑在环保中的应用,以NaNH₂为活化剂和氮源,利用一步热解法制备了氮掺杂的多孔碳材料,采用X射线衍射、X光电子衍射、氮气吸附-脱附等温线等方法对样品进行表征。结果发现样品主要由微孔构成,大的比表面积和高的氮含量相互协同,为CO₂的电化学还原反应提供了丰富的催化活性位点和CO₂反应物。电化学测试研究结果发现,样品还原CO₂的主产物为CO,在-0.7 V(可逆氢电极,RHE)的过电势下,CO的法拉第效率高达82%,且样品可持续稳定电解18 h。说明以建筑废弃木屑材料制备的多孔碳可有效还原CO₂,实现在环保领域中的应用。     

碳化的MOF用于电催化还原二氧化碳制备乙烯和乙醇

电化学催化还原二氧化碳是一种有效的能源储存手段。探索具有高乙烯选择性和高产率的高效电催化剂是非常必要的,但仍然具有挑战性。通过对金属有机骨架（Cu-BTC）的简单碳化制备了多孔Cu-Cu₂O/C催化剂,用于高效且选择性地电催化CO₂还原为C₂₊产物。碳化的MOF表现出优异的还原CO₂为C₂₊的性能,在电位为-1.3 V（vs RHE）时,C₂₊的最大法拉第效率（FE）为47.8%,其部分电流密度为4.33 mA·cm^-2。研究表明,较低的碳化温度有助于保留Cu-MOF的形貌,抑制活性金属位点团聚,而多孔特性也能提升其电化学活性面积,进而提高其对CO₂电化学还原为C₂₊产物的性能。     

碳化的MOF用于电催化还原二氧化碳制备乙烯和乙醇

电化学催化还原二氧化碳是一种有效的能源储存手段。探索具有高乙烯选择性和高产率的高效电催化剂是非常必要的,但仍然具有挑战性。通过对金属有机骨架（Cu-BTC）的简单碳化制备了多孔Cu-Cu₂O/C催化剂,用于高效且选择性地电催化CO₂还原为C₂₊产物。碳化的MOF表现出优异的还原CO₂为C₂₊的性能,在电位为-1.3 V（vs RHE）时,C₂₊的最大法拉第效率（FE）为47.8%,其部分电流密度为4.33 mA·cm^-2。研究表明,较低的碳化温度有助于保留Cu-MOF的形貌,抑制活性金属位点团聚,而多孔特性也能提升其电化学活性面积,进而提高其对CO₂电化学还原为C₂₊产物的性能。     

阳离子表面活性剂喷涂对ZnMg棒状双金属氢氧化物电催化还原CO2产CO性能影响

CO₂还原电催化剂已成为近几年催化领域的研究热点，但CO₂还原常伴随着竞争析氢反应，这直接导致了能源的浪费。本文通过水热合成制备出一种高效还原CO₂为CO的锌镁双金属氢氧化合物[ZnMg(OH)₄]，并引入阳离子表面活性剂来抑制析氢副反应。以ZnMg(OH)₄为载体通过喷涂法将阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(C₁₉H₄₂BrN,CTAB)涂覆在催化剂表面，形成ZnMg(OH)₄-CTAB复合催化剂，并对催化剂的晶体结构、形貌进行表征，通过一系列电化学测试对催化剂电催化CO₂还原性能进行评估。在电势-1.5V (vs.RHE)下，表面涂覆阳离子表面活性剂CTAB能使样品的CO法拉第效率从78.2%提高至87.25%。结果表明，在催化剂表面涂覆阳离子表面活性剂形成的复合催化剂ZnMg(OH)₄-CTAB具有较高的CO₂还原性能，这与阳离子表面活性...     

钴掺杂聚合氮化碳光催化还原二氧化碳性能研究

聚合氮化碳（CN）具有可见光响应、化学性质稳定、廉价易得、无毒等优点,在光催化领域得到了广泛的研究和应用,但是存在比表面积较小、电子-空穴对易复合等不足之处,严重限制了其光催化性能。以尿素和常见的两种钴盐[CoCl₂和Co（NO₃）₂]为前驱体,通过一步煅烧法制备了钴（Co）掺杂CN,研究了不同Co源对材料光催化还原二氧化碳（CO₂）性能的影响。实验证明,由适量氯化钴（CoCl₂）为Co源得到的Co掺杂CN,其光催化还原CO₂生成一氧化碳（CO）的速率可由纯CN的82.7 μmol/（g·h）提升至374.5 μmol/（g·h）,同时CO选择性由79.1%提高至88.5%;而以硝酸钴[Co（NO₃）₂]为Co源得到的Co掺杂CN倾向于产氢,其光催化还原CO₂性能基本不能得到提升。通过对光催化剂进行电感耦合等离子体（ICP）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、扫描电镜（SEM）、物理吸附和光电化学测试等表征,分析了材料的结构以及光催化性能提升的原因。     

Cadmium-based metal-organic frameworks for high-performance electrochemical CO2 reduction to CO over wide potential range

Electrochemical CO₂ reduction (ECR) powered by renewable energy sources provides a sustainable avenue to producing carbon–neutral fuels and chemicals. The design and development of high performance, cost-effective, and stable catalysts for ECR remain a focus of intense research. Here, we report a novel electrocatalyst, two-dimensional cadmium-based 1,4-benzenedicarboxylate metal–organic frameworks (Cd-BDC MOFs) which can effectively convert CO₂ to CO with a faradaic efficiency (FE) of more than 80.0% over the voltage range between -0.9 and -1.1 V (versus reversible hydrogen electrode, vs. RHE) in 0.1 mol·L^-1 CO₂-saturated KHCO₃ solution with an H-type cell, reaching up to 88.9% at -1.0 V (vs. RHE). The performance outperforms commercial CdO and many other MOF-based materials demonstrated in prior literature. The catalytic property can be readily tuned by manipulating synthesis conditions as well as electrolyte type. Especially, high CO FEs exceeding 90.0% can be attained on the Cd-BDC electrode at potentials ranging from -0.16 to -1.06 V (vs. RHE) in 0.5 mol·L^-1 KHCO₃ solution by using a gas diffusion electrode cell system. The maximum CO FE approaches ~97.6% at -0.26 V (vs. RHE) and the CO partial geometric current density is as high as about 108.1 mA cm^-2 at -1.1 V (vs. RHE). This work offers an efficient, low cost, and alternative electrocatalyst for CO₂ transformation.     

ZrO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂COx甲烷化性能

采用浸渍和粉末压片的方法制备了两种ZrO₂-Al₂O₃复合载体并用于负载Ni基催化剂，并利用氮气等温物理吸附、X射线粉末衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等分析手段对催化剂物化性质进行表征，考察了ZrO₂-Al₂O₃复合载体制备方法及ZrO₂的引入对Ni基催化剂在CO、CO₂和CO-CO₂共存的3种体系下甲烷化反应活性的影响。材料表征和活性测试结果表明，在CO甲烷化体系中，与单一Al₂O₃载体相比，引入ZrO₂的复合载体能有效提高催化剂中Ni物种的分散度从而增强CO甲烷化过程中催化剂活性，且粉末压片法较浸渍法制备的复合载体能有效提高催化剂的还原度，降低还原温度，但前者会大大降低催化剂的比表面积；在CO₂甲烷化体系中，当载体形貌和制备方法相同时，载体的变化对催化剂活性的影响较小，CO₂转化率主要受到制备方法不同引起的物理性质如比表面积变化的影响；在CO-CO₂共存体系中，由于CO在竞争吸附中比CO₂更容易占据活性位点，所以呈现出优先进行CO甲烷化再进行CO₂甲烷化、CO₂的含量先增多后减少的规律。     

重芳烃轻质化催化剂n（Ni）/n（Ni+Mo）的优化与分析

以β分子筛为载体,在保持金属总负载量不变的情况下,采用等体积浸渍法制备了4种不同n（Ni）/n（Ni+Mo）的催化剂。分别采用X射线衍射（XRD）、比表面积测试（BET）、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、氢程序升温还原（H₂-TPR）、氢程序升温脱附（H₂-TPD）和热重-差热分析（TG-DTG）等方法对催化剂进行了表征。结果表明,4种催化剂的酸量和酸强度相近,在n（Ni）/n（Ni+Mo）等于基准+0.2时,Mo与载体之间的相互作用最弱,其氢气吸附量最多且积炭量最少;采用某炼厂重整C₁₀⁺ 重芳烃对4种催化剂进行评价,结果表明n（Ni）/n（Ni+Mo）等于基准+0.2催化剂具有最优的催化活性和稳定性。上述结果表明,影响重芳烃轻质化催化剂活性和稳定性的关键因素是催化剂氢气吸附量的多少,氢气吸附量越多金属表面的溢流氢效应越明显,积炭前驱体被溢流氢及时消除,从而保护了催化剂的加氢活性中心不被积炭覆盖,有助于催化剂在较高活性下保持稳定。     

多组分氯盐体系镁锂分离规律初探

以Na₂CO₃为沉淀剂,初步研究了多组分氯盐混合体系（0.6 mol MgCl₂+1.1 mol LiCl+3.2 mol NaCl）中选择性沉镁的工艺规律。结果表明：在25~80 ℃,总C与总Mg物质的量比[n（C_T）/n（Mg_T）]为 0.8~1.1时,25 ℃形成针状MgCO₃·3H₂O,40 ℃以上形成Mg₅（CO₃）₄（OH）₂·4H₂O不规则片状团聚微球,其中40~50 ℃形成的片状物较为分散且粒径较小,导致固液分离困难。40 ℃时沉镁率最低。温度越高,Li₂CO₃越易形成,沉锂率越大。n（C_T）/n（Mg_T）越大沉镁率和沉锂率越高。室温（25 ℃）、n（C_T）/n（Mg_T）=1.0时,沉镁率达98%以上,且沉锂率<0.1%,镁锂分离效果最好。     

Structural reconstruction of Sn-based metal-organic frameworks for efficient electrochemical CO2 reduction to formate

MOF-based materials have been widely explored in electrochemical CO₂ reduction reactions for the production of valuable chemicals. Understanding the reconstruction of those catalysts under working conditions is crucial for the identification of active sites and clarification of reaction mechanism. Herein, a series of six N coordinated Sn-based metal-organic frameworks (Sn-N6-MOFs) are newly developed for electrochemical CO₂ reduction (CO₂RR). 2% Sn-N6-MOF achieves the optimal catalytic performance with a formate Faradaic efficiency of ~85% and a current density of 23 mA·cm^-2 at -1.23 V vs. RHE. In-situ Raman results combined with ex-situ ¹¹⁹Sn Mössbauer measurements reveal the structural reconstruction of Sn-N6-MOFs during CO₂RR, generating tin nanoclusters as the real active sites for CO₂ electroreduction to HCOOH.     

水/二氧化碳气氛下酒糟催化气化反应特性的研究

在固定床气化装置中,以赤泥为催化剂、水/二氧化碳为气化剂对酒糟进行气化实验。研究了赤泥添加量、气化温度和V（水）/V（二氧化碳）对酒糟气化活性的影响,并对水/二氧化碳共气化协同机理进行了探讨。结果表明：当赤泥添加量为20%（质量分数）时气化活性最佳;升高气化温度有利于提高气化反应活性;随着V（水）/V（二氧化碳）的增大,合成气产量、n（氢气）/n（一氧化碳）均增加,分别达到270.7 mmol/g和6.67;在水/二氧化碳混合气氛下共气化反应产生了明显的协同效应,协同因子在60%水-40%二氧化碳（体积分数）时达到峰值。拉曼光谱、扫描电子显微镜及比表面积分析表明：水/二氧化碳混合气氛下酒糟焦无定形碳和非晶碳结构的破坏程度比在纯水或二氧化碳中更严重,验证了二氧化碳和水在酒糟气化中存在协同效应;二氧化碳更容易在酒糟焦表面发生气化反应,形成大量微孔使其比表面积增加;水炭渗透力较强有利于形成中孔;在水/二氧化碳混合气氛下,二氧化碳与水产生的交互作用促进了孔结构的发育,使酒糟焦的微孔发展为中孔和大孔并促使气化反应向酒糟颗粒内部发展,这是协同效应产生的主要原因。     

Catalytic hydrogenation performance of ZIF-8 carbide for electrochemical reduction of carbon dioxide

The conversion of CO₂ electrocatalytic hydrogenation into energy-rich fuel is considered to be the most effective way to carbon recycle. Nitrogen-doping carbonized ZIF-8 is proposed as carrier of the earth-rich Sn catalyst to overcome the limit of electron transfer and CO₂ adsorption capacity of Sn. Hierarchically porous structure of Sn doped carbonized ZIF-8 is controlled by hydrothermal and carbonization conditions, which induces much higher specific surface area than that of the commercial Sn nanoparticle (1003.174 vs. 7.410 m²·g^-1). The shift of nitrogen peaks in X-ray Photoelectron Spectroscopy spectra indicates interaction between ZIF-8 and Sn, which induces the shift of electron cloud from Sn to the chemical nitrogen to enhance conductivity and regulate electron transfer from catalyst to CO₂. Lower mass transfer resistance and Warburg resistance are investigated through EIS, which significantly improves the catalytic activity for CO₂ reduction reaction (CO₂RR). Onset potential of the reaction is reduced from -0.74 V to less than -0.54 V vs. RHE. The total Faraday efficiency of HCOOH and CO reaches 68.9% at -1.14 V vs. RHE, which is much higher than that of the commercial Sn (45.0%) and some other Sn-based catalyst reported in the literature.     

Cr/SSZ-13催化二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的研究

通过脱氢反应将低碳烷烃转化为同碳数的烯烃是烷烃高值化利用和烯烃原料多元化的重要途径。烷烃氧化脱氢制烯烃的反应具有不受反应平衡限制、积炭少、反应温度低等优点,一直是研究的热点。通过利用浸渍法制备不同铬（Cr）负载量的Cr_x/SSZ-13系列催化剂,采用氮气物理吸附、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）以及高角度环形暗场-扫描透射电镜（HAADF-STEM）与耦合能谱分析（EDX-Mapping）等方法对催化剂进行了物性表征,并用微型固定床反应器评价催化剂对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能,最终建立了Cr/SSZ-13催化剂的构效关系。研究发现,当n（二氧化硅）/n（氧化铝）=10时,Cr_1.5/SSZ-13-10催化剂上含有丰富的Cr³⁺物种,其中配位不饱和Cr³⁺是优异的脱氢活性位,有利于二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的进行。因此,Cr_1.5/SSZ-13催化剂在650 ℃时表现出优异的催化性能,即二氧化碳转化率和乙烷转化率分别达到26.41%和53.2%,乙烯产率为38.83%。     

Si含量对CO_2加氢制烃铁基催化剂的影响

以湿固相研磨法制备不同硅含量的铁基催化剂,采用X射线衍射、H2程序升温还原和傅里叶红外光谱对催化剂进行表征,在V(H_2)∶V(CO_2)∶V(N_2)=16∶8∶1、反应压力1.6 MPa、反应温度230℃、反应时间48 h和空速6 000 m L·(h·g-cat)-1条件下,在固定床反应器中考察催化剂的CO_2加氢制烃反应活性和烃类选择性。结果表明,随着Si O_2掺入量增加,催化剂的还原性能降低,结晶度呈下降趋势,CO_2转化率下降,但C5+烃类产物选择性在硅含量为10%时达到最大,为38.6%。