水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

水热合成rGO负载的MoS2催化剂及其催化蒽加氢性能

采用水热法制备了一系列还原氧化石墨烯（rGO）负载的MoS₂催化剂（MoS₂/rGO）。通过SEM、XRD、EDX、拉曼光谱、HRTEM等手段表征了不同钼源制备的MoS₂/rGO催化剂中MoS₂的堆积层数、片层尺寸、分散性等纳米结构。表征结果显示水热法可以成功地将MoS₂高分散、均匀地负载在rGO表面,且可以通过调控钼源种类调变MoS₂/rGO催化剂中MoS₂催化加氢活性位。采用蒽作为重质油模型化合物评价了MoS₂/rGO催化剂的催化加氢性能,结果表明以四硫代钼酸铵为钼源水热法制备的MoS₂/rGO-ATTM催化剂蒽加氢率和八氢蒽选择性分别是浸渍法制备IM-MoS₂/rGO催化剂的2.0倍和4.2倍。MoS₂/rGO催化剂的催化加氢活性与比表面积无关,主要取决于其上MoS₂纳米片的堆积层数和片层长度。MoS₂/rGO-ATTM催化剂的高催化加氢活性可以归结于其上MoS₂纳米片的高催化加氢活性位暴露量、催化剂的高分散性和高悬浮性。     

MoS2基催化剂加氢脱硫反应活性相和作用机理研究进展

加氢脱硫工艺在清洁油品生产过程中发挥着重要作用，而MoS₂基催化剂是加氢脱硫的主要催化剂，因此对MoS₂基催化剂活性相和催化反应机理的深入研究有助于从原子层面上对催化剂进行优化设计。本文首先介绍了国内外有关MoS₂基催化剂活性相形貌结构的研究，着重探讨了硫化气氛、助剂和载体类型对活性相结构的影响，以及现有表征技术在MoS₂基催化剂活性相形貌结构研究中所面临的挑战，总结了不同条件下活性相的微观结构特征；同时，从MoS₂基催化剂的活性相组成和结构角度分析了噻吩的加氢脱硫机理，发现了加氢脱硫活性与催化剂微观结构之间的紧密联系；最后展望了理论计算在设计和开发高效加氢脱硫催化剂过程中的重要指导作用。     

光电催化二氧化碳能源化利用研究进展

CO₂能源化利用面临的主要问题是能耗问题和氢源问题。光电催化实现CO₂的能源化利用的核心为利用光催化剂的催化活性,光激发条件下产生光电子,减少外界能量输入,同时利用电催化活性提高CO₂还原产物的选择性和可控性。文章主要从光电催化的优势、反应机理、研究现状、催化剂、最新研究成果等方面综述了光电催化CO₂能源化利用的研究进展。具体阐述了光电催化体系的组成、CO₂的电子还原过程及目前存在的问题,重点探讨了光电体系的电极材料组成、电解液组分以及常见的光电催化剂类型对整个光电催化体系催化性能的影响。此外,指出了当前光电催化CO₂能源化利用方面存在的不足：转化效率低、产物选择性差等。并对光电催化实现CO₂能源化利用的研究重点,即高效光电催化剂的开发、催化过程动力学反应机理进行了展望。     

硫化钼催化剂用于催化多环芳烃芘的加氢反应

高温煤焦油的高温馏分中含有丰富的多环芳烃化合物,通过催化加氢可将多环芳烃转化成燃料油加以高值、多元利用。首次利用泡沫镍为载体制备了硫掺杂的钼基催化剂,应用于煤焦油高温馏分中多环芳烃芘的催化加氢反应,揭示了硫化钼催化剂的构效关系。通过SEM和XRD表征,考察了负载在泡沫镍上的活性金属钼的结构、分布与分散性,实验结果表明,金属钼的活性物种呈现超薄的纳米片状结构,具有良好的分散性,在载体上均匀分布,有效提高了催化加氢反应的性能;通过XPS和TEM表征,表明了硫掺杂催化剂的活性物种为MoS₂,并产生了高价态的氧化钼,共同作用于芘的催化加氢反应;硫的掺杂提供了硫空位,产生了更多活性位点,从而提高了催化剂活性;通过催化加氢反应,系统地考察了反应温度、氢气压力、反应时间、催化剂质量、硫脲添加量对催化加氢反应性的影响,实验结果表明,在反应温度为300℃,氢气压力为6 MPa,反应时间为2 h,催化剂质量为0.5 g,硫脲添加量为2 mmol时,MoS₂-2/NF催化剂的芘转化率是未掺杂硫的MoO_x/NF催化剂的芘转化率的2.43倍,并且...     

渣油加氢催化剂活性相结构调控及对反应性能影响

开发高性能催化剂是渣油加氢提质的关键。本文重点介绍了氧化铝载体及催化剂制备方法对活性相结构和稳定性的影响。从氧化铝载体出发,分析了氧化铝表面性质(表面羟基种类和浓度、载体表面取向)、晶相(γ-Al₂O₃、η-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃、α-Al₂O₃等)及孔结构(孔径分布和比表面积)对金属-载体相互作用、反应物分子在载体表面吸附和内部扩散的影响。从催化剂制备方法出发,总结了水热处理对氧化铝表面羟基、酸性、孔结构改性的方法。此外,概述了催化剂制备过程中助剂类型和硫化条件对活性相结构的影响,并分析了活性相与催化性能的构效关系。最后,指出了工业催化剂制备时大孔径和高机械强度需要匹配的问题,提出根据实际应用需求来调控活性组分在载体上的宏观分布,并展望了催化剂孔道结构设计与原位表征技术的开发等未来发展方向。     

MIL/MoS2的制备及光催化降解盐酸四环素研究

通过溶剂热法制备了双金属MIL-101(Fe,Al)/Mo S₂复合材料，以盐酸四环素为目标污染物探究材料的光催化性能。利用紫外-可见光谱分析和荧光发射光谱分析对材料的光催化活性进行表征，考察了不同MoS₂添加量、盐酸四环素初始浓度对光催化性能的影响。结果表明，适量负载MoS₂可显著增强MIL-101(Fe,Al)的光催化活性，10%为MoS₂最佳添加量，MIL/MoS₂-10%表现出优于MIL-101(Fe,Al)的可见光吸收能力和电子-空穴对分离效率，在MIL/Mo S₂-10%用量为0.2 g/L时，对20 mg/L盐酸四环素模拟废水的总去除率达到90.06%，其反应速率常数分别是MIL-101(Fe,Al)和MoS₂的1.99和3.11倍左右，表明复合材料的光催化性能相比单体明显提高。     

Ti3C2MXene纳米片制备、改性及其光催化应用研究

近年来,利用光催化缓解环境污染和能源短缺问题受到广泛关注。Ti₃C₂MXene作为一种新型二维材料,具有丰富的表面基团、多活性位点以及优异的光热和导电性能,在光催化应用研究上逐渐深入。本文概述了Ti₃C₂MXene纳米片的结构、光电特性及合成方法,讨论了二维Ti₃C₂纳米片及其改性材料的复合结构,重点分析了Ti₃C₂纳米片在新型有机污染物降解、水分解产氢和CO₂还原的光催化应用研究进展,对Ti₃C₂纳米片的深入研究提供一定的参考价值。     

MoS2/Y分子筛微生物电解池阴极材料制备及其电化学性能

采用水热法合成了一系列不同比例的MoS₂/Y分子筛复合物,并将其制成碳基复合电解池阴极。线性扫描伏安法（LSV）测试表明,当MoS₂和Y分子筛质量比为5∶2、碳纸负载量为1.5mg/cm²时,阴极催化析氢性能最佳。通过SEM、TEM、XRD、XPS和BET对复合材料进行表征,SEM测试表明MoS₂/Y分子筛为片状和八面体相互交织叠加的云状形貌。BET测试表明其具有排列规整的微孔-介孔多级孔道结构,利于加速H⁺还原和H₂扩散。本文还考察了以MoS₂/Y分子筛作为微生物电解池（MEC）阴极的析氢性能。在MEC运行5个周期的产氢实验中,MoS₂/Y分子筛所产生的平均最大电流密度、氢气产率和产氢量等都高于Pt电极,且具有长期稳定性。因此,MoS₂/Y分子筛是一种适于实际应用的析氢催化剂。     

二硫化钼基全pH电催化析氢材料研究进展

电解水作为一种绿色制氢技术备受关注,设计开发适用于全pH（pH=0~14）介质的高效、低廉的电催化剂,可实现减少能耗、简化装置构建和优化生产工艺。二硫化钼具有电子结构的可调性以及除贵金属外最合适的热力学活性,是极具前景的析氢材料之一。通过综述二硫化钼基全pH析氢材料的研究现状,涉及本征二硫化钼物性调节策略以及原子掺杂的表面工程和界面工程调制,阐明了相应的催化增强机制,揭示了制备全pH范围兼具活性和高电流稳定性的催化剂是电催化材料的发展趋势,并提出激活多级结构二硫化钼材料惰性基面、提高材料整体导电性、精准锚定单原子以及包覆多孔碳是设计高效全pH催化剂的根本策略。     

富氧条件下金属催化CO还原NO的研究进展

CO广泛存在于燃煤烟气及汽车尾气中,利用未完全燃烧的CO催化还原NO可同时脱除NO和CO,过程中催化剂起着决定性作用。本文对近年来含氧条件下CO催化还原NO的研究成果进行了系统梳理,重点关注了Pd系、Ir系、Cu系、其他贵金属及金属氧化物催化剂的研究进展,分析了催化剂制备方法、掺杂改性及反应条件对催化性能的影响,同时考察了O₂浓度、H₂O以及SO₂对催化反应的影响,总结并对比了不同体系催化剂的活性位点及其催化机理,指明了O₂在催化还原过程中的抑制机理,得出了几种体系催化剂催化CO还原NO的活性顺序。最后,针对富氧条件下CO催化还原NO所存在的问题和难点,提出深入研究O₂抑制机理、降低贵金属用量、添加活性助剂是今后的研究方向。     

芳烃催化加氢反应机理的研究进展

对萘、菲、蒽及芘根据不同计算方法所得的反应活性位进行总结,对苯在金属表面的催化加氢机理-芳烃交换机理进行概括,对菲在MoS₂/Al₂O₃催化剂表面生成二氢菲的基元反应步骤和在Ni-MoS₂/Al₂O₃催化剂表面加氢生成四氢菲的过程进行总结,还给出了蒽的催化加氢反应网络图,分析了在不同催化条件下蒽是否有中环断裂情况的发生,给出了芘在RaneyNickel（W-7）催化剂表面生成二氢芘、四氢芘和六氢芘的催化加氢机理反应图,以及根据能量最低理论,判断芘发生加氢反应的优先位置情况,分别计算了芘加氢生成二氢芘、四氢芘、六氢芘和十氢芘可能存在的加氢路径。并总结了蒽、菲等多环芳烃发生催化加氢反应的规律。加深对多环芳烃催化加氢机理的研究将更好地指导重质油轻质化的进行,因此对多环芳烃催化加氢机理的研究具有重要意义。     

金属氧化物催化CO2与甲醇合成碳酸二甲酯的研究进展

CO₂是主要的温室气体。近年来随着工业的大力发展，CO₂的排放量迅猛增加，严重影响着人类的生存环境。将CO₂转化成有价值的化工产品，受到了研究领域的广泛关注。其中将CO₂与产能过剩的甲醇作为原料，生产碳酸二甲酯（DMC），既能减少CO₂排放，又能产生有价值的绿色产品DMC。本文简述了影响CO₂转化的因素，即受热力学限制和CO₂活化困难；重点介绍了具有酸碱活性中心的金属氧化物ZrO₂、CeO₂以及复合金属氧化物催化剂的催化性能和反应机理，并分析了影响催化活性的主要原因：表面酸碱性能决定了催化活性；进一步分析了催化剂表面的酸碱性来源于Lewis酸碱位和Br?nsted酸性位。对于开发高效的金属氧化物催化剂未来的研究方向提出了展望: 通过调控催化剂的晶相和形貌、增加氧空位和羟基官能团、掺杂碱性或者酸性物种来改变催化剂表面的酸碱性，并且向催化系统中添加脱水剂。最后指出了由于CO₂分子的稳定性很难被活化，需进一步深入研究其活化CO₂的机理，提高CO₂的转化率。     

乙二胺四乙酸对NiMo/Al_2O_3催化剂加氢脱氮性能的影响

以氧化铝为载体,Ni和Mo为金属活性组分,添加不同含量乙二胺四乙酸,采用等体积浸渍法制备系列Ni Mo(x)/Al_2O_3(x为乙二胺四乙酸与Ni物质的量比)重质油加氢处理催化剂,考察乙二胺四乙酸加入量对催化剂加氢脱氮性能的影响,并采用N_2物理吸附-脱附、XRD和HRTEM等对催化剂进行表征。结果表明,乙二胺四乙酸的加入增强了金属组分与氧化铝载体间的相互作用,降低了MoS_2活性相的堆垛层数和片层长度,促进了活性相的分散。乙二胺四乙酸与Ni物质的量比为0.5时,MoS_2活性相堆垛层数和片层长度达到良好的结合,对应的催化剂Ni Mo(0.5)/Al_2O_3具有最优的加氢脱氮性能。     

CO耐硫甲烷化MoS2/Si-ZrO2催化剂的失活原因研究

采用等体积浸渍法制备MoS₂/Si-ZrO₂催化剂,并对其CO耐硫甲烷化的催化活性稳定性进行评估。结果表明在2H₂∶2CO∶1N₂（摩尔比）、反应压力2.5 MPa、反应温度 450℃、硫含量0.01%及质量空速 6000 ml/(g·h)的反应条件下,100 h后CO转化率下降11%。深入进行氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、等离子体发射光谱(ICP-OES)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TGA)以及元素分析等表征后,发现反应后催化剂表面无明显积炭,但出现了明显的团聚现象。而催化剂失活的根本原因是硫流失的发生,导致具有催化活性的桥键 {\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{2}-} 物种转变为S^2-物种和H₂S。     

电解水制氢MoS2催化剂研究与氢能技术展望

氢气具有质量轻、热值高、燃烧产物清洁等优点,被认为是理想的能源载体。氢气既能作为燃料电池的燃料,又能作为储能介质调节风能、太阳能发电系统的随机性、间歇性,正在成为未来能源的重要组成部分。为了促进电解水制氢技术与装备发展,研究高效电催化剂十分重要。本文围绕“粉末型”与“自支撑型”电催化剂结构特征,讨论基于二硫化钼（MoS₂）的析氢电催化剂的研究现状,阐述了催化活性位点调控策略与提高导电性两条技术途径,并以析氢过电位和塔菲尔曲线斜率为依据,比较不同方法制备的二硫化钼电催化剂的催化活性。表明提高二硫化钼晶相稳定性、调节其电子结构和优化催化电极结构等方法,将进一步提高基于二硫化钼的析氢催化电极性能。     

MoS2基单原子催化剂的合成及其在电催化中的应用

电催化由于反应条件温和、反应速率较快等优势,在能源存储与转化、高值小分子合成等领域具有极大应用前景。因此,设计开发高效的电催化剂是推动电催化反应工业化的核心问题。二硫化钼(MoS₂)以其低成本、可调的电子性质和优异的化学稳定性,被认为是用于电催化的最有前景的候选材料之一。同时,单原子催化是一种功能强大、极具吸引力的技术,成本显著降低,且具有优异的催化活性。本文首先综述了MoS₂基单原子催化剂的制备策略,包括电化学沉积、湿化学浸渍、水热/溶剂热和氢气等离子体还原。其次,在此基础上重点介绍了相应催化剂在电催化领域的应用。最后,从单原子改性、机理研究、合成工艺三个方面讨论了新的研究方向和未来趋势,即制备多金属MoS₂基单原子催化剂,深度表征和计算澄清反应机理,开发绿色环保的合成工艺等。     

中空硫球-MoS2/rGO材料的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池凭借高理论能量密度和高理论比容量的优势成为极具发展前景的储能设备。然而,单质硫和硫化锂的绝缘性、放电过程中产生的体积膨胀及多硫化物溶解导致的“穿梭效应”等问题,限制其商业化发展。为解决上述问题,采用低温液相法合成中空硫球（HS）,通过水热法制备纳米花状MoS₂/还原氧化石墨烯（MoS₂/rGO）,随后将MoS₂/rGO包覆在HS表面获得HS-MoS₂/rGO复合正极材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS等对该材料的晶体结构、形貌等性质进行表征,采用循环伏安法、交流阻抗法以及恒流充放电对复合正极进行电化学测试。研究表明,MoS₂/rGO对多硫化物具有强吸附能力和高催化活性,能够有效限制多硫化物的穿梭;同时硫球的中空结构能够缓解体积膨胀,保持正极结构稳定。HS-MoS₂/rGO正极展现出优异的倍率性能和循环稳定性。