高温车用燃料电池的发展及现状综述

燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点，被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃，低温的工作环境使其面临着诸多问题，如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作温度可以缓解这些问题，提高燃料电池的性能。然而，高温的工作环境也会对燃料电池带来诸多挑战，如膜脱水、催化剂团聚、冷启动速度缓慢等。要促进高温（90～120℃）车用燃料电池的快速发展，需要对其问题及解决方法进行分析。本文从电堆比功率、膜电极、双极板、进气方式、加湿方式等方面，介绍燃料电池的发展现状及存在的问题，包括Nafion膜和催化剂的热稳定问题、双极板的耐腐蚀问题、流道的气体分配问题、进气方式和加湿方式的优化以及冷启动问题。指出通过掺杂亲水性氧化物改善Nafion膜的高温性能；将Pt合金化及采用介孔炭提高催化剂的稳定性和电化学活性；镀层不锈钢金属双极板可以增强耐腐蚀性；3D流场等新型流场结构及提高进气温度、速度可以提高气体的均匀性；采用自增湿方式可以简化电堆结构等解决方法，以期对燃料电池车的进一步发展起到引导作用。     

β-环糊精修饰Ni/SFCC强化C9石油树脂催化加氢性能

以废弃的流化催化裂化催化剂（简称SFCC）为载体、β-环糊精为金属络合剂、硝酸镍为镍源，采用湿法浸渍法制备β-环糊精修饰的Ni/SFCC催化剂（简称Ni/SFCC-CD催化剂），考察其对C9石油树脂的催化加氢性能。通过BET比表面积测试、H2程序升温还原、X射线光电子能谱等手段对催化剂的物相结构进行表征，研究β-环糊精的作用机理及其对催化剂加氢性能的影响。研究结果表明：在反应温度为260 ℃、反应压力为7 MPa、反应时间为2.0 h的最优条件下，采用Ni/SFCC-CD催化C9石油树脂加氢，可制得溴值为1.45 gBr/（100 g）、色号（加纳德）小于1的水白色氢化C9石油树脂，催化剂循环使用4次后仍保持良好活性；β-环糊精的作用机理是：β-环糊精与硝酸镍产生络合作用，抑制硝酸镍的分解、控制NiO的结晶过程和增强活性组分Ni与载体之间的相互作用力，从而提高了Ni/SFCC-CD的催化活性和稳定性。     

Transesterification of Palm-based Methyl Palmitate into Esteramine Catalyzed by Calcium Oxide Catalyst

The technology for transesterification reactions between methyl esters and alcohols is well established by using classical homogeneous alkaline catalysts, which provide high conversion of methyl esters to specialty or nonindigenous esters. However, in certain products where the purity of the esters is of concern, the removal of homogeneous catalysts after the completion of the reaction is a challenge in terms of production cost and water footprint. Therefore, a study to investigate the potential of heterogeneous catalysts was conducted on reactions between methyl palmitate and triethanolamine. The degree of basicity and active surface area of calcium oxide (CaO), zinc oxide (ZnO), and magnesium oxide (MgO) were first characterized by using temperature-programmed desorption (TPD-CO₂) and Brunauere–Emmett–Teller (BET), respectively. Among the metal oxides investigated, the CaO catalyst showed the best catalytic activity toward the transesterification process as it gave the highest conversion of methyl palmitate and yielded fatty esteramine compositions similar to the conventional homogeneous catalyst. The optimum transesterification condition by using the CaO catalyst utilized a lower vacuum system of approximately 200 mbar, which could minimize a considerable amount of energy consumption. Furthermore, low CaO dosage of 0.1% was able to give a conversion of 94.5% methyl ester and formed esteramine at 170 °C for 2 h. Therefore, the production of esterquats from esteramine may become more economically feasible through the methyl ester route by using the CaO catalyst, which can be recycled three times.     

绿色合成分子筛的研究进展

分子筛由于具有规则的孔道结构、适宜的酸性、良好的热和水热稳定性等特点,广泛应用于吸附、分离、离子交换及催化等领域。传统水热法制备分子筛因需要使用大量溶剂和有机模板剂,存在合成效率低、生产成本高、污染环境等一系列问题。近年来,随着"绿色化学"理念的深入人心,开发绿色、可持续的分子筛制备路线备受关注,逐渐成为该领域的研究热点。本文主要从水热法、离子热法、干胶法以及无溶剂法等几个方面,对国内外分子筛绿色合成的最新研究进展进行综述,并归纳比较上述合成方法的优缺点。最后,提出目前绿色合成分子筛过程中存在的问题,展望其未来发展前景。     

Effects of molecular modifications for water splitting enhancement of BiVO4

Combined organic (molecular adsorption) and inorganic (TiO₂ passivation) modifications for enhancing water splitting efficiency of porous bismuth vanadate electrodes are tested. The catalytic activity of BiVO₄ is increased after adsorption of a newly prepared ruthenium catalyst. TiO₂ passivation and sensitization with RuP dye does not show straightforward improvements to the complex photocatalytic behaviour depending on the configuration of the (two- or three-electrode) photoelectrochemical cell, type of the experiment and sample aging. The time constant for electron transport in BiVO₄ electrodes (in the range of seconds, revealed by electrochemical impedance measurements) was found to correlate with the stable photocurrent of the cells. The femtosecond transient absorption studies confirm the negligible effects of RuP on the population of the photoexcited carriers in BiVO₄. The transient absorption studies also show that the processes responsible for the differences in photocurrents of the modified BiVO₄ samples occur on a time scale longer than the first nanoseconds.     

Novel core-shell-like Ni-supported hierarchical beta zeolite catalysts on bioethanol steam reforming

Hierarchical-Beta zeolites have been hydrothermally synthesized by adding a new gemini organic surfactant. The used gemini surfactant play the role of a “pore-forming agents” on the mesoscale, on the same time, providing alkaline environment for the system. With this hierarchical Beta zeolite as the core support, we successfully prepared a shell layer of Ni-containing (22 wt%) petal-like core-shell-like catalyst and applied it to bioethanol steam reforming. At the reaction temperature of 350 °C–550 °C, the conversion rate of ethanol and the selectivity of hydrogen were always above 85% and 70%. After reaction of 100 h on stream at 400 °C, there were not obvious inactivation could be observed on NiNPs/OH-MBeta catalyst.     

水热法制备Sr_2FeNiO_6催化剂及其催化性能研究

采用水热法制备双钙钛矿催化剂Sr_2FeNiO_6,考察不同浓度KOH溶液(4 mol·L~(-1)、6 mol·L~(-1)、8 mol·L~(-1)、10 mol·L~(-1)、12 mol·L~(-1)、14 mol·L~(-1))对催化剂性能的影响,利用X射线衍射、比表面积测定、程序升温还原和扫描电镜等对样品进行性能表征,并以催化甲烷燃烧为目标,考察催化剂催化性能。结果表明,矿化剂KOH浓度对样品性能影响较大,当浓度为10 mol·L~(-1)时,起燃温度最低,T_(10%)为430℃;浓度为8 mol·L~(-1)时,样品比表面积最大,为19.0 m~2·g~(-1),完全燃烧温度最低,T_(90%)为610℃。     

阴离子种类及浓度对RCT催化剂催化湿式氧化处理头孢废水的影响

采用催化湿式氧化法处理头孢类废水,以RCT为催化剂,考察了阴离子对污染物降解效果的影响。结果表明,不加阴离子时,RCT催化剂能有效催化污染物的降解,TOC和TN去除率分别为78.3%和85.9%;投加不同阴离子对反应的影响不同。RCT催化剂可将头孢氨苄废水中的有机N转化为$N_{2}$,少部分以$NO_{3}-N$形式存在;阴离子F^-、Cl^-、Br^-、I-及$S^{2-}_{4}$对TN的降解影响不大,而$N^{-}_{3}$、$P^{3-}_4$、$CO^{2-}_{3}$、$Si^{2-}_{3}$及$B_{4}O^{2-}_{7}$则明显抑制了对TN的去除。投加F^-、Cl^-、Br^-、I-及$NO^{-}_{3}$对TOC的降解有促进作用(I^-> F^-> Cl^-> Br^-> $NO^{-}_{3}$),TOC的降解率提高了3.1~18.6个百分点;而投加$S^{2-}_{4}$、P,$P^{3-}_4$、$CO^{2-}_{3}$、$SiO^{2-}_{3}$及$B_{4}O^{2-}_{7}$对TOC的降解有抑制作用($SiO^{2-}_{3}$> ,$P^{3-}_4$> $CO^{2-}_{3}$> $B_{4}O^{2-}_{7}$> $S^{2-}_{4}$),TOC的降解率降低了2.0~46.9个百分点。研究Cl-浓度对RCT催化剂降解效果的影响,当Cl-为0.1 mol·L-1时,对TOC的去除有抑制作用,而较高的Cl-浓度(≥0.3 mol·L-1)对TOC的去除却有促进作用,投加Cl-对TN的去除有促进作用,但随着Cl-浓度的增加[(0.1~0.8) mol·L-1],TN的去除率变化不明显(约为88%)。     

Ni-P/HZSM-5催化木质素降解制备酚类化学品

采用Ni-P复合改性HZSM-5催化剂催化木质素降解制备高附加值的单酚类化学品，探讨了催化剂种类、金属负载量、反应温度、反应时间以及溶剂种类对木质素催化降解制备酚类化合物的影响。同时采用X射线衍射仪（XRD）、比表面积和孔径分析仪（BET）、化学吸附仪（NH₃-TPD）、热重分析仪（TG）以及气相色谱质谱联用仪（GC/MS）对催化剂以及液相产物进行分析表征，同时探讨其催化失活以及再生机制。结果表明：Ni、P高度分散在HZSM-5催化剂的表面，Ni的添加有效地弱化了C－C键，致使β-O-4和α-O-4发生断裂，有效地提高了木质素加氢解聚的活性，减少了焦炭的生成，但催化剂的再生水热稳定性较差，重复使用性较低。当采用甲醇为供氢试剂，在反应温度为220℃，氢气压力为2MPa，反应时间为8h，催化剂负载量为10%，NaOH为共催化剂时，其木质素的转化率为98.6%，酚类化合物的含量达到74.97%。产物以苯酚、愈创木酚和紫丁香酚为主，低温促进了紫丁香酚的产生。     

OMS-2催化剂成型工艺研究及其在印染废水处理中的应用

以OMS-2粉体催化剂为基础,对催化剂进行挤出成型,考察粘结剂种类、粘结剂用量、润滑剂和孔结构改进剂用量、焙烧温度对成型催化剂机械强度的影响。得到最佳成型工艺条件为,粘结剂硅溶胶用量为OMS-2粉体催化剂质量的105%～110%、辅助粘结剂纳米ZrO_2用量为OMS-2粉体催化剂质量的30%～35%、润滑剂田菁粉用量为OMS-2粉体催化剂质量的2. 5%～3. 0%、孔结构改进剂柠檬酸用量为OMS-2粉体催化剂质量的5%～6%,焙烧温度450℃。成型后催化剂机械强度可达150 N·cm~(-1),满足工业化应用对催化剂强度的要求。将成型催化剂应用于催化湿式氧化印染废水处理,经过432 h活性评价时间,COD平均去除率约91. 6%,反应结束后催化剂结构完整,平均机械强度约144 N·cm~(-1),表现出良好的水热稳定性。