贵金属单原子催化剂的制备、表征及在化学化工中的应用

贵金属单原子催化剂具有极高的原子利用率和单位质量活性，在众多化学反应中表现出优异的催化性能。介绍了在传统化学化工领域所用贵金属单原子催化剂的制备、表征及应用3个方面的研究进展。湿化学法制备贵金属单原子催化剂因成本低廉、操作简单而被广泛使用；球差电镜及同步辐射是用于贵金属单原子催化剂表征的最为直接有效的手段；当前，贵金属单原子催化剂主要应用于水煤气变换反应、CO₂加氢转化反应、氢甲酰化反应、CO低温氧化转化、丙烷脱氢制丙烯反应及硅氢加成反应等领域。贵金属单原子催化剂也存在一定的局限性，主要包括稳定性差、缺失相邻的集合位点及宏量制备困难等。强化制备工艺与表征技术的融合、探究单原子催化剂的催化机制及反应动力学、寻求特定的适用于单原子催化的反应过程、设计可用于工业化生产的催化剂制备工艺，是推动贵金属单原子催化剂产业化发展的重要途径。     

非热等离子体催化转化C1分子及其催化剂研究进展

非热等离子体催化具有反应条件温和、启动快和反应器结构紧凑等特点,在C₁分子催化转化领域（如CO₂加氢、甲烷活化、水煤气变换反应和甲醇重整制氢）有着广阔的应用前景。具体来说,等离子体特有的高能电子可在气相中快速活化稳定性极强的C₁分子并生成活性物质,接着与催化剂结合发生表面化学反应,从而实现常温常压下C₁分子的高效转化。然而,等离子体与催化剂之间的协同作用机制以及催化机理极为复杂,仍有待进一步研究。本综述简单介绍了非热等离子体催化转化C₁分子的近期研究进展,重点探讨了适用于非热等离子 体的催化剂研究以及催化机理的高级原位表征。最后,提出了非热等离子体催化转化C₁分子的未来发展方向：①设计并构筑适用于非热等离子体催化的高效催化剂,并研究其构效关系;②发展高级原位表征技术,揭示活性物质的作用机理以及催化机理;③设计并构建高效的等离子体催化反应器,并建立反应器的理论模型和数值模拟方法,科学指导等离子体反应器的设计、优化和放大。     

单原子位点催化剂及其电催化应用研究进展

单原子位点催化剂作为新兴类别,由于具有接近100%的高效原子利用率,出色的活性、选择性和稳定性等优异特性,受到广泛的关注和研究。本文综述了单原子位点催化剂的最新研究成果及在电催化领域的应用。详细介绍了单原子位点催化剂的制备方法,包括“自下而上”合成策略中的共沉淀法、电化学沉淀法、原子层沉积法、光化学法和原子约束法等,“自上而下”合成策略中的高温原子迁移捕获法、高温热解法和悬挂键捕获法。分析了用于表征单原子位点催化剂的高角环形暗场透射扫描显微镜和X射线吸收光谱表征技术,进行单原子位点催化剂理论计算的密度泛函理论（DFT）和第一性原理。在电催化领域的应用主要包括氧还原反应（ORR）、氮还原反应（NRR）、CO₂还原反应（CO₂RR）、氢析出反应（HER）和氧析出反应（OER）。最后指出目前单原子位点催化剂存在无法大规模生产和催化机制不清晰等问题并给出相关建议,展望了单原子位点催化剂的发展前景,指出创新制备方法以实现稳定型单原子位点催化剂的大规模制备及工业应用,利用先进表征技术进一步明确单原子位点催化剂催化机制是未来发展的方向。     

中空纳米材料功能化及在催化反应中的应用

近年来,中空纳米材料以其独特的结构和优异的性能,在许多学科研究中引起了广泛的关注。中空纳米结构具有高的比表面积、明确的活性中心、有限的孔隙空间和可调的传质速率,可在光催化、电催化、均相、非均相等多种催化反应中作为催化剂、载体和反应器。基于最先进的合成方法和表征技术,研究者们致力于中空纳米材料有目的功能化,以用于研究催化机理和复杂的催化反应。本文综述了如何构筑纳米反应器以实现更高活性和选择性的催化反应。尤其是关于中空纳米材料的表面功能化策略,具体包括形貌和组成改性、包封、多壳层构筑、单原子位点设计、表面分子工程化等五大部分,为中空纳米材料功能化变为有效催化剂的合理设计和开发提供了理想的模型。     

Ziegler-Natta催化剂的表征研究进展

综述了自烯烃聚合催化剂问世以来国内外在Ziegler-Natta催化剂(Z-N催化剂)表征方面的研究进展,介绍了通常用于Z-N催化剂表征研究的仪器及其研究内容,包括X光衍射、电子顺磁共振技术、核磁共振波谱技术、红外光谱、拉曼光谱、X光电子能谱,电子显微镜、热分析技术等,阐述了利用各种现代化仪器对催化剂的物化性质及其各组分间相互作用的细致表征构成了Z-N催化剂结构-性能研究的重要基础,探讨了Z-N催化剂表征研究的前景。     

单原子催化剂的制备方法及其应用

单原子催化的提出将人们的视野从纳米级别带入了原子尺度。近年来,单原子催化剂已经在不同的催化领域展现出前所未有的前景,单原子催化剂的研究也越来越深入。综述了单原子催化剂的结构性能、表征技术。介绍了近年来单原子催化剂在电催化、光催化、热催化领域的应用,并提出了单原子催化领域目前仍需解决的问题。     

过渡金属单原子催化剂活化H2O2/PMS/PDS降解有机污染物的研究进展

单原子催化剂（SACs）是一种将金属以原子态负载于载体上的新型材料,具有原子利用率高、催化活性强和易回收等优点,使其在催化降解有机污染物方面备受关注。本文介绍了SACs的催化影响因素,总结了SACs催化降解有机污染物在环境领域中的应用。此外,着重综述了不同过渡金属（Fe、Co、Mn、Cu等）单原子催化剂在基于双氧水或过硫酸盐的高级氧化技术中的催化机理,单原子金属（M）一般与N键合形成活性位点M—N _x,活化氧化剂生成自由基或单线态氧,高效降解有机污染物。最后,提出未来SACs在催化降解有机污染物的研究方向是合成金属负载量高、稳定性高、pH适用范围更广的SACs,以及根据SACs的结构-性能关系和催化机理,对目标污染物设计特定催化剂。     

Advance in non-noble metal catalysts for catalytic combustion of volatile organic compounds

催化燃烧是实现挥发性有机物（VOCs）高效燃烧的一种处理技术。本文综述了近年来催化燃烧处理VOCs用非贵金属催化剂,包括单一过渡金属氧化物催化剂、复合过渡金属氧化物催化剂以及钙钛矿型催化剂的研究进展。重点综述了水蒸气对催化燃烧VOCs反应过程的影响。提出高效非贵金属催化剂的研制需结合实际应用中的工艺条件,催化机理和优化制备过程是催化燃烧VOCs用非贵金属催化剂深入研究的重点和主要方向。     

固体核磁共振波谱在石油化工多相催化研究中的应用进展

介绍了固体核磁共振波谱法(NMR)中的魔角旋转(MAS)、多量子跃迁(MQ MAS)、多核共振(REDOR等)、原位测试(in situ)和核磁共振成像(MRI)等技术在考察催化材料中A1等四极矩不为零的核、表征骨架内外A1的配位和结构及研究反应物分子在催化剂上的吸附状态和催化机理方面的应用进展.评述了固体NMR在炼油和化工催化材料研究中的应用实例.     

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。     

单原子催化剂的制备及电催化应用研究进展

综述了近年来单原子催化剂合成方法的研究进展以及在制备过程中提升催化剂活性所要解决的问题.重点介绍了单原子催化剂在质子交换燃料电池(PEMFC)和二氧化碳电化学还原反应(CO2 RR)中的应用.最后结合目前单原子催化剂的研究现状和挑战,展望了其发展前景,以期对进一步构筑具有特定结构和催化功能的单原子催化剂的实验及理论起到...     

固体火箭推进剂用燃烧催化剂研究新进展

从纳米燃烧催化剂、含能催化剂和双金属燃烧催化剂三方面综述燃烧催化剂的研究新进展。总结了各类催化剂的特点和发展过程中的技术难题,指出燃烧催化剂的发展方向,如纳米催化剂的团聚抑制和催化机理、含能催化剂能量与感度的统一以及双金属催化剂的结构表征和含能化等。附参考文献55篇。     

适用于催化剂和发光材料研究的并行合成和高通量表征技术

介绍了作者课题组近年来所发展的适用于催化材料和发光材料研究的并行合成和高通量表征技术,以及在新材料筛选方面开展的工作。在并行合成方面包括组合喷射合成仪、微型阵列式溶液燃烧技术以及结合四元掩模和连续掩模的磁控溅射和脉冲激光沉积系统;高通量表征部分包括真空紫外荧光照相系统和组合光谱扫描仪、红外热成像筛选装置和同步辐射红外光谱成像系统。最后,简要介绍了利用所发展的组合技术在稀土聚合物敏化发光材料、真空紫外荧光材料以及可见光响应光催化材料方面开展的工作。     

负载固相的铑基催化剂应用于烯烃氢甲酰化反应的研究进展

负载固相的催化剂因其简便的分离循环操作以及可观的催化性能而广受关注,但存在反应活性较差、金属流失量较大、催化剂制备成本较高等问题。本文首先从不同负载材料的角度综述了近年来该类催化剂最新的研究进展,主要探讨了载体的表面性质、催化剂的制备方法、膦配体等对催化性能的影响;最后介绍了新型的单原子催化剂所取得的突破性进展。分析表明：具有"类均相"特点的多孔有机聚合物的催化活性很好,而超支化聚合物功能化的磁性纳米催化剂的稳定性更佳。另外还对负载型铑催化剂未来的研究方向进行了展望：需要进一步加深对多孔有机聚合物的化学结构的理解,以便对其更好地表征;借助一些先进的表征技术如高角环状暗场扫描透射电镜和密度泛函理论的计算来深入研究载体结构对单原子催化剂的催化性能的影响。     

用于CO氧化的单原子催化剂研究进展

简述了用于CO氧化的单原子催化剂制备方法,总结了单原子催化CO氧化的反应机理,并以低温CO氧化为主线,重点介绍了近年来在实验和理论上研究的用于CO氧化的贵金属(Pt、Au、Pd、Rh、Ir、Ru)和非贵金属单原子催化剂,为今后研究单原子催化剂提供参考。     

分子模拟技术在脂肪酶性质及催化机理研究中的应用进展

脂肪酶是一种重要的生物催化剂,其来源广泛,可在水相甚至非水介质中催化多种反应,并表现出很高的立体选择性和催化活性。有关脂肪酶的应用和基础研究备受重视,特别是脂肪酶催化机理和结构功能关系成为近年来研究热点,基于现代计算机技术的分子模拟计算在相关研究中扮演着越来越重要的角色。本文综述了计算机辅助分子模拟技术应用于脂肪酶性质及催化机理研究领域的3个发展阶段：早期的分子动力学模拟主要用于脂肪酶构象变化的研究;随后出现的柔性分子对接技术则可研究和预测脂肪酶的对映体选择性及简单的催化机理;近年来发展的运算时间更长的分子动力学和量子力学/分子力学（QM/MM）方法则可全面研究脂肪酶的酶学性质及催化机理。通过对上述技术发展的回顾与对比分析可以预见,分子模拟手段将在酶的性质及酶催化机理研究领域发挥更为重要的作用,并且多种模拟技术的综合应用和从头计算分子模拟技术的日益成熟,将为人们更加深入地认识蛋白质构效关系发挥不可替代的作用。     

原子精密电催化剂的制备

在各种阴极氧还原反应(ORR)的催化剂中,原子精密电催化剂(包括单原子、双原子和多原子团簇)因较高的原子利用效率和优异的催化性能,受到人们的关注。但ORR过程非常缓慢,阻碍了燃料电池作为下一代绿色能源设备的商业化。因此,开发高性能、低成本的ORR电催化剂,提高燃料电池的能量转换效率非常迫切。为了提高ORR的性能,研究者展开了大量的研究,以微调它们的结构和识别活性位点。本文对目前原子精密电催化剂的合成策略以及相关的设计进行了总结。     

铁系催化剂在烯烃聚合中的研究进展

铁系烯烃聚合催化剂具有超高聚合活性,存在易合成、成本低、污染少以及所催化制备的聚烯烃(聚乙烯)具有更宽的相对分子质量分布等优点,显示出良好的工业应用前景.按铁系催化剂用于不同烯烃(单体)聚合的技术进展对铁系催化剂在烯烃聚合中的研究状况进行综述,包括铁系催化剂催化乙烯聚合与齐聚、铁系催化剂用于丙烯聚合、用于苯乙烯原子转移自由基聚合等.     

负载型钯催化剂上甲烷催化燃烧的研究进展

概述了负载型钯催化剂对甲烷完全氧化的催化机理,以及钯催化剂在甲烷催化燃烧中的性能特点。     

核壳型催化剂在大气污染物控制中的应用

核壳型催化剂在大气污染物的治理方面有着很好的发展前景,目前在三效催化净化汽车尾气、碳烟燃烧、选择性催化还原脱硝以及低温催化燃烧挥发性有机物等方面均有应用研究,其中,在选择性催化还原脱硝方面开展的研究较为充分。核壳结构在提高催化剂活性和稳定性上具有重要的作用,为充分发挥核壳结构的优势,使其在大气污染物控制中有更加广泛的应用,应进一步开展结构与功能关系及催化机理的理论研究,更好的指导高效催化剂的合成。