非贵金属单原子催化剂的研究进展

单原子催化剂最大限度地提高金属利用率,提升催化剂的性能,并促进对多相催化的过程与机理的认识向原子级别层面深入。近年来非贵金属单原子催化剂发展迅猛,在某些特定反应中已达到媲美甚至超越贵金属催化的性能,为贵金属催化剂的替代提供了新的可能,表现出了极大的应用前景。综述了近年来非贵金属单原子催化剂的制备、表征方法及其在电催化、加氢及脱氢反应、液相氧化反应、光催化还原CO2等领域的应用研究进展,同时展望了非金属单原子催化剂的发展趋势。     

XAFS在单原子催化剂表征中的应用

单原子催化剂具有极高的原子利用效率、高反应活性以及产物选择性，在工业催化等领域具有广阔的应用前景。因同步辐射光源的X射线精细结构吸收谱（XAFS）对电子结构和近程原子排列高度敏感，是单原子催化剂研究的强有力表征手段。综述了XAFS在单原子催化剂精细结构表征中的研究进展，介绍了原位反应条件下XAFS在催化剂构效关系中的应用情况，并指出XAFS技术在单原子催化剂开发中的应用前景与挑战。     

中国科学院单原子催化剂研究取得新突破

<正>中国科学院大连化学物理研究所(简称大连化物所)在单原子催化研究方面取得新进展,首次发现单原子催化剂具有与均相催化剂相当的活性,从实验上证明单原子可能成为沟通均相催化与多相催化的桥梁。五年前,大连化物所在国际上首次报道了单原子催化剂的制备与性能,并在此基础上提出了"单原子催化"的概念。单原子催化现已成为催化领域新的前沿与热点之一。由于单原子催化剂兼具均相催化剂的"孤立活性位点"和     

中国科学院大连化学物理研究所的单原子催化剂用于CO_2转化技术取得新进展

<正>近日,中国科学院大连化学物理研究所(简称大连化物所)的"单原子催化剂的设计合成及催化应用策略研究"项目取得新进展,采用含氮有机聚合物材料为载体,制备出类均相铱活性中心的单原子催化剂,该催化剂在CO_2加氢反应中表现出优异催化性能。"单原子催化"概念由大连化物所、清华大学及美国亚利桑那州立大学于2011年共同提出,迅速成为多相催化领域的研究前沿,并有望成为关联多相与均相催化的桥梁。但催化剂载体表面的不均匀性对单原子催化剂的形成、稳定性能     

多相催化中的纳米材料和纳米构筑

从多相催化作用中的关键效应、纳米材料的特异性能、纳米材料的尺寸和形貌可控制备以及纳米结构可控建构等方面,对近年来纳米材料与技术在多相催化中的研究和应用进展进行了综述。列举了纳米材料与技术在能源催化、光催化和石油化工领域以及重要反应的催化剂、分子筛限域催化剂和生物催化剂等方面的应用实例。指出纳米粉体材料最有可能在纳米催化剂中获得实际应用,而具有一定形貌、尺寸、晶型或晶面的单金属纳米催化剂最有可能在纳米结构与催化效应关联上得到深入剖析,兼具均相和多相催化剂优点的纳米生物催化剂则是今后应特别加以关注的研究方向。此外,还讨论了不同水平上的纳米催化剂的定义,提出了今后在纳米催化的基础研究与应用研究细节方面应重视的问题。     

双峰孔材料的制备及其在催化反应中的应用研究进展

双峰孔材料由于可在同一催化剂上构建适宜大分子扩散的通道和高的反应活性表面而在催化领域中引起广泛关注。综述了双峰孔材料的结构特点和构建机理，总结了双峰孔材料的制备原理及方法，并着重对其在电催化、光催化、油品加氢催化处理等领域的应用及催化剂性能提升原理进行了概述。在此基础上，对双峰孔材料的未来研究方向进行了探讨。     

磁性纳米材料在分离及催化中的应用

介绍了磁性纳米材料的特点、制备方法及主要用途,综述了国内外近年来磁性纳米材料在分离及催化应用中的研究进展。磁性纳米材料在分离中的应用主要有吸附脱硫、水中有机物的检测、金属离子的分离、生物分子的富集分离、有机磷杀虫剂的去除和富集以及化妆品中对羟基苯甲酸酯的富集;在催化中的应用则主要集中在固体酸催化、固体碱催化、Heck 催化、光催化、催化氧化等领域。磁性纳米材料既具有均相催化剂的高活性,又避免了非均相催化过程中的扩散限制,同时赋予了催化剂独特的磁分离特性,简化了操作流程,降低了操作成本。然而该领域的放大实验还不十分成熟,特别是磁性纳米材料的应用还需进一步研究。     

甲烷干重整及金属-载体相互作用

CO2和CH4均是温室气体的重要成员并且数量可观，其资源化利用对于应对气候变化和能源危机具有重要意义。甲烷干重整是经典转化方式之一，将CO2 “供氧”还原反应和CH4 “需氧”氧化反应结合起来并相互转化，其产物合成气(H2和CO)可用于费 托合成碳氢化合物液态燃料。近年来，干重整已经成为能源环境领域热点之一，在重整新工艺和催化剂设计策略方面取得了重要进展，推动了高活性和高稳定性催化剂和新工艺研发。详细综述了甲烷干重整工艺和催化剂的研究成果，重点介绍了干重整工艺新发展和催化剂功能设计，结合Ni载体相互作用、双金属协同效应、界面效应、单原子催化等新策略对干重整工艺中的基础科学问题进行了探讨，并对干重整技术现有难点和未来发展方向进行了展望。     

乙炔选择性加氢催化剂的结构及性能调控

催化加氢可以有效去除乙烯原料气中微量的乙炔。通过综述近年来国内外以Pd基催化剂为主的关于调控乙炔选择性加氢催化剂结构及反应性能方面的相关研究和进展,探讨了活性组分粒径、形貌对催化剂吸/脱附乙烯性能的影响;评述了添加助剂形成的合金或者金属间化合物,利用其几何效应提高活性中心分散度,利用电子效应优化电子性质使反应关键步骤的吸脱附行为发生改变;阐述了通过调控载体对金属原子锚定,使金属的分散度提高进而获得优异的催化性能;叙述了不同制备方法对催化剂结构及催化性能的影响。指出提高催化剂性能是当今研究的重中之重,未来负载型催化剂的研究方向依旧是构建高乙烯选择性和良好稳定性的高分散乃至单原子催化剂。     

上海交通大学的选择性光催化甲烷制甲醇研究获进展

上海交通大学、北京大学和中国科学院大连化学物理研究所的联合研究团队通过水热合成、光化学还原两个步骤得到1种二维二氧化钛(2DT)纳米片担载的单原子Pd催化剂,其具有较好的光催化甲烷制甲醇性能。相关研究成果发表于《美国化学会催化》杂志。甲烷高效转化为甲醇等高附加值化学品,对C 1催化和环境可持续发展具有重要意义。由于原子层厚度二维半导体催化剂和原子尺度金属助催化剂能够最大化暴露催化活性位点,且具有独特的电子结构,因此该类催化剂比传统块状催化剂具有更好的应用前景。     

CH_4、CO_2与O_2催化氧化重整制合成气的研究Ⅰ．催化剂的筛选

采用正交设计法和分形法设计ＣＨ４、ＣＯ２和Ｏ２催化氧化重整制合成气的催化剂。正交设计法和分形法的设计结果均为Ｎｉ－Ｃｅ／Ａｌ２Ｏ３，证明分形法在催化剂筛选中是有效的     

硅胶固载复合离子液体催化CO2与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯

制备了3种硅胶固载不同侧链长度的咪唑类复合离子液体催化剂,将其用于催化环氧丙烷与CO2合成碳酸丙烯酯的环加成反应,均表现出良好的催化活性。系统考察了不同种类催化剂对该催化反应的影响,进一步考察了反应压力、反应温度、反应时间和催化剂用量对硅胶固载的溴代1 十八烷基 3 甲基咪唑溴化锌离子液体（SiO2/［C18MIM］［Zn2Br5］）催化环加成反应的影响。结果表明,离子液体的结构特点对催化性能影响很大,对于烷基咪唑离子液体其侧链长度越长,催化性能越好,SiO2/［C18MIM］［Zn2Br5］在该环加成反应中具有最佳的催化性能;在温度为120℃、压力为20 MPa、反应时间为25 h、催化剂用量为20%时,反应物环氧丙烷的转化率为997%,产物碳酸丙烯酯的选择性为963%,且可循环使用7次以上。     

金属修饰的Mg-Al复合氧化物催化氨基甲酸甲酯和甲醇合成碳酸二甲酯

以共沉淀法制备了一系列金属改性的Mg Al类水滑石(HTlc),经500 ℃煅烧,获得各种金属修饰的Mg Al复合氧化物(CHT 03M 500,M=Mn、Ni、Zn、Y或La)催化剂,借助XRD、SEM、N2吸/脱附和CO2 TPD等手段对其物理化学性质进行表征,在釜式反应器中考察其催化氨基甲酸甲酯(MC)和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)的反应性能。以Y修饰的Mg Al复合氧化物为模板催化剂,考察了Y掺杂量和前驱体煅烧温度对催化性能的影响,并优化了反应条件。结果表明：CHT 03M 500样品表面碱性质与所掺杂金属的种类有关,催化剂活性与其表面碱性位的总数目成正比;在各种催化剂中,CHT 03Y 500具有最大的碱密度,因而其催化能力最高,在反应温度为200 ℃、反应时间为6 h、催化剂用量为05 g的条件下DMC收率最高可达583%;此外, CHT 03Y 500催化剂具有良好的重复使用性和催化稳定性。     

光催化氧化催化剂载体的研究进展

综述了近年来负载型光催化氧化催化剂载体的研究进展,并对不同类型载体(包括硅基、碳基、金属及金属骨架类载体等)的特性进行了分析总结.硅胶、活性炭、金属氧化物等常见载体,经提纯、改性后,负载的催化剂均表现出较好的光催化氧化性能.介孔分子筛类载体凭借高比表面积以及丰富独特的孔道结构成为研究热点;金属有机骨架材料作为一种新兴材...     

新型酸性离子液体的合成及其催化性能研究

合成了5种不同的酸性离子液体,分别以新合成的5种酸性离子液体为催化剂,环氧丙烷和CO2为原料,在相同条件下催化合成碳酸丙烯酯,筛选出催化性能最好的酸性离子液体1 -丙酸基-3-甲基咪唑溴盐.该离子液体作为催化剂的最佳使用条件为:反应温度110℃,反应压力1.5 MPa,反应时间2h,n(催化剂)∶n(环氧丙烷)=1∶5...     

CO/CO2催化加氢双功能催化剂新进展

CO/CO2催化加氢制高附加值化学品是降低石油资源依赖、实现碳减排的有效途径。近年来国内外科学家致力于开发新型双功能催化剂,将传统F-T合成催化剂或甲醇合成催化剂分别与H-ZSM-5、SAPO-34等酸性分子筛耦合,实现了CO/CO2催化加氢一步制低碳烯烃、汽油、芳烃等化学品。围绕耦合不同反应,设计高效双功能催化剂,调控产物分布是碳一资源化学利用的关键。综述了“氧化物-分子筛”双功能催化剂发展近况,不同活性组分组合方式、空间距离对CO/CO2选择转化制高附加值化学品反应性能的影响,展望了双功能催化剂发展方向。     

CO_2／H_2合成低碳烯烃催化剂的制备方法及反应条件

研究了Ｆｅ３（ＣＯ）１２／ＺＳＭ－５的制备方法及反应条件对ＣＯ２／Ｈ２合成低碳烯烃反应性能的影响。结果表明，采用该实验室发展的分步回流浸渍法能有效地将Ｆｅ３（ＣＯ）１２负载在ＺＳＭ－５分子筛上。该催化剂在常压下对ＣＯ２／Ｈ２合成低碳烯烃反应有良好的催化性能。     

负载型镁铝水滑石催化酯交换合成生物柴油

采用共沉淀法合成了镁铝水滑石,以其为载体负载K2CO3制备了负载型镁铝水滑石催化剂,用于菜籽油酯交换合成生物柴油。研究了未负载活性组分时,镁铝水滑石和焙烧后得到的镁铝复合氧化物对酯交换反应的催化活性,以及负载K2CO3后,活性组分负载量对催化剂活性的影响,并利用X射线衍射表征了焙烧前后以及负载K2CO3前后催化剂物相结构的变化。实验发现,水滑石载体和K2CO3在高温焙烧后形成的钾铝和镁钾氧化物是催化剂碱性和活性提高的重要原因。进一步优化了活性组分负载量和酯交换反应条件,以镁铝水滑石为载体,负载25%的K2CO3作为催化剂,在催化剂用量2%,醇油摩尔比12∶1,反应温度60℃,反应时间1.5h时,油脂转化率高达99%。     

推进清洁生产技术的有效手段——均相催化多相化

综述了近年来为解决催化剂有效分离而研究开发的液/液两相催化体系,特别是结合现有工业应用实例,从开 发清洁生产工艺的角度对均相催化多相化的工业应用前景进行了评述。     

硅-铝催化剂酸中心形成及其结构

 含 Si、Al 元素的固体酸催化剂,其活性与其酸性质密切相关。催化剂酸性来源于不同氧配位数的 Al 原子,而与 Si 原子无关。催化剂的酸类型、酸强弱取决于 Al 原子的氧配位数,即与 Al 原子形成配位的氧原子的个数。Al 原子的氧配位数与其外层轨道的杂化方式有关。¹³Al 外层电子排布是3s²3p¹d⁰,其外层轨道有 sp³、sp³d 和 sp³d²杂化3种杂化方式。Al 原子外层轨道经 sp³杂化形成4个sp³杂化轨道,其中有3个未成键的 sp³杂化轨道和1个空的sp³杂化轨道。如果1个Al 原子与2个O原子（sp³杂化）形成共价键,其结构为[AlO₂]. 这种 Al 原子外层还有1个价电子和1个空轨道,空轨道可吸引孤对电子,[AlO₂]是二配位L酸中心;如果1个Al 原子与3个O原子形成共价键,其结构为[AlO₃],则 Al 原子外层有1个空轨道,[AlO₃]是三配位L酸中心。如果1个Al 原子与4个O原子和1个H原子形成共价键,其结构为四配位的 H[AlO₄]正四面体;Al 原子外层轨道经sp³d 杂化,可形成5个sp³d杂化轨道,有3个未成键的 sp³d杂化轨道和2个空的sp³d杂化轨道,1个Al 原子可与5个O原子和2个H原子形成共价键,其结构为五配位的 H₂[AlO₅]正四方锥或三角双锥;Al 原子外层轨道经 sp³d²杂化,可形成6个sp³d²杂化轨道,有3个未成键的 sp³d²轨道和3个空的 sp³d²杂化轨道,1个 Al 原子可与6个O原子和3个H原子形成共价键,其结构为六配位的 H₃[AlO₆]正八面体。H[AlO₄]有提供1个H⁺的可能,是四配位B酸中心,H₂[AlO₅]有提供2个H⁺的可能,是五配位B酸中心,H₃[AlO₆]有提供3个H⁺的可能,是六配位B酸中心。