不同前体制备Ni催化剂及其在硫碘制氢中催化分解HI的性能

硫碘制氢是目前最有潜力的大规模低成本制氢方法之一。HI催化分解是硫碘制氢的关键步骤。本文采用4种具有代表性的镍盐前体--硝酸镍[Ni（NO₃）₂]、乙酸镍[Ni（CH₃COO）₂]和两种有机金属络合镍（乙酰丙酮镍[Ni（acac）₂]和亚硝酸三乙二胺合镍（[Ni（en₃）]（NO₂）₂）制备Ni催化剂,考察了不同镍盐前体对制备的Ni催化剂特性的影响规律以及Ni催化剂在HI催化分解中的性能。采用了BET、XRD和TEM等分析测试技术对制备的Ni催化剂进行了表征。研究结果表明,镍盐前体对制备的Ni催化剂的分散度、催化活性以及催化稳定性有重要的影响。以Ni（NO₃）₂和[Ni（en₃）]（NO₂）₂为前体制备的Ni催化剂具有良好的Ni金属分散度,Ni颗粒分散均匀且尺寸较小。由于高温和强腐蚀的反应环境（HI-I₂-H₂O体系）,Ni催化剂经过反应都会出现不同程度的失活。以[Ni（en₃）]（NO₂）₂为前体制备的Ni催化剂表现出最好的催化活性和稳定性,有望成为未来大规模硫碘制氢系统中HI分解的催化剂。     

镍基氨分解制氢催化剂体系助催化剂研究进展

氢能作为一种全球公认的清洁能源引起各界的广泛关注，催化氨分解反应是获得纯净氢气的重要途径之一。镍基催化剂因具有良好的经济性和催化活性，展示出潜在的工业应用前景。然而相比于贵金属催化剂钌、铱、铂，镍催化反应体系则需要更高的反应温度，增加了反应能耗。另外，高温反应条件也容易引起活性组分的烧结，导致活性降低。碱金属、碱土金属、稀土金属等助催化剂对改善镍基催化剂性能有显著的效果。结合金属镍氨分解制氢的反应机理，详细讨论了助催化剂的引入对催化剂性能提升的原因，主要表现在其改善了催化剂的酸碱性、金属分散性和颗粒大小以及稳定性等方面。最后，对镍基催化剂助催化剂的发展方向进行了合理展望，指出应从原位表征对催化剂进行研究，探索原子尺度的制备方法以实现精准调控，以及深入探究助剂的作用机理等。     

CO2甲烷化催化剂的研究进展

CO₂甲烷化反应因其可以将温室气体CO₂转化为清洁能源(CH₄)而受到广泛关注。本文介绍了CO₂甲烷化反应的机理与热力学研究进展,分析了CO₂甲烷化催化剂活性中心、粒子尺寸和载体效应对催化剂反应性能的影响规律。介绍了高熵合金、溶出型金属等新型催化剂在CO₂甲烷化反应中的应用,总结了影响Ni基CO₂甲烷化催化剂反应稳定性的2个主要因素(粒子烧结和硫中毒)以及提高Ni基催化剂抗烧结和抗硫中毒的举措(利用限域效应、添加CeO₂等),从而为新型CO₂甲烷化催化剂的研究和开发提供理论基础。最后,对CO₂甲烷化催化剂的研究开发进行了展望。     

氢气高温还原制备的负载型镍基催化剂用于苯酚加氢的性能

通过等体积浸渍法分别将Ni(NO₃)₂、NiCl₂、NiSO₄ 3种镍前体浸渍于A1₂O₃或SiO₂载体上,然后通过H₂高温还原法制备了负载型镍基催化剂,考察了镍前体、载体种类、镍负载量、反应条件等对镍基催化剂苯酚加氢性能的影响。结果表明,对比3种镍前体,在H₂高温还原体系中Ni(NO₃)₂最容易被还原,制备的镍基催化剂苯酚加氢活性最高。SiO₂负载的镍基催化剂活性远高于γ-Al₂O₃催化剂。适宜的Ni负载量有助于活性组分的分散和催化活性的提高。镍基催化剂的苯酚加氢产物以环己醇为主,相对缓和的反应条件更容易生成环己酮。在非极性溶剂正庚烷或环己烷存在下,苯酚加氢反应速率远远高于极性溶剂水或乙醇存在下的结果,而且环己酮的选择性更高。     

宽温型镍基甲烷化催化剂制备及催化性能

利用挤条成型及等体积浸渍法制备了负载型镍基甲烷化催化剂。通过H₂-TPR等表征方法对催化剂进行表征,研究了MgO对镍基催化剂中NiO与载体Al₂O₃相互作用力的影响。催化剂活性评价表明,助剂MgO在甲烷化反应中对CH₄选择性具有明显的促进作用。考察了催化剂的高温稳定性,并对镍基催化剂的低温失活现象进行了研究。     

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe₂B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni（OH）₂·2H₂O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe₂B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。     

不同载体镍基催化剂对1,4-丁炔二醇加氢性能的影响

采用等体积浸渍法将Ni分别负载在USY、ZSM-5、SBA-15、Al₂O₃和SiO₂ 5种载体上制备Ni质量分数为17%的负载型镍基催化剂,以1,4-丁炔二醇(BYD)加氢制1,4-丁二醇(BDO)为探针反应考察其催化性能。通过X射线衍射、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原及NH₃程序升温脱附对催化剂进行表征。结果表明,在不同载体的催化剂作用下,BYD的转化率均可达到99%以上,但BDO的选择性却有很大差异;其他条件相同时,Ni/SBA-15催化剂反应5 h时BDO的选择性达到83.1%,1,4-丁烯二醇(BED)的选择性为16.6%,且2-羟基四氢呋喃(HTHF)的选择性很低,这与Ni/SBA-15具有较大的比表面积和平均孔径、较弱的酸性和良好的活性金属组分镍分散性有关。进而筛选出在低温低压条件下BYD一步加氢制备BDO的镍基催化剂Ni/SBA-15。     

助剂对镍基生物质焦油重整催化剂性能影响的研究进展

分别以碱及碱土金属、过渡金属以及稀土金属3种常见助剂类型,探讨了不同助剂对镍基催化剂催化生物质裂解及气化重整制氢催化活性、催化剂物化特性及催化剂失活特性的影响。添加碱金属组分后,生物质热解反应速率会大幅上升,生物质焦的水蒸气气化反应得到促进,并且达到最大热解速率所需的温度也有所降低,热解产物趋向于小分子量产物;过渡金属对生物质气化过程中生成焦油的催化裂解重整具有较好的催化活性;稀土元素对甲醇水蒸气重整等催化反应有着重要的作用,镍基催化剂中加入Ce和Pr能提高甲醇转化率、改善产气组分、提高H₂的选择性。结合国内外的研究情况发现钴、镧等金属助剂有利于提升镍基催化剂重整制氢活性,催化剂积炭及表面活性颗粒的聚集是造成催化剂失活的主要原因。     

丙烷脱氢用高稳定性Pt基催化剂研究进展

丙烯作为重要的有机化工原料,国内外对其需求量持续增长,造成供不应求。丙烷脱氢(PDH)工艺是以丙烷为原料定向生产丙烯的技术,具有原料来源广泛、丙烯选择性高、产物简单易分离等优势,备受人们关注。本文主要阐述了近十年PDH反应中高稳定Pt基催化剂结构调控和工艺方面的研究进展。总结发现,Pt基催化剂具有最高的反应活性和丙烯选择性,然而,Pt基催化剂在反应中易积炭失活,且在高温下容易烧结团聚,造成稳定性下降。为提高Pt基催化剂的稳定性,研究者主要从催化剂结构设计和操作工艺条件优化两个角度出发。在Pt活性中心的调控方面：(1)调节Pt位点的结构特性,如分散度、粒径尺寸等;(2)加入金属助剂,如Sn、Cu、Ga、Zn等;(3)调控载体的酸性、比表面积、孔结构、金属-载体的相互作用等,能有效改善Pt基催化剂的抗烧结稳定性与抗积炭性能。在操作工艺条件优化方面,通过向丙烷原料中引入CO₂、H₂、水蒸气或者其他烷烃可增强Pt基催化剂的抗积炭稳定性、提高丙烯的收率。最后,文章指出有效耦合Pt基催化剂结构与操作条件是进一步提高PDH反应中Pt基催化剂稳定性和丙烯收率...     

Ni基重整催化剂失活机理研究进展

H₂是一种清洁、绿色的燃料和能源载体。目前工业上应用较为成熟的生产工艺是重整反应制氢。其中，Ni基重整催化剂由于其高储量、高活性和低成本的优点而受到研究人员的广泛关注，但在反应过程中存在易因烧结、积炭和中毒等原因而失活的问题。因此，如何提高Ni基重整催化剂的反应稳定性是一个急需解决的问题。本文介绍了上述三种引起Ni基重整催化剂失活的主要原因，并从调控金属Ni粒子粒径、增强金属-载体相互作用、形成晶格氧或表面氧物种以及Ni粒子纳米结构调控四个方面阐述了近年来在抑制失活并提高Ni基重整催化剂反应性能和稳定性领域所取得的研究进展，并且提出优化反应条件、调变化学组成和调控Ni粒子纳米结构将是提高Ni基催化剂在重整反应过程中的稳定性的有效方法。     

甲烷干重整Ni基催化剂失活及抑制失活研究进展

使用甲烷和二氧化碳为原料,通过甲烷干重整反应可以将其转化为合成气。由于此反应可以利用甲烷和二氧化碳这两种温室气体,因而近年来受到了研究人员广泛的关注。其中,反应所使用的Ni基催化剂由于其较高的活性和较低的成本得到了较为深入的研究。针对甲烷干重整Ni基催化剂,本文简要介绍了几种常用的制备方法,并指出了在反应条件下存在的活性组分Ni的烧结和积炭的生成这两个问题,还详细分析了其各自的影响因素。另外,还从使用特殊载体、添加助剂以及构造特殊结构三方面阐述了甲烷干重整Ni基催化剂的失活解决方案,并指出解决催化剂的烧结和积炭问题是当前该领域的研究重点。     

挥发性有机化合物催化消除前沿技术及研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是可吸入有害物质形成的重要前体,是大气污染物的重要组成部分。催化氧化法作为末端技术是目前处理VOCs最有效的途径之一。本文讨论了VOCs的热催化氧化、光催化氧化和光热协同催化氧化的研究进展,重点研究常用VOCs的催化氧化机理以及相关催化剂的构筑。其中,热催化燃烧主要以贵金属(Pt、Pd、Au、Ag等)、过渡金属(Mn、Co、Cr等氧化物)及复合型催化剂研究展开;光催化氧化以TiO₂和C₃N₄为典型催化剂进行讨论;光热协同催化研究主要包括碳基催化剂、贵金属负载型以及过渡金属负载型催化剂的开发与应用。此外,本文对基于催化剂的热催化、光催化和光热催化去除VOCs的开发和研究提出了进一步的展望。     

氨合成钌基催化剂的研究进展

近年来,钌基氨合成催化剂因其高活性、高稳定性和反应条件温和成为研究热点。综述国内外氨合成钌基催化剂的研究进展,重点介绍钌基催化剂载体、助剂和前驱体对氨合成反应性能的影响。石墨化程度高、导电性能良好的碳载体或氧化物与碳的复合载体是氨合成反应的良好载体;碱金属和碱土金属类助剂通过改变活性金属表面静电场,起到电子助剂的作用,并且碱土金属对反应的促进作用优于碱金属,稀土金属Sm能够抑制碳载体的甲烷化反应;与Ru Cl3相比,Ru3(CO)12是氨合成反应的理想前驱体。简介以电子化合物为载体的钌基氨合成体系,负载钌的高比表面积电子化合物C12A7:e-是强大的电子供体,能够提高氮气在钌上的解离程度,并能可逆地储存氢,有效抑制氢吸附对钌表面的毒害,从而大大提高氨合成反应活性。进一步开发温和条件下非贵金属高效氨合成催化剂将具有重要的理论和现实意义。     

生物质焦油重整催化剂的研究进展

生物质热解制备富氢合成气是当前的研究热点,催化重整生物质焦油不仅能够有效地去除焦油,而且可以增加气相中H₂和CO的含量。本文综述了近几年关于生物质焦油重整催化剂的研究,讨论了镍基催化剂、非镍过渡金属催化剂和碱金属催化剂的优劣势。镍基催化剂使用时通常需要载体,虽然具有较高的催化活性,但是易通过积炭和镍烧结而失活。非镍过渡金属催化剂中的贵金属催化剂虽然具有极高的活性和稳定性,但是价格昂贵。碱金属催化剂易挥发而永久失活。     

氨分解制氢棒状La x Ce1-x O y 负载Ru催化剂

氨分解得到的H₂不含CO _x 、SO _x 、NO _x 等有害物质,是其他所有含碳资源为原料制氢所不能比拟的。本文采用无模板水热法制备了一系列棒状载体,并采用沉积沉淀法制备了Ru/La _x Ce_1-x O _y 催化剂,考察了制备方法、催化剂组成对性能的影响,并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、BET、H₂-程序升温还原（TPR）和CO₂-程序升温脱附（TPD）进行了表征。结果表明,La₂O₃掺杂量为40%的Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂在常压、7800h^-1、450℃下氨分解转化率为98%。该催化剂活性高归因于部分还原的CeO_2-x 对Ru的供电子性能和Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂表面的强碱性增加了对Ru活性位的给电子能力。同时考察了K₂O含量的影响,最优的催化剂为Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8,在400℃、7800h^-1氨气转化率可以达到93%。结果表明Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8可以作为一种新型高效氨分解催化剂,为工业化应用提供了可能,具有良好的发展前景。     

Influence of NH3 and NO oxidation on the SCR reaction mechanism on copper/nickel and vanadium oxide catalysts supported on alumina and titania

The influence of ammonia and nitric oxide oxidation on the selective catalytic reduction (SCR) of NO by ammonia with copper/nickel and vanadium oxide catalysts, supported on titania or alumina have been investigated, paying special attention to N₂O formation. In the SCR reaction, the VTi catalyst had a higher activity than VAl at low temperatures, while the CuNiAl catalyst had a higher activity than CuNiTi. A linear relationship between the reaction rate of ammonia oxidation and the initial reduction temperature of the catalysts obtained by H₂-TPR showed that the formation rate of NH species in copper/nickel catalysts would be higher than in vanadia catalysts. In situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) showed that copper/nickel catalysts presented ammonia coordinated on Lewis acid sites, whereas ammonium ion adsorbed on Brønsted acid sites dominated on vanadia catalysts. The NO oxidation experiments revealed that copper/nickel catalysts had an increase of the NO₂ and N₂O concentrations with the temperature. NO could be adsorbed on copper/nickel catalysts and the NO₂ intermediate species could play an important role in the reaction mechanism. It was suggested that the presence of adsorbed NO₂ species could be related to the N₂O formation.     

Ir基催化剂用于CO选择性催化还原NO的研究进展

针对具有烟温低、氧含量高和CO浓度大等特征的固定源烟气（钢铁烧结/球团烟气和焦化烟气等）脱硝领域,CO选择性催化还原NO _x （CO-SCR）技术具有良好的发展前景。Ir基贵金属催化剂因其在CO-SCR反应体系中表现出了良好的抗氧能力和较高的催化活性成为催化脱硝领域研究的热点之一。本文重点总结了单一载体、复合载体与复合活性组分三类Ir基催化剂在CO-SCR脱除NO _x 中的催化性能,同时从制备条件和反应条件两大方面归纳了其对Ir基催化剂的CO-SCR脱硝性能的影响,简要阐述了Ir基催化剂表面反应机理,并对未来研究工作进行了展望,指出采用多种手段对催化剂进行改性,并通过降低Ir负载量、反应温度窗口以及提升其催化活性等方式来降低成本,为实现Ir基催化剂CO-SCR工业化应用提供借鉴。     

乙酸(酯)-甲醛缩合制丙烯酸(酯)研究进展

近年来,通过乙酸（酯）和甲醛缩合制备丙烯酸的新路线吸引了学术界和工业界的广泛关注。此新路线的优点是过程简单,原料可从天然气、煤化工产品中获得,成本低廉,对可持续生产丙烯酸具有十分重要的意义。国内外研究者针对这一反应开发了多种类型的催化剂,包括钒磷氧（VPO）类催化剂、负载型碱金属/碱土金属以及离子液体等。本文综述了不同种类催化剂近期的研究成果,总结了三类催化剂的优缺点。指出均相的离子液体催化剂具有反应温度低、能耗少、选择性高的特点,但反应为间歇操作,产物分离困难、催化剂较难重复利用,催化效率偏低。VPO类催化剂和碱金属/碱土金属类催化剂,反应温度较高（320～400℃）,但可实现连续反应,产物分离方便,催化效率较高。相比于VPO类催化剂,碱金属/碱土金属类催化剂涉及的反应较少,对目标产物的选择性较高,但整体催化效能低于VPO类催化剂,且失活催化剂再生困难。最新的研究结果表明,经典的有机相法制备VPO前体可以被更加简便、经济与环境友好的一锅水相法取代。空气氛中简单焙烧即可完成催化剂前体的活化。不仅大大简化了催化剂制备,而且所得催化剂的小试性能优异,从而为后续应用奠定了重要基础。     

合成气完全甲烷化催化剂的研究现状

以天然气供应多元化和煤炭清洁高效利用为目标,煤制合成天然气受到重视,合成气完全甲烷化是煤经合成气制天然气的关键技术,而甲烷化催化剂是其核心要素。合成气甲烷化催化剂的主流催化剂为镍基催化剂,常用助剂为稀土氧化物、过渡金属和碱土金属,载体为Al2O3、Si O2、Zr O2、Ti O2或复合氧化物,制备方法为干混法、浸渍法、沉淀法及溶胶-凝胶法。国内外主要研究热点是提高甲烷化催化剂在固定床反应器中的高温、高压及高空速条件下的稳定性和机械强度。建议深入研究催化剂的烧结机理及助剂作用机理,探索新的制备方法,开发新型高温甲烷化催化剂;对于强放热的煤制合成天然气工艺,也应加大流化床甲烷化技术及催化剂的开发。