核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切.具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性.本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M = Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点.另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂.     

核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切。具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性。本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M=Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点。另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂。     

核壳催化剂用于大气污染控制的研究进展

随着工业的发展进步,大气环境污染日趋严重,末端污染治理迫在眉睫。催化剂作为催化反应的核心,其制备与构型成为大气环境催化领域重点关注和研究的课题。常规的单一催化剂存在成本高、易失活、使用条件严格等不足。核壳结构催化剂拥有单一催化剂所不具备的双功能甚至多功能催化特性,在环境催化领域具有广阔的应用前景。近年研究表明,核壳结构催化剂热稳定性较高,择形催化效果优异,在反应中的整体活性表现良好。但核壳结构的复合颗粒也存在团聚与分散不易调控、核壳分散厚度难以确定、结合强度有待提高等问题。目前已有学者将Mn系、Ce系等核壳材料应用于大气污染治理之中,并取得了良好的催化效果,但是在核壳结构的构筑以及制备方法的选择上还存在不足,在特定领域的针对性应用有待进一步提高。本文详细介绍了目前制备核壳材料所常用的水热合成法、沉淀法、模板法等主要方法,比较了各种制备方法的优缺点。同时,综述了不同类型的核壳材料(如金属基核壳材料、金属氧化物基核壳材料、分子筛、中空核壳以及摇铃核壳材料)在大气污染治理中NO选择性催化还原(NH₃-SCR)、VOCs脱除以及高低浓度CO去除等主要领域的应用研究进展。文...     

铁铈复合氧化物催化剂的制备及其性能研究

采用改进共沉淀法制备铁铈复合氧化物催化剂,通过L_(16)(4~5)正交实验确定最佳工艺条件。研究了不同煅烧温度对催化剂脱硝效率的影响,同时通过XRD、SEM、粒度和比表面积等方法对催化剂进行表征。结果表明,反应终点pH值是碳酸氢铵-氨水沉淀法制备铁铈催化剂最重要的影响因素,反应温度次之。脱硝实验表明,经400℃焙烧5h所制备的催化剂,其粒径较小,分布较宽,比表面积较大,SCR脱硝活性最高,在250℃脱硝活性为93.8%。     

SCR脱硝催化剂用纳米TiO_2研究进展

选择性催化还原(SCR)法是最有效的脱硝技术,其核心是SCR脱硝催化剂,而催化剂的关键则是其载体-脱硝纳米TiO2。较全面地综述目前脱硝纳米TiO2的国内外技术、市场及制备方法等,指出了存在的问题,提出解决问题的思路。     

Cu、Ni元素对FeMnCeOx-WO3/TiO2低温无毒催化剂活性及抗硫性的影响

采用预制前驱体的方法制备Cu、Ni元素改性的FeMnCeO_x-WO_3/TiO_2低温无毒SCR催化剂,研究Cu、Ni改性对催化剂脱硝效率与抗SO_2中毒能力的影响,通过XPS、NH_3-TPD、H_2-TPR等方法进行表征分析。结果表明,改性后的催化剂还原温度降低85℃,酸量增多,氧化还原能力增强;Ni可以提高低温脱硝活性,Cu可以提高催化剂的抗SO_2中毒能力。     

元素(Ce、Co、La、Sn)掺杂对V-Mo/TiO2催化剂脱硝活性的影响

采用浸渍法制备了一系列V-Mo/TiO2催化剂,考察了钒含量、钼含量及元素(Ce、Co、La、Sn)掺杂对催化剂脱硝活性的影响,并利用XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD及XPS等方法对催化剂的理化性能及结构进行了表征.结果显示,钒最佳含量为3％,钼最佳含量为6％.将Ce、La、Co、Sn掺杂到3％V2 O5-6％MoO3/TiO2中,催化剂的脱硝效率明显提高,其中,3％V2 O5-6％MoO3-1％SnO2/TiO2催化剂表现出最佳的脱硝活性,在180℃具有良好的脱硝稳定性,在引入10％(体积分数)H2 O和0.03％(体积分数)SO2后,表现出良好的抗SO2/H2 O的性能.这主要是由于引入的金属元素以氧化物或钒酸盐形式存在,并与活性组分钒物种有很强的相互作用,抑制了TiO2晶粒的长大,起到了细化TiO2粒径的作用,增加了催化剂表面的弱酸性位点,同时,表面活性氧及还原态的V4+、Mo4+物种数量有了大幅提升,增大了催化剂的还原程度,有利于催化还原反应的进行.     

燃料电池低Pt核壳结构催化剂的最新研究进展

传统的Pt/C催化剂,由于仅仅是处于纳米粒子表层的Pt原子参与电催化反应,而大多数位于粒子内层的Pt却未能得到有效利用,由此造成燃料电池成本高昂,阻碍了它的大规模商业化进程。核壳结构催化剂是近年来出现的一类极其重要的低Pt催化剂,这类催化剂是使用廉价贵金属、过渡金属、合金及导电化合物的纳米粒子作为核,在其表面覆盖一个原子层厚度或者几个原子层厚度的Pt为壳层而制得的新型高性能催化剂。核壳结构低Pt催化剂可大幅度降低燃料电池的贵金属Pt的使用量,进而降低燃料电池的成本,是实现质子交换膜燃料电池大规模商业化的希望所在。有关核壳结构低Pt催化剂的研究已成为燃料电池领域最热门的研究课题之一。综述了近年来低Pt核壳结构催化剂的研究进展,包括低Pt核壳结构催化剂制备技术的研究进展,以廉价贵金属、合金及导电化合物纳米粒子作为核的低Pt核壳结构催化剂的设计、制备及其相关研究情况。介绍了不同类型的核与Pt壳层之间的相互作用,讨论和总结了影响低Pt核壳结构催化剂电催化活性的相关因素,并对低Pt核壳结构催化剂的研究及其应用进行了展望。     

V2O5-MoO3/TiO2催化剂的NH3-SCR性能：载体的影响

采用浸渍法制备了一系列V-Mo/TiO₂催化剂，主要考察了TiO₂载体的晶型结构(金红石相、锐钛矿相以及两者混合相)和平均颗粒尺寸对催化剂NH₃-SCR性能的影响，并利用SEM、XRD、Raman、BET、H₂-TPR、NH₃-TPD等方法对催化剂的理化性质及结构进行了表征。结果表明：平均颗粒尺寸较小的催化剂拥有高比表面积和孔容积，有利于活性组分VO_x的负载和沉积，从而有利于催化剂脱硝性能的提升。锐钛矿晶型载体的V-Mo/Ti-A1催化剂因拥有优异的比表面积、氧化还原能力和丰富的酸性位点而具有最佳的脱硝性能；同时混合晶型载体的V-Mo/Ti-P25催化剂在180～320℃的脱硝活性接近100%。     

二氧化钛的制备及以其为载体的脱硝催化性能研究

以工业化生产的偏钛酸为原料,制备出颗粒均匀的球形二氧化钛颗粒。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、BET比表面积、激光粒度分布等测试方法,分析表征了颗粒的结构形态及表面理化性质。以所制备的二氧化钛为载体,以偏钒酸铵为V2O5(活性物质)的前驱体,制备脱硝催化剂,考察催化剂的脱硝活性,结果表明,当燃烧温度为370℃时,所制备的催化剂的脱硝效率为75%。     

四方相氧化锆基MnO_x-CeO_2负载型催化剂在低温NH_3-SCR中的应用

以纳米t-Zr O2为载体,用浸渍法制备出Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2催化剂,考察了活性组分负载量、反应温度对催化剂NH3-SCR脱硝活性的影响,脱硝活性测试结果显示,在低温脱硝温度范围,催化剂脱硝效率随反应温度和活性组分负载量的增加而增加。反应温度为100℃时,2.5%Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2脱硝效率为68.1%,15%Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2脱硝效率达97.4%。XRD、BET、TPR等表征测试结果表明,催化剂表面具有良好的氧化还原能力,表面织构对NH3-SCR脱硝反应有利;NH3-TPD测试显示,Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2催化剂表面NH3主要吸附在Lewis酸性位成配位态NH3,与气态NO反应生产中间产物NH2NO,最后分解为N2和H2O。     

核壳结构有机/无机复合微球的制备与应用进展

根据核、壳的组成,核壳结构有机/无机复合微球可以分为2类:A类是核为无机材料,壳为高分子材料的核壳式结构;B类是核为高分子材料,无机材料作为壳层的核壳式结构.综述了B类复合微球的研究进展,详细讨论了复合微球的制备方法,如原位化学沉积法、溶胶-凝胶法、化学镀法、自组装法,并对各种制备方法的优缺点进行了总结,介绍了复合微球在轻质雷达吸波材料、光子晶体、生物医药载体材料、化妆品等领域的应用.最后指出了该研究领域未来的发展方向.     

乳液聚合法制备核壳纳米粒子研究进展

核壳结构纳米复合颗粒因其特殊的结构而呈现出独特的物理、化学性能,具有广阔的应用前景。介绍核壳纳米复合材料的2类制备方法,综述了乳液聚合法制备核壳结构纳米微球的研究近况,主要分析了传统乳液聚合、微乳液聚合、细乳液聚合以及无皂乳液聚合等制备技术,展望了乳液聚合法制备核壳结构纳米微球的发展趋势。     

磁性分子筛催化剂的制备及其性能

以改性Fe3O4颗粒为核,采用溶胶-凝胶法在Fe3O4核表面包覆SiO2壳层,并在SiO2孔道内负载纳米TiO2颗粒,得到易于固-液分离、平均直径为90~150 nm的具有核壳结构的Fe3O4-TiO2-MCM-41光催化剂复合颗粒,采用透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等手段对样品进行表征,并对该催化剂的光催化性能进行测试。结果表明:所制备的磁性分子筛催化剂在紫外光下对苯酚的降解率达94.12%,对重金属离子Cr6+的吸附能达到95.05%。     

WO3添加方式对V2O5/TiO2催化剂性能影响

以TiO2为载体,采用挤压成型法制备了钒系蜂窝整体式SCR脱硝催化剂,通过N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、FT-Ra-man光谱等表征手段和催化活性测试对混合练泥工序中助催化剂WO3不同引入方式制备的催化剂进行了对比研究。实验结果表明,由钛钨粉制备的催化剂具有较大的比表面积及孔容积;而由偏钨酸铵制备的催化剂具有较均匀的微观结构形貌,活性物种分散性好,拥有更多的VO6八面体结构,且出现了WOx四面体结构,表现出良好的NH3-SCR活性和较宽的活性温度窗口,在空速为10000h-1,氨氮比为1.0时,活性温度范围内NO脱除率达到了93%。     

Ce-MnO_x/TiO_2-ZrO_2低温选择催化还原NO活性和抗毒性研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO_2-ZrO_2载体,以硝酸锰为前驱体采用柠檬酸溶液浸渍法制备Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2复合催化剂。通过XRD、SEM-EDS、XPS等测试方法对催化剂的物化性能进行表征分析,并进行NH_3选择性催化还原NO实验,考察其在低温下的活性及抗水抗硫性能。结果表明,Ce-Mn氧化物和TiO_2-ZrO_2载体间发生了相互作用,后者结晶度发生变化。与MnO_x/TiO_2-ZrO_2比较,Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2中Mn~(4+)的含量提高。Ce元素以Ce~(4+)、Ce~(3+)存在于Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2中,在催化反应中能起到传递电子、离子和储氧的作用,提高催化剂的氧化还原能力,同时Ce元素的电离能和电负性要远小于Mn元素,优先于Mn发生化学反应,保护Mn元素的活性。Ce(0.2)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2的颗粒分散均匀、粒径达到20nm左右。制备的Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2催化剂的低温活性和抗毒性都优于MnO_x/TiO_2-ZrO_2,其中Ce(0.2)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2在80℃时脱硝效率为94%;100℃时脱硝效率达到100%,在同时通入5%H2O和100mg/m3 SO_2后,脱硝效率缓慢下降,反应210min降到85%后趋于稳定。     

失活钒钛基SCR催化剂性能表征及其再生

主要研究了钒钛基脱硝催化剂失活机理及再生。采用SEM、EDS、XRD、BET等手段对国内某家燃煤火电厂运行20000h的SCR脱硝催化剂进行表征,然后使用0.5mol/L的硫酸和0.01mol/L的氢氟酸对运行过的催化剂进行了清洗再生并通过烟气模拟-催化剂活性测试系统考察了催化剂的脱硝活性。结果表明,相比于新鲜催化剂,运行后的催化剂活性明显下降,孔容和比表面积有所下降,其表面存在着组成复杂的飞灰,飞灰主要成分为SiO2;采用0.01mol/L氢氟酸溶液清洗能够明显恢复催化剂的脱硝活性,这是因为氢氟酸可以有效清除失活催化剂表面的SiO2。     

Ti02光催化核壳材料的研究进展

TiO<,2>核壳材料作为光催化剂具有活性高、稳定性强、普适性广、应用前景广阔等优点而引起了人们广泛的兴趣.综述了近年来TiO<,2>核壳材料用作光催化剂的最新研究成果,主要包括TiO<,2>与金属、半导体、磁性材料等复合所得核壳材料及TiO<,2>自身组成核壳材料在光催化领域的应用,指出TiO<,2>与金属、半导体复合或离子掺杂等所得核壳材料都不同程度地提高了其催化性能;与磁性材料复合时虽然易于分离但是活性不理想;当以TiO<,2>为核时,通过控制合成条件可以制备出孔径不同的TiO<,2>壳层,该类核壳材料可以选择性地降解有机物.最后指出深入探讨TiO<,2>核壳材料光催化机理、开发易回收高效TiO<,2>催化剂及寻找简易制备TiO<,2>核壳材料的方法是未来TiO<,2>核壳材料研究的重要方向.     

一种光驱动下具有敏化性能的氯氧化铋/超薄聚苯胺核壳纳米片结构

光催化技术在可再生能源和环境保护方面有巨大的潜力.本文通过一步氧化聚合法合成了一种超薄聚苯胺壳敏化氯氧化铋核纳米片结构.该结构中约1-2纳米厚的超薄聚苯胺壳可以促进催化剂对可见光的响应,氯氧化铋核可以促进聚苯胺中光生载流子的分离,在可见光驱动下对于降解罗丹明B具有较高的光催化活性和稳定性.优化后的氯氧化铋/超薄聚苯胺核...     

铈掺杂量对钒基SCR催化剂结构及性能的影响

以TiO2为载体,采用浸渍法制备了含Ce低钒SCR催化剂,在模拟烟气条件下展开脱硝实验。通过N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、Raman光谱等表征手段和催化活性测试,对该种催化剂和传统的钒钛钨催化剂进行了对比研究。结果表明,掺杂了Ce以后活性物种分散性良好,虽然比表面积和孔容孔径略有下降,但并没有影响锐钛型Ti O2载体的结构特征。当CeO2负载量超过5%时,CeO2以立方微晶结构存在于催化剂表面,且形成微量Ce2(WO4)3物质。掺杂了1%的CeO2脱硝活性最佳,在空速为125 000 h-1,氨氮比为1.0时,活性温度范围内NO脱除率达到了95%以上。