钒磷氧复合氧化物及其在催化领域的应用

钒磷氧(VPO)是一种重要的复合氧化物,在低链烷烃选择性氧化及氨氧化等反应中表现出优异的催化性能。VPO催化剂组成结构十分复杂,其晶相组成、表面形貌、酸强度等与制备方法有很大的关系,催化剂的制备方法也很大程度上影响着其催化性能。综述了VPO的不同制备方法;并对其主要晶型及特征、晶相之间的转化进行了系统分析,重点探讨了对该催化剂性能强化方法和方式的研究进展,对VPO催化剂的主要应用做了全面的概述,指出了VPO催化剂研究中存在的问题以及今后发展的方向和目标。采用先进的原位表征手段结合理论模拟计算揭示了VPO催化的构效关系,探索了VPO催化剂的新型合成方法,结合现代纳米材料理论,开发了高性能的纳微结构VPO催化剂。     

碱土金属醇类低共熔溶剂强化钒磷氧催化剂的制备及催化性能研究

钒磷氧(VPO)催化剂是目前实现正丁烷选择性氧化的唯一工业催化剂。利用金属助剂掺杂以及有机助剂强化是提高VPO催化剂性能的有效手段。本工作通过加入氯化镁醇类金属低共熔溶剂,实现了有机-金属助剂同时对VPO催化剂性能的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、BET全自动比表面与孔隙度分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段,深入探讨了合成过程中加入不同氢键供体乙二醇(EG)、1-4丁二醇(BDO)和甘油(GL)的低共熔溶剂对VPO催化剂微观形貌、比表面积、物相、表面性质和晶相转变温度的影响,同时利用固定床反应器对VPO催化剂催化正丁烷氧化制备顺酐的性能进行了评价。结果表明,氯化镁乙二醇低共熔溶剂调控制备的VPO催化剂具有分散性良好、比表面积大、活性面(020)的数量多、表面P原子富集和表面V平均价态低等特点,在丁烷氧化选择性制顺酐反应中表现出了良好的催化性能,为VPO催化剂的制备提供了新思路。     

磷酸氧钒催化剂制备及其催化氧化性能研究进展

综述磷酸氧钒(VPO)催化剂制备方法及其对烷烃类物质催化氧化反应的研究进展,分析催化剂制备过程中载体、助剂、还原剂、分散剂、磷钒原子比以及在醇类溶液中回流时间等对VPO催化剂性能的影响。介绍VPO催化剂对烷烃类物质选择性氧化反应的反应机理,并展望VPO催化剂未来发展方向。     

Ti/Zr助剂掺杂VPO催化正丁烷选择性氧化制顺酐

采用有机相法制备钒磷氧(VPO)催化剂,并在合成过程中加入Ti/Zr助剂,使用微型固定床反应器评价其催化正丁烷选择性氧化制顺酐的性能,考察了不同助剂元素及其化合物形式和添加量对催化剂性能的影响,分析了添加助剂对催化剂晶相及微观形貌的影响. 结果表明,加入助剂未改变催化剂的晶相结构,但促进了活性相(VO)2P2O7生成,且使反应后催化剂微观形貌发生改变,片层更破碎,活性相暴露,同时生成了利于反应的微量V5+;助剂金属Ti和Zr与V元素间的相互作用对催化剂表面P浓度及V价态都有一定影响;与不加助剂的VPO催化剂相比,相同反应条件下,Ti/Zr助剂修饰的VPO催化性能显著提高,摩尔比Zr/V为1.5%的Zr(NO3)4为助剂的催化剂的催化性能最佳,稳定状态下正丁烷的转化率高达99.1%,顺酐收率为54.4%.     

钒磷氧在醇类氧化反应中的应用研究

综述了近年来国内外研究VPO在醇类氧化反应中的应用进展,重点总结了不同制备方法、制备过程及不同氧源条件下VPO对醇类氧化反应的催化性能影响,探讨了VPO在醇类氧化过程中的反应机理,指出了VPO催化剂研究中存在的挑战以及未来需要突破的方向和目标。     

不同P与V比的Mo/VPO催化剂物相组成及其催化性能

采用有机相法制备了不同P与V物质的量比的Mo掺杂VOHPO₄·0.5H₂O前驱体,并通过体积分数为50%空气-40%氮气-10%水蒸汽混合气氛活化得到Mo/VPO催化剂,采用固定床反应器评价其催化正丁烷氧化制顺酐的性能。结果表明,Mo/VPO催化剂催化活性随P与V物质的量比的增大而降低,但顺酐选择性与P与V物质的量比并不呈线性关系,P与V物质的量比为0.9的Mo/VPO催化剂具有最佳的催化性能。XRD分析表明,Mo/VPO催化剂催化正丁烷氧化制顺酐的主要活性物相为(VO)₂P₂O₇和钒磷云母相,形成的主要因素不是P与V物质的量比,而是由焙烧条件决定。低P与V物质的量比的Mo/VPO中存在的少量V₂O₅物相能够提升催化剂的活性和顺酐选择性,但含量过高会因深度氧化降低催化性能。催化剂中存在的钒磷云母相有利于缩短催化剂稳定时间并提升催化性能。     

MoVTeNbO催化剂用于丙烷选择氧化与氨氧化研究进展

综述了复合金属氧化物催化剂MoVTeNbO的研究进展,重点介绍了制备过程中溶液的pH值、干燥方式的选择及热处理过程对催化剂活性相形成的影响,阐述了在晶相结构方面最新的研究成果以及晶相结构与催化反应性能的关系。总结了在该催化剂上丙烷氧化制丙烯酸和氨氧化制丙烯腈的反应机理。优化制备条件、提高晶格氧的扩散速率,调控催化剂的酸碱性以及引发活化烃或氧的活性中心是获得优良催化性能的关键因素。     

V4+和V5+比例对钒磷氧催化NO2氧化环己烷性能的影响

采用浸渍法制备不同钒价态结构的钒磷氧(VPO)复合氧化物催化剂,测试其对NO₂氧化环己烷制备己二酸的催化性能,并采用XRD、XPS、H₂-TPR和UV-Vis DRS等手段进行表征,考察不同过渡金属掺杂对VPO中钒价态结构的影响,以及催化氧化环己烷性能的影响。研究结果表明,过渡金属的引入能够改变VPO中β-VOPO₄和(VO)₂P₂O₇两种晶相结构,从而调变V⁵⁺和V⁴⁺的比例,且钒的价态比例对NO₂氧化环己烷反应具有重要影响。同时含有V⁵⁺和V⁴⁺的M/AlVPO催化剂的催化性能明显高于纯V⁵⁺的β-VOPO₄和纯V⁴⁺的(VO)₂P₂O₇催化剂。其中,以V⁴⁺/V⁵⁺为0...     

丁烷氧化制顺酐VPO催化剂前躯体的研究进展

综述了正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂的制备方法和催化机理的研究进展,分析了制备过程中溶剂和还原剂种类、磷钒原子比、还原温度及时间、添加助剂、老化条件、干燥条件及载体添加对催化剂性能的影响,介绍了VPO催化剂选择氧化丁烷制顺酐的反应机理,并展望了VPO催化剂未来的发展方向。     

顺酐生产用VPO催化剂的研究进展

综述了正丁烷选择性氧化制顺酐VPO催化剂的研究进展,介绍了催化剂制备过程中添加载体及助剂对催化剂性能的影响,讨论了正丁烷选择氧化制顺酐的反应机理,并结合国内外研究现状对VPO催化剂未来的发展方向作了展望.     

Progress of vanadium phosphorous oxide catalyst for n-butane selective oxidation

The utilization of lighter alkanes into useful chemical products is essential for modern chemistry and reducing the CO₂ emission. Particularly, n-butane has gained special attention across the globe due to the abundant production of maleic anhydride (MA). Vanadium phosphorous oxide (VPO) is the most effective catalyst for selective oxidation of n-butane to MA so far. Interestingly, the VPO complex exists in more or less fifteen different structures, each one having distinct phase composition and exclusive surface morphology and physiochemical properties such as valence state, lattice oxygen, acidity etc., which relies on precursor preparation method and the activation conditions of catalysts. The catalytic performance of VPO catalyst is improved by adding different promoters or co-catalyst such as various metals dopants, or either introducing template or structural-directing agents. Meanwhile, new preparation strategies such as electrospinning, ball milling, hydrothermal, barothermal, ultrasound, microwave irradiation, calcination, sol–gel method and solvothermal synthesis are also employed for introducing improvement in catalytic performance. Research in above-mentioned different aspects will be ascribed in current review in addition to summarizing overall catalysis activity and final yield. To analyze the performance of the catalytic precursor, the reaction mechanism and reaction kinetics both are discussed in this review to help clarify the key issues such as strong exothermic reaction, phosphorus supplement, water supplement, deactivation, and air/n-butane pretreatment etc. related to the various industrial applications of VPO.     

温和条件下环己烷液相选择性氧化改性VPO催化剂

将La、Ce和Bi改性的钒磷氧化物（VPO）催化剂用于温和条件下液相催化氧化环己烷.发现Bi-VPO催化剂具有较好的液相催化氧化性能;Bi-VPO催化氧化环己烷的优化工艺条件是在10 ml乙腈中加入2 mmol的环己烷、0.01 g (V: 0.068 mmol)的Bi-VPO催化剂,在60 ℃下分次滴加3 ml (26 mmol) H₂O₂,反应12 h,环己烷的转化率为72%,环己酮和环己醇的收率分别为38%和34%.表明改性后的催化剂可大大提高VPO催化剂液相氧化环己烷的催化性能.     

生物质油催化加氢脱氧（HDO）反应机理及催化剂研究进展

对近年来生物质油催化加氢脱氧催化剂的制备、催化性能和反应机理的研究进展进行了整理总结。重点对贵金属催化剂、过渡金属催化剂和硫、氮、碳、磷等金属化合物催化剂的制备方法、催化性能和作用机理进行了概述,并分析了加氢脱氧催化剂的失活原因,同时提出生物质油加氢脱氧反应催化剂的未来发展方向：三维有序大孔（3DOM）钙钛矿氧化物的应用可能在提高催化剂的催化性能有作用。     

生物模板法制备金属氧化物及其催化应用研究进展

自然环境中长期进化形成的多层次、多维和多尺度天然硬模板结构和一些具有多层次多维结构的天然“软”生物分子可为多级结构纳米材料的设计与制备提供了新的思路。金属氧化物通常作为催化剂的重要组成部分,其制备与催化应用得到广泛关注,生物模板法为金属氧化物的制备提供了一条简单、绿色、有效的合成路线。本文从基于生物模板的制备方法、生物模板在氧化物制备过程中的作用和生物模板在金属氧化物催化应用时的作用方面总结近十年来的研究进展。基于硬模板的制备方法简单高效,可完美地复制结构类似的金属氧化物材料,而软模板能够灵活地调控金属氧化物颗粒的尺寸和分散性。基于生物模板制备金属氧化物的过程往往经历“吸附-成核-生长-组装”多步骤,生物模板起着表面吸附、空间限域、导向等重要作用。就所得金属氧化物的催化应用而言,生物模板法的优势在于能够实现氧化物材料元素的自掺杂、有效改善传质以及特殊的表面结构赋予催化剂优异的催化性能。     

Modification of vanadium phosphorus oxides used for n-butane oxidation to maleic anhydride by interaction with niobium phosphate

A new family of vanadium phosphorus oxides (VPO) catalysts has been identified. It consists in a mixture of VPO with niobium phosphate (NbPO). The amorphous NbPO material is introduced during the preparation of the VOHPO₄·0.5H₂O precursor. It is observed that the VPO–NbPO catalyst is more rapidly activated and gives better performances (n-butane conversion and maleic anhydride selectivity) for mild oxidation of n-butane to maleic anhydride. VPO phases and the NbPO material have been identified in the VPO–NbPO precursor and in the VPO–NbPO catalyst. Nb in VPO crystals and V in NbPO particles have been respectively observed by EDX-STEM. No other VPO crystals than the VOHPO₄, 0.5H₂O precursor, and (VO)₂P₂O₇ for the catalyst, have been identified by XRD and ³¹P NMR. ³¹P NMR by spin echo mapping and ³¹P MAS NMR have confirmed an interaction of the VPO precursor with Nb and of the NbPO amorphous material with V, as evidenced by EDX-STEM. This should be the reason for the observed improvement of the catalytic results by a redox effect of niobium on the VPO catalyst modifying the V⁵⁺/V⁴⁺ balance in a favourable way.     

活化气氛对正丁烷选择性氧化制顺酐催化剂性能的影响

研究了正丁烷选择性氧化制顺酐钒磷氧催化剂的前驱体分别在空气、水蒸汽-空气、正丁烷-空气以及氮气4种活化气氛活化对催化剂性能的影响,采用BET、XRD和XPS等对活化后的催化剂进行表征。结果表明,采用水蒸汽-空气活化的VPO-2催化剂晶相组成较好,钒平均价态为4.19。丁烷氧化评价试验结果表明,VPO-2催化剂的催化性能较好,正丁烷转化率达92.47%,顺酐选择性达60.48%。     

掺杂铋助剂对钒磷氧催化剂性能的影响

通过在有机相法制备钒磷氧催化剂前体的过程中引入铋助剂,考察了不同n(Bi)/n(V)催化剂的催化性能。结果表明,当n(Bi)/n(V)=0.01时,催化剂(Bi0.01-VPO)的收率达到最大(42.6%),与没有掺杂铋助剂的催化剂(VPO)相比其转化率由31%提高到71%。采用BET、XRD、SEM、XPS分析手段,对催化剂(Bi0.01-VPO)与(VPO)进行比较分析,发现添加铋助剂改变了催化剂物相组成和微观形貌,使催化剂表面钒的平均氧化态和表面n(P)/n(V)比都有所升高,略微增大了催化剂的比表面积。