刘阔
,
张万生
,
王军虎
,
王爱琴
,
黄延强
,
金长子
,
沈俭一
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(10)60122-2
采用不同浸渍顺序制备了三种Ir-Fe催化剂,其CO选择氧化(PROX)反应活性差别很大,其中共浸渍的Ir-Fe催化剂活性最高.吸附量热研究表明,三种催化剂的H2和CO吸附存在差别.通过对三种催化剂还原后、再氧化和反应后准原位57Fe穆斯堡尔谱的研究,得到各种Fe物种信息.结果表明,三种制备方法影响催化剂中Ir-Fe相互作用强度,导致催化剂中Fe物种的氧化还原性能不同.催化剂中Fe2+(a)的含量与CO转化率呈正比关系,Fe2+(a)是PROX反应过程中活化氧的活性中心.浸渍顺序改变了Ir-Fe间相互作用强度,从而改变Fe2+(a)物种含量,影响PROX反应活性.Ir-Fe间的相互作用可以稳定活化氧的Fe2+(a)物种,为今后研究金属-金属间的相互作用提供借鉴.
关键词:
一氧化碳
,
选择氧化
,
铱
,
铁
,
准原位穆斯堡尔谱
,
吸附量热
,
金属-金属相互作用
田鸣
,
王晓东
,
朱燕燕
,
王军虎
,
张涛
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2010.90703
以共沉淀法制备了LaFe_xMn_yAl_(12-x-y)O_(19)六铝酸盐催化剂,并用X射线衍射、扫描电镜、N_2吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱和穆斯馒尔谱对催化剂进行了表征,考察了催化剂上高浓度N_2O分解反应的性能.结果表明,在所考察的条件下,Mn比Fe更有利于促进六铝酸盐晶相的形成.LaFe_xAl_(12-x)O_(19)(x=0.5,1)中Fe以Fe~(3+)位于六铝酸盐尖晶石结构中的四面体位和镜面层结构中的三角双锥位,其中后者为N_2O分解的主要活性中心.LaMn_yAl_(12-y)O_(19)(y=0.5,1)中Mn优先以Mn~(2+)进入四面体位,然后以Mn~(3+)进入尖晶石结构中的八面体位,并成为N_2O分解的主要活性中心.
关键词:
铁
,
锰
,
六铝酸盐
,
N_2O
,
分解
,
推进剂
,
穆斯堡尔谱
赵昆峰
,
乔波涛
,
张彦杰
,
王军虎
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60590-7
近期我们报道了Au/FeOx-羟基磷灰石(HAP,Ca10(PO4)6(OH)2)催化剂应用于CO氧化反应的研究结果,该催化剂不仅具有很高的低温CO氧化活性和反应稳定性,同时也具有很好的高温抗烧结性能,即使600 ℃焙烧后依然能够维持很好的CO氧化反应活性.为了进一步研究Au/FeOx-HAP催化CO氧化反应中HAP和FeOx的作用,本文对该催化剂进行了更加深入的表征.X射线光电子能谱结果表明,HAP能与Au和FeOx形成强相互作用,进而在高温条件下稳定Au和Feq纳米粒子.根据原位漫反射红外结果,Feq则主要通过改变反应路径和中间产物的方式起到促进催化剂CO氧化活性的作用.结合透射电镜,穆斯堡尔谱和原位漫反射红外结果可知,Au/FeOx-HAP催化剂良好的反应稳定性源于其优异的抗碳酸盐累积能力.
关键词:
金
,
氧化铁
,
羟基磷灰石
,
一氧化碳
,
抗烧结
于福海
,
王军虎
,
赵昆峰
,
尹杰
,
金长子
,
刘忻
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60574-9
采用新的化学溶液法,通过不同体积的钛酸四异丙酯的2-乙二醇单乙醚溶液与一定浓度的H2O2水溶液直接反应并对生成的钛过氧化配合物进行焙烧,制备了一系列TiO2光催化剂.表征发现,所得TiO2样品为金红石和锐钛矿的纳米复合晶体,改变2-乙二醇单乙醚的体积可实现金红石相比例在0～96％广范围的调变.与商业二氧化钛P-25相比,所得的TiO2紫外-可见光吸收谱出现明显红移,间隙能降低,在可见光照射下,该样品对亚甲基蓝有良好的降解活性.当2-乙二醇单乙醚的添加量为5ml时,所得样品体相中金红石相比例接近50％,其光催化活性和吸附性能最好,可分别是P-25的3倍和5倍.拉曼光谱结合X射线衍射等表征结果表明,该样品的表面仅含少量的金红石相.TiO2纳米复合晶表面晶相的组成和分布对其光催化降解亚甲基蓝的活性及其吸附能力有直接的影响.另外,TiO2纳米复合晶的缺陷浓度也是增强其光吸收能力,提高其可见光光催化活性的原因之一.
关键词:
化学溶液法
,
二氧化钛晶体
,
纳米复合物
,
可见光
,
光催化
,
晶相调变
,
吸附性能
陈霄
,
朱凯新
,
M.A.Ahmed
,
王军虎
,
梁长海
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61068-3
运输燃料中的含硫化合物依然是空气污染的主要源头.随着人们环保意识日益增强,世界各国对燃料油标准特别是硫含量提出了越来越严格的要求.为了应对燃料油的无硫化趋势,探索新型脱硫技术去除油品中的含硫化合物成为研究热点.吸附脱硫技术(ADS)能够选择性地脱除汽油中的含硫化合物,而不影响其中的烯烃含量,从而避免了加氢精制过程中烯烃饱和导致的辛烷值降低问题,成为目前成熟的清洁油品生产技术.
本文采用微波辅助燃烧技术,将一定化学计量比的金属硝酸盐和尿素混合物快速燃烧反应,成功合成一系列铁氧体吸附剂(MgFe2O4, NiFe2O4, CuZnFe2O4, ZnFe2O4, CoFe2O4).以含有噻吩的正庚烷(总含硫量3000 mg/L)为汽油模型,在固定床反应器中500 oC反应条件下探索了所合成铁氧体吸附剂的吸附脱硫性能.结果表明,铁氧体吸附脱硫活性大小为：MgFe2O4>NiFe2O4>CuZnFe2O4>ZnFe2O4>CoFe2O4.其中MgFe2O4较其他铁氧体具有更高的吸附脱硫性能.这是由于Mg-Fe合金化程度低,而且掺杂的Mg降低了Fe与S之间的相互作用,从而显著提高了吸附脱硫性能.此外, Mg作为一种典型的碱金属可在一定程度上显著促进噻吩分解.
X射线衍射和穆斯堡尔谱作为敏感的结构和组成检测手段,广泛用于解析铁氧体吸附剂在吸附脱硫过程中的结构和相态变化.通过穆斯堡尔谱成功解析了铁氧体中Fe的存在形式及其化合态.对新鲜铁氧体吸附剂、吸附脱硫后的吸附剂以及氧化再生的吸附剂进行监测对比,发现在吸附过程中铁氧体被部分硫化成Fe1-xS和双金属硫化物.在空气中经高温(500 oC)处理可成功实现铁氧体吸附剂再生.本文通过对铁氧体吸附剂的结构解析和性能测试,为新型吸附脱硫剂开发提供了理论依据.
关键词:
铁氧体
,
吸附脱硫
,
穆斯堡尔谱
,
再生
谷领峥
,
姜鲁华
,
李旭宁
,
金具涛
,
王军虎
,
孙公权
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61049-X|
氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等洁净发电装置中阴极的主要反应,该反应动力学过程慢,电化学极化严重. Pt基电催化剂具有较好的ORR活性,然而Pt资源有限、价格昂贵,研制高活性、低成本的代Pt电催化剂意义重大.经过几十年的探索,研究者发现将含有C, N和Fe等元素的前体进行高温热处理得到的Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的活性,然而在高温热解过程中Fe容易发生聚集而形成大块颗粒,导致Fe的利用率不高,影响了电催化剂的ORR活性.
本文分别以聚吡咯和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为C和N的前驱体,利用高温热解形成的富含微孔的碳材料对铁前体的吸附及锚定作用,获得了一种Fe高度分散的Fe-N-C电催化剂.采用物理吸脱附技术、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜对Fe-N-C及其制备过程中相关电催化剂的孔结构及表面形貌进行了表征.结果表明,在第一步热解过程中, EDTA-2Na的Na对碳材料起到了活化作用,形成富含微孔的N掺杂碳材料(N-C-1),其BET比表面积达到1227 m2/g,孔径约1.1 nm.在第二步热解过程中, N-C-1有效地抑制了Fe的聚集,产物Fe-N-C中的Fe元素均匀地分布在碳材料中,其比表面积高达1501 m2/g.
电化学测试结果表明,在碱性介质(0.1 mol/L NaOH)中, Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的催化活性, ORR起始电位(Eo)为1.08 V (vs. RHE),半波电位(E1/2)0.88 V,电子转移数n接近4, H2O2产率<3%,与商品20%Pt/C(Johnson Matthey)接近.电化学加速老化测试结果表明, Fe-N-C的E1/2未发生明显变化,而Pt的负移45 mV,表明Fe-N-C具有很好的稳定性；在酸性介质(0.1 mol/L HClO4)中, Fe-N-C的Eo为0.85 V, E1/2为0.75 V,其E1/2比Pt/C负移约0.15 V,表明在酸性介质中Fe-N-C对ORR的催化活性还有待提高.采用TEM、X射线衍射、X射线光电子能谱以及穆斯堡尔谱等方法研究了电催化剂构效关系.结果表明, Fe-N-C较好的ORR活性主要来自于高分散的Fe-N4结构,此外, N(吡啶N和石墨N)掺杂的C也对反应具有一定的催化活性.
与Pt/C相比, Fe-N-C电催化剂具有很好的耐甲醇性能.本文对比了Fe-N-C和Pt/C作为阴极催化剂的直接醇类燃料电池(DMFC)性能,采用质子交换膜的DMFC最大功率密度分别为47(Fe-N-C)和79 mW/cm2(Pt/C),而采用碱性电解质膜的则分别为33(Fe-N-C)和8 mW/cm2(Pt/C).结合半电池结果表明, Fe-N-C电催化剂在碱性介质中具有比Pt更为优秀的催化活性和稳定性,有望用作DMFC阴极代Pt催化剂.
关键词:
高分散铁
,
微孔碳材料
,
氧还原反应
,
直接甲醇燃料电池
