关静
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陈秀芳
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彭功名
,
王喜成
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曹泉
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兰峥岗
,
牟新东
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60626-3
采用密度泛函理论研究了ZrO2负载的Ru基、Rh基以及Re改性的Rh基、Ir基催化剂上甘油氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇的热力学过程,重点考察了ReOx调变催化剂活性和选择性的作用机制.结果表明,Ru/ZrO2和Rh/ZrO2催化剂上甘油分解经由脱水-加氢反应途径,1,2-丙二醇的生成是热力学有利过程,其中Ru基催化剂活性更高.在Re修饰的Rh基和Ir基催化剂上,反应遵循直接氢解机理,其中金属表面解离的氢原子进攻ReOx团簇上与醇盐紧邻的C-O键是催化甘油转化为丙二醇最核心的步骤.Re-Ox-Rh/ZrO2催化剂上1,2-丙二醇为主要产物,并伴随1,3-丙二醇的生成,ReOx的修饰则显著提高了Ir/ZrO2催化剂上1,3-丙二醇选择性.与单金属催化剂上发生的间接氢解机理相比,修饰催化剂上1,3-丙二醇选择性的提高可主要归因于Rh(Ir)-Re协同催化的直接氢解反应过程,其中羟基化铼官能团有利于末端醇盐中间体的生成.ReOx-Ir/ZrO2催化剂上较大的Ir-Re团簇使得末端金属醇盐的立体优选性比次级醇盐更为突出,从而具有最高的1,3-丙二醇选择性.
关键词:
密度泛函理论
,
甘油氢解
,
丙二醇
,
铼修饰
,
金属催化剂
,
热力学
李颖
,
黄正宏
,
康飞宇
,
李宝华
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(09)60019-6
以掺稀土金属化合物氯化铈的酚醛树脂为原料,采用超临界和亚临界水活化制备了具有较好中孔结构和机械强度的球形活性炭.通过77K氮气吸附对所制球形活性炭进行表征,并研究不同活化方法、活化条件对其孔隙结构的影响.结果表明:氯化铈具有催化作用,在超临界水环境下促进了孔结构的发展,优势中孔分布于4nm 和7nm;而活化方法和活化压力对孔结构的影响较小.
关键词:
活性炭
,
超临界水
,
金属催化剂
,
中孔
杜晓强
,
黄静伟
,
丰营营
,
丁勇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61012-9
由于化石燃料的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量CO2产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题,构建洁净的、环境友好的、非化石燃料的可再生新能源体系成为世界各国高度关注的焦点和重大战略部署.在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展.从实用性角度出发,利用人工光合作用直接将光能转化为化学能吸引了国内外许多研究小组的兴趣.太阳能裂解水制氢是解决能源危机的最理想途径之一.然而,水的氧化涉及到4电子和4质子的转移过程,是能量爬坡的艰难过程.所以,水的氧化是制约水裂解的一个瓶颈.寻找高效、稳定、廉价的水氧化催化剂成为水裂解的重中之重.然而,廉价、制备方法简单、效率高、容易回收的水氧化催化剂仍不多.已有文献报道了一些含Co,Fe,Mn和Ni的光催化水氧化催化剂.值的一提的是,Cu作为地球上第八位丰产元素,由于它合适的氧化还原性质和可调控的配位环境,理论上应该是一个高效的水氧化催化剂.然而,Cu很少被用作水氧化催化剂.2012年,Mayer等报道了第一例含铜的均相电催化水氧化催化剂.2013年,Meyer等报道了非常高效和稳定的简单CuⅡ盐电催化水氧化催化剂.2014年,Lin等报道了一个碱性的水溶液中混合Cu(Ⅱ)盐和6,6-dihydroxy-2,2-bipyri-dine(H2L)的高效电催化水氧化催化剂体系.2015年,Sun等在近中性的硼酸缓冲溶液中采用简便的电沉积Cu2+制备了一个高效的铜氧化物电催化水氧化催化剂.然而,基于地球上充足的Cu设计高效、容易制备和稳定的光催化水氧化催化剂,仍是一个巨大的挑战.本文基于地球丰产元素Cu和O,成功合成了花状的三维CuO微球,并采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X射线粉末衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、N2吸附脱附等温线对CuO样品的物相、元素组成、颗粒大小以及比表面积等进行了表征.在可见光下,以[Ru(bpy)3]2+为光敏剂,Na2S2O8为牺牲电子受体,首次报道了CuO微球用作水氧化催化剂.通过一系列控制实验证明CuO确实参与了催化过程.据我们所知,这是第一例铜物种在近中性条件下被证明具有光催化水氧化催化性能.通过对缓冲溶液、pH值和催化剂浓度的优化,在硼酸缓冲溶液(pH=8.5)中产生的O2收率为11.5％,CuO显示了最佳的催化活性.进一步研究表明,CuO表现出卓越的水氧化催化性能和稳定性.催化剂重复使用5次后活性基本保持不变.反应前后的催化剂组成和形貌基本没有发生改变,其表面性质也未发生明显变化.18O标记的重氧水实验证明,氧气中的氧确实是来自于水.实验发现,催化剂活性主要取决于其比表面积.结合已报道的文献,我们初步提出了一个光催化水氧化反应机理.相对于钴、镍和钒,铜丰度高,价格更低,具有更好的发展潜力.可见,丰度高、低毒性和合适的氧化还原性质使铜催化剂填补了光催化水分解的一项空白.
关键词:
光催化
,
水氧化
,
金属催化剂
,
氧化铜微球
,
稳定性
