催化学报

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催化苯羟基化反应的高效介孔VOx/SBA-16催化剂

朱宇君;董永利;赵丽娜;袁福龙*;付宏刚

2008, 29 (11): 1067-1069.

摘要 ( 1925 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(350KB) ( 955 )

利用浸渍法制备了介孔SBA-16负载高分散氧化钒催化剂(VOx/SBA-16), 并使用XRD, TEM, N2物理吸附和Raman光谱对其进行了表征. 结果表明,制备的VOx/SBA-16催化剂保持了SBA-16立方笼状孔结构,钒物种主要高度分散在SBA-16载体孔内. 钒含量为7.3%的VOx/SBA-16催化剂在催化苯羟基化反应中表现出优异的催化性能. 这是由于催化剂表面形成了高分散的VO4物种和纳米结构V2O5微晶.

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二氧化铈纳米球的合成

塔娜;张密林;李娟;李华举;李勇;申文杰

2008, 29 (11): 1070-1072.

摘要 ( 2292 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(401KB) ( 1550 )

使用尿素水热法合成了均匀的二氧化铈球型纳米材料. 纳米球是由纳米层以及纳米颗粒所构成的核壳结构,其平均粒径为320 nm, 同时表面主要暴露{111}晶面. 尿素水解所产生的氨气分子为纳米球状结构的形成提供了模板,而生成的碳酸根与氢氧根离子作为铈离子的沉淀剂. 使用氢气程序升温还原技术表征了氧化铈纳米球材料的氧化还原能力,同时以一氧化碳氧化为探针反应研究了其催化性能.

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量子电动学诱导电磁辐射研究纳米催化剂

Thomas V. PREVENSLIK

2008, 29 (11): 1073-1078.

摘要 ( 2068 ) [Full Text(HTML)] ()

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Gold has been regarded as a poor heterogeneous catalyst because it is generally considered a nonreactive metal. But as nanocatalysts, gold and other metals somehow significantly enhance reactivity. It is generally thought chemical bonds of reactants are weakened by adsorption to nanocatalysts thereby allowing reactions to proceed more rapidly, but how this reaction proceeds to completion is not well understood. Here gold nanocatalysts are treated as unsupported nanoparticles (NPs) in a solution of reactant molecules from which extensions are made to gold NPs supported on titanium dioxide. Whether the NPs are supported or unsupported, enhanced catalytic reactivity depends on absorbed thermal kT (k is Boltzmann′s constant and T is absolute temperature) energy accumulated from prior collisions of reactant molecules. The accumulated kT energy is treated as electromagnetic thereby allowing frequency up-conversion by quantum electrodynamics (QED) to the confinement frequency of the NP, typically beyond the vacuum ultraviolet (VUV). By this theory, the chemical reaction of reactant molecules having bonds weakened by adsorption is completed by QED induced VUV photolysis.

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纳米级ZnO/MgO固体的合成及其对CO的氧化活性

Olga Z. DIDENKO;Gulnara R. KOSMAMBETOVA;Peter E. STRIZHAK*

2008, 29 (11): 1079-1083.

摘要 ( 2138 ) [Full Text(HTML)] ()

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The ZnO/MgO solid samples containing the ZnO nanoparticles of controllable size were prepared using colloidal technique. The catalytic performance of the ZnO/MgO samples for the CO oxidation was measured. It was revealed that the rate of the CO oxidation reaction on the ZnO nanoparticles with variable average radius (2.01-2.29 nm) shows nonmonotonic dependence caused by the quantum-confinement effect.

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菱沸石-粘土复合物在沥青精制中的应用

卞俊杰;Steven M. KUZNICKI;William C. McCAFFREY;Andree KOENIG;Christopher C. H. LIN

2008, 29 (11): 1084-1088.

摘要 ( 2090 ) [Full Text(HTML)] ()

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阿尔伯塔的油砂资源日益成为北美重要的战略性能源供给. 本实验室通过采用碱性条件下在高岭土表面上组装菱沸石的方法,合成了新型的菱沸石-粘土复合材料,并证明此复合材料是比菱沸石更好的油砂沥青精制剂. XRD, SEM, TEM, N2物理吸附和XPS表面元素分析结果表明,菱沸石-粘土复合材料具有大体积烃类分子可及的独特的外表面,该复合材料不仅可降低油砂沥青的裂解反应温度,同时还可大幅度脱除沥青中的硫、氮、镍和钒等杂质.

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氧化铈形貌对Au/CeO2催化剂催化氧化CO反应活性的影响

贾昆明;张慧丽;李文翠

2008, 29 (11): 1089-1092.

摘要 ( 2363 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(507KB) ( 1112 )

采用水热合成法制备了形貌规则的纳米氧化铈颗粒,分别为棒状、立方体和多面体,通过溶胶沉积法将金颗粒沉积到不同形貌氧化铈表面制得了Au/CeO2催化剂. 考察了催化剂载体的不同形貌对CO催化氧化反应活性的影响. 实验结果表明,棒状(110+100)和多面体(111+100)氧化铈作为载体时的催化剂活性比立方体(100)作为载体时的活性高. 在低温段,多面体氧化铈作为载体的催化剂表现出较高活性,而在高温范围,棒状氧化铈作为载体的催化剂的催化活性最好.

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Pt/RuO2/CNTs纳米催化剂中RuO2含量对甲醇电催化氧化性能的影响

周春梅;王红娟;梁家华;彭峰;余皓;杨剑

2008, 29 (11): 1093-1098.

摘要 ( 2123 ) [Full Text(HTML)] ()

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制备了一种新的甲醇直接燃料电池Pt/RuO2/CNTs阳极催化剂,在相同Pt负载量下,其甲醇电催化氧化活性是Pt/CNTs的3倍. 采用循环伏安法研究发现Pt/RuO2/CNTs纳米催化剂中RuO2含量对甲醇电催化氧化活性有明显影响,当Pt和RuO2在碳纳米管上含量分别为15%和9.5%时, Pt/RuO2/CNTs催化剂具有最佳的甲醇电催化氧化活性. RuO2负载在碳纳米管上比电容的变化,反映了水合RuO2结构中质子与电子传输平衡的能力,分析表明,催化剂中RuO2含量不同导致电容的变化是影响甲醇电催化氧化活性的主要原因. 当催化剂结构中质子与电子传输达到平衡时,催化剂比电容最大,电催化氧化活性最高. 这种基于电容关联电催化剂的观点对甲醇直接燃料电池阳极催化剂的设计非常有意义.

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水与乙醇分子在金管内吸附作用的分子动力学研究

王耀群;陈权;朱训鹏

2008, 29 (11): 1099-1106.

摘要 ( 2128 ) [Full Text(HTML)] ()

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使用分子动力学研究了乙醇与水分子在纳米金管内按照不同比例混合时的吸附现象, 并利用径向密度分布函数及水和乙醇分子所形成的平均氢键数来探讨纳米限制效应. 结果表明, 径向密度分布函数和氢键数目受纳米金管影响较大. 另外,水与金管之间的作用力比乙醇与金管之间的大,导致水分子形成的平均氢键数不同于乙醇分子的.

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碳源对鱼骨式纳米碳纤维及其负载的钯催化剂性能的影响

周静红;隋志军;周兴贵;袁渭康

2008, 29 (11): 1107-1112.

摘要 ( 2250 ) [Full Text(HTML)] ()

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分别以甲烷、一氧化碳和乙烯为碳源合成了3种鱼骨式结构的纳米碳纤维(FCNF-C1, FCNF-CO和FCNF-C2), 并作为载体制备了3种钯催化剂(Pd 0.5%), 考察了在对苯二甲酸加氢精制中的催化活性,通过N2吸附-脱附、X射线衍射、程序升温脱附、电子透射显微镜及CO化学吸附等方法对载体以及催化剂的结构进行了表征. 结果表明,从不同碳源合成的纳米碳纤维(CNF)具有相似的直径和鱼骨式石墨层排列方式,但其物理化学性能差异较大,其中CO作为碳源得到的CNF具有最大的比表面积,最高的石墨化程度和最多的表面含氧基团; 不同碳源的鱼骨式CNF负载的钯催化剂的活性为: Pd/FCNF-CO>Pd/FCNF-C1>Pd/FCNF-C2, 与Pd分散度的顺序一致. CNF的织构、晶体结构和表面化学等协同载体效应,决定了Pd金属在CNF上的分散状态以及催化性能,而CNF的石墨层排列方式对其影响很小.

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水中受拉伸负载下单壁纳米碳管机械性质的分子动力学研究

朱训鹏;翁盟雄;林振森;卢建铭;张自恭;吴文贤

2008, 29 (11): 1113-1116.

摘要 ( 2016 ) [Full Text(HTML)] ()

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利用分子动力学方法研究了(5,5)扶手椅型和(10,10)锯齿型纳米碳管在水中受拉伸负载下的机械性质. 通过计算纳米碳管中氧和氢原子的局部密度分布研究了限制效应. 结果表明,碳管在水中的杨式系数与在真空下相同,而碳管在水中的拉伸应力小于在真空中的.

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分子动力学与第一原理研究二氧化铈(CeO2)n (n=1～5)纳米粒子的结构性质

陈权;陈辉龙;翁盟雄;朱训鹏;张自恭;张庆升

2008, 29 (11): 1117-1121.

摘要 ( 2056 ) [Full Text(HTML)] ()

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二氧化铈纳米粒子(CeO2)n(n=1～5)材料为固态氧化燃料电池中的催化剂,因此了解其不同尺寸结构的性质是非常重要的. 在本论文中使用分子动力学 (molecular dynamics) 模拟结合火焰算法(FIRE algorithm) 计算得到二氧化铈的最小能量结构. 再应用密度泛函理论方法 (density functional theory)对这些结构进一步计算,得到更精确的最低能量结构.

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双层铜金属薄膜纳米压痕机械性能的分子动力学模拟

廖明亮;翁盟雄;朱训鹏;江幸蓉

2008, 29 (11): 1122-1126.

摘要 ( 1907 ) [Full Text(HTML)] ()

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多层金属薄膜的机械性质在纳米组件的设计上是非常重要的. 目前,纳米尺度材料的机械性质测量的最主要方法为纳米压痕检测技术. 本文应用分子动力学理论对双层铜金属薄膜界面的结构形态与特性进行分析探讨. 选用FCC结构单晶铜的(100)面,(110)面和双层铜金属薄膜作为探讨界面性质的材料,进而探讨了单晶铜及双层铜金属薄膜的纳米压痕变形性质.

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锰八面体分子筛的合成、表征及其对二甲醚燃烧的催化性能

余林;孙明;余坚;余倩;郝志峰;李朝圣

2008, 29 (11): 1127-1132.

摘要 ( 2014 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(692KB) ( 880 )

以高锰酸钾和马来酸为原料,以聚乙二醇单甲醚(MPEG)为模板剂,采用溶胶凝胶法合成了锰八面体分子筛(OMS-2), 并将其用于二甲醚的催化燃烧反应. XRD, FT-IR和UV-Vis结果表明,合成的材料为隐钾锰矿型的锰氧化物. TEM结果表明合成的材料具有棒状的外形结构,其中MPEG起模板导向剂的作用. O2-TPD和H2-TPR结果表明合成的OMS-2材料容易还原,富有晶格氧. OMS-2材料在二甲醚催化燃烧中表现出优异的催化性能,能够在较低的温度下将二甲醚完全转化为CO2和H2O, 晶格氧在该反应中起非常重要的作用.

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测量多孔粉体扩散系数和孔分布的实验装置

宋哲建;王德峥

2008, 29 (11): 1133-1137.

摘要 ( 1736 ) [Full Text(HTML)] ()

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多孔粉体在介孔和微孔范围内的表征需要专业的实验仪器,这限定了对该类材料全面的表征只能在大型实验室中进行. 本文提出了一种改进的BET测量装置,其核心部件是高精度的压差传感器,这种设备让小型实验室也可以测量多孔粉体的内扩散系数和孔分布. 使用数值解析方法和蒙特卡罗模拟方法分析了测量扩散系数实验的数据.

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MgO负载Fe基催化剂选择性合成单/双/多壁碳纳米管

张强;赵梦强;黄佳琦;骞伟中;魏飞

2008, 29 (11): 1138-1144.

摘要 ( 2286 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(1088KB) ( 1125 )

通过浸渍及水热处理获得MgO负载的Fe基催化剂,并将其用于化学气相沉积过程裂解甲烷获得碳纳米管. 结果表明,单/双/多壁碳纳米管可选择性地生长在Fe负载量不同的Fe/MgO催化剂上. 当Fe负载量仅为0.5%时,铁原子在载体表面烧结为0.8～1.2 nm的铁颗粒,碳在这种小颗粒上以表面扩散为主,导致单壁碳纳米管形成,并且单壁碳纳米管的选择性高达90%. 当Fe负载量提高到3%时,铁原子聚集成约2.0 nm的颗粒,在化学气相沉积中生长碳纳米管时,碳在Fe催化剂颗粒中的体相扩散的贡献增大,在表相扩散和体相扩散的共同作用下,双壁碳纳米管的选择性显著增高. 当进一步增加Fe负载量时,铁原子烧结形成1～8 nm的颗粒,经过化学气相沉积,在催化剂上生长了单、双、多壁碳纳米管. 随着Fe在MgO载体上负载量的增加,管径、管壁数以及半导体管的含量都增加. 本研究提供了一种适合大批量选择性生长单/双/多壁碳纳米管的方法.

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纳米碳纤维负载钯催化剂在Heck反应中的应用：载体相互作用的影响

朱俊;赵铁均;Ingvar KVANDE;陈德;周兴贵;袁渭康

2008, 29 (11): 1145-1151.

摘要 ( 2714 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(998KB) ( 807 )

使用多元醇还原法制备了均匀分散的钯纳米颗粒. 将钯纳米颗粒负载于板式、鱼骨式和管式纳米碳纤维,得到稳定、可重复使用的非均相催化剂. 实验结果表明,钯纳米胶粒同载体之间的电位差对钯在载体上的负载量、粒子大小以及Heck反应中钯的溶失量有很大的影响. 在制备过程中,增加钯纳米胶粒同纳米碳纤维表面的电位差能够大大降低钯在Heck反应中的流失. 催化剂的反应活性随钯粒子的增大而降低.

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催化膜和催化膜反应器: 整合的高效和环保催化过程

Enrico DRIOLI;Enrica FONTANANOVA;Marcella BONCHIO;Mauro CARRARO;Martino GARDAN;Gianfranco SCORRANO

2008, 29 (11): 1152-1158.

摘要 ( 2365 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(727KB) ( 1248 )

The design of new heterogeneous photooxygenation systems able to employ visible light, oxygen, mild temperatures, and solvent with a low environmental impact has been investigated. In particular, the heterogenization of decatungstate (W10O4-32), a polyoxometalate with photocatalytic activity in oxidation reactions, has been carried out in polymeric membranes of polyvinylidenefluoride. The polymeric catalytic membranes prepared by phase inversion technique have been successfully applied in the aerobic mineralization of phenol in water, which was used as an example of organic pollutant. In order to evaluate the effect of the polymeric environment on the overall catalyst behavior, we have also heterogenized the decatungstate (opportunely functionalized) in perfluorinated membrane made of Hyflon. The photocatalytic composite membranes are characterized by different and tuneable properties depending on the nature of the polymeric micro-environment, in which the catalyst is confined. Moreover, the selective separation function of the membrane results in enhanced performance in comparison with homogeneous reactions.

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微波水热合成Mn-Ti-Al-MCM-41分子筛及其催化双氧水环氧化苯乙烯的性能

王广健;刘正旺;刘义武;刘广卿;徐明霞;王磊

2008, 29 (11): 1159-1164.

摘要 ( 2073 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(669KB) ( 805 )

采用原位微波水热合成Mn-Ti-Al-MCM-41介孔分子筛,并以双氧水为氧化剂和微波加热,研究了该介孔分子筛在苯乙烯环氧化反应中的催化性能. 利用XRD、29Si MAS-NMR、N2吸附、SEM-EDS和HRTEM手段对该材料进行了表征,结果表明它具有典型的六方相介孔结构、高的比表面积以及窄的孔径分布. 本实验表明Mn-Ti-Al-MCM-41的新颖合成方法加速了整个合成时间: 从几天到几个小时. 在催化苯乙烯液相环氧化实验中该材料具有较高的催化活性. 而且利用本实验合成的介孔分子筛与传统方法制备的在较大程度上提高了对苯基环氧乙烷的选择性.

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聚乙烯吡咯烷酮稳定的钯纳米粒子催化加氢

Nelly ZAKARINA;Essen BEKTUROV

2008, 29 (11): 1165-1168.

摘要 ( 2195 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(487KB) ( 1309 )

Nanosized colloidal platinum was prepared by reduction of H2PtCl6 in methanol-water mixture by refluxing. The particle size and morphology were characterized by transmission electron microscopy and electron diffraction. The influence of polyvinylpyrrolidone (PVP) molecular mass (MM), PVP concentration, and reduction time on platinum particle size was investigated. Small (1-2 nm) Pt particles are formed in the case of PVP with MM=1.2×104. With increasing polymer MM and decreasing polymer concentration, large aggregates from small particles appear. High catalytic activity of the obtained colloidal platinum in hydrogenation of acetylene compounds is shown. The effect of Pt particle size on the catalytic activity was studied.

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微结构的纳米设计膜反应器中的催化

Juergen CARO

2008, 29 (11): 1169-1177.

摘要 ( 2162 ) [Full Text(HTML)] ()

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For thermodynamically and kinetically controlled catalytic reactions, the influence of a membrane is discussed. For reactions operating near to the thermodynamic equilibrium, the conversion can be increased if one/all of the products is/are selectively removed in an extractor type membrane reactor. Examples are esterifications, dehydrogenations, and water dissociation using water, hydrogen, and oxygen selective membranes, respectively. For kinetically controlled reactions, i.e. reactions with a very negative free enthalpy, mainly the selectivity can be increased via the control of the partial pressure of the educts by dosing effects using distributor/contactor membrane reactors. Examples are partial oxidations and hydrogenations. In detail, the application of an oxygen transporting perovskite hollow fiber membrane with a nano-designed grain boundary structure in the hydrogen production by thermal water splitting and in the partial oxidation of hydrocarbons as case studies for thermodynamically and kinetically controlled reactions is discussed.

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乙烯基乙酸酯合成钯-金催化剂中金的助催化作用

陈明树;D. W. GOODMAN

2008, 29 (11): 1178-1186.

摘要 ( 1915 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(997KB) ( 794 )

硅胶负载的钯-金双金属催化剂是乙烯乙酰氧基化制乙烯基乙酸酯(VA)的高选择性催化剂,本文应用平面和负载纳米颗粒模型催化剂体系研究金的助催化作用,应用低能离子散射谱、低能电子衍射、 X射线光电子能谱、反射红外吸收光谱及程序升温脱附等技术表征这些模型催化剂. 结果表明,金的主要助催化作用是隔离催化剂表面的催化活性钯原子,形成孤立的钯活性中心,从而大大抑制或消除反应物和/或产物在毗邻多原子钯中心上的深度分解,提高VA合成的选择性及活性. 同时由于形成了孤立的钯原子活性中心,反应副产物或中间物之一的一氧化碳吸附较弱,避免了催化剂表面的一氧化碳中毒,进而提高催化活性.

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硅基催化结构合成的策略

Harold H. KUNG*;Mayfair C. KUNG

2008, 29 (11): 1187-1192.

摘要 ( 2111 ) [Full Text(HTML)] ()

PDF(585KB) ( 751 )

Two approaches to synthesize silicon-based catalytic structures that aim at capturing the properties and functionalities of natural enzymes are described in this brief review: unit-by-unit synthesis of macromolecular units and templating/imprinting synthesis of nanocages. The unit-by-unit approach mimics the peptide synthesis method, offers atomic control of the structure, but is inefficient in synthesizing large structures such as nanocages. The templating/imprinting method is more suitable for nanocages at the sacrifice of atomic control, and the nanocages obtained are shown to possess properties exhibited by enzyme cavities.

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