铜锌催化剂组分间相互作用的研究

铜基催化剂的制备及其催化性能研究随着化学工业的快速发展，各种化学合成方法被广泛研究和应用。

化学催化剂作为一种常用的化学合成工具，在化学反应中发挥着巨大的作用。

铜基催化剂因其催化性能优越而备受关注和研究。

本文将介绍铜基催化剂的制备及其催化性能研究。

一、铜基催化剂的种类及其催化性能铜基催化剂种类繁多，包括氧化铜、氧化铜锌、氧化铜锌铝、氢氧化铜等。

这些催化剂广泛用于化学反应中，如加氢反应、氧化反应、脱氫反应等。

其中，铜基催化剂的氧化反应催化性能表现尤为突出，如催化羧酸的氧化、催化芳香族醛类物质的氧化等。

二、铜基催化剂的制备方法铜基催化剂的制备方法主要有物理法和化学法两种。

物理法制备的铜基催化剂包括提高反应温度、利用热解、溶胶凝胶等方法。

这些方法简单易行，不需要任何催化剂前体化学反应，但是得到的催化剂质量较低，催化性能相对较差。

相比之下，化学法制备的铜基催化剂质量更高，催化性能优越。

常用的化学法制备铜基催化剂包括沉淀法、共沉淀法、浸渍法、蒸汽扩散法等，其中浸渍法是目前使用最广泛的制备方法。

这种方法通过溶剂将金属离子和载体接触、吸附，经干燥、高温焙烧等步骤，最终得到氧化物催化剂。

三、铜基催化剂的催化性能测试在铜基催化剂的研究中，催化性能测试是不可或缺的一环。

根据催化机理不同，测试方法也有所不同，常用的催化性能测试方法包括催化动力学研究、表面分析和扫描电镜观察等。

催化动力学研究主要用于确定催化反应速率和反应物质的活化能，可以解释铜基催化剂在反应中的催化机理。

表面分析方法包括X射线能谱、能谱分散、X射线衍射等，可以对铜基催化剂的表面结构进行精确分析和表征。

扫描电镜观察则可以用于表征铜基催化剂的形貌和形态特征。

四、铜基催化剂的应用前景铜基催化剂作为一种高效、廉价、绿色的化学合成工具，具有广泛的应用前景。

在工业生产中，铜基催化剂已被广泛应用于某些有机反应，如有机合成、有机氧化和有机还原等。

此外，铜基催化剂在环境保护和能源利用领域也有广泛的应用前景，如催化还原二氧化碳、催化异构化等。

铜基催化剂还原过程研究综述肖二飞;刘华伟;钱胜涛;刘应杰;雷军;王先厚;孔渝华【摘要】铜基催化剂广泛应用于工业生产中，催化剂还原是催化剂生产的最后一道工序，也是工业使用前的第一个步骤，对几种铜基催化剂的还原过程进行综述。

铜基催化剂主要应用于CO与H2合成甲醇和CO低温变换，也可用于CO2与H2合成甲醇以及脂肪酯加氢制脂肪醇。

铜基催化剂的还原方法主要有液相还原法和气相还原法，其中，气相还原法用途较广。

对影响还原的条件（ H2浓度、温度、压力和空速等）及杂质（ H2 O、O2和CO2等）进行总结，并以甲醇合成催化剂为例对低氢还原法和高氢还原法作了介绍。

%Copper based catalysts are widely used in commercial production. The reduction of catalyst is the last step in the process of catalyst production,and also the first step before use. The reduction processes of several copper based catalysts were reviewed. Copper based catalysts were mainly used for synthesis of methanol from CO and H2 and CO low temperature conversion,and could also be applied for synthesis of methanol from CO2 and H2 as well as the synthesis of fatty alcohol from fatty ester hydrogena-tion. The reduction methods of copper based catalysts mainly had the liquid phase reduction method and the gas phase reduction method,in which the gas phase reduction method was widely used. The condi-tions( H2 concentration,temperatures,pressure and space velocity,etc. )and impurities( H2 O,O2 and CO2 ,etc. )which influenced on the catalyst reduction were summaried. Using methanol synthesis cata-lyst as an example,the low hydrogen reduction method and the high hydrogen reduction method were introduced.【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】7页(P35-41)【关键词】催化剂工程;铜基催化剂;甲醇合成催化剂;还原【作者】肖二飞;刘华伟;钱胜涛;刘应杰;雷军;王先厚;孔渝华【作者单位】工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074;工业气体净化精制与利用湖北省重点实验室，华烁科技股份有限公司，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TQ426.6;O643.36综述与展望铜属于过渡金属元素，对有机化合物催化氧化、加氢和脱氢等反应有很好的活性，广泛应用于催化剂制备。

分步沉淀法制备铜锌基甲醇合成催化剂及其性能研究陈海波;刘明;李晓敏;于杨;史志刚;李忠于【期刊名称】《低碳化学与化工》【年(卷),期】2024(49)5【摘要】铜锌完全共沉淀方法是制备铜锌基甲醇合成催化剂的常用方法,然而该方法难以实现对催化剂表面铜-氧化锌交界面活性位点的构筑调控。

为了解决这一问题,采用分步沉淀法,在催化剂整体锌含量一定的前提下,将催化剂的锌组分一部分与铜共沉淀形成内核,一部分在外包覆形成表面铜-氧化锌交界面位点,并研究了不同锌包覆比例对催化剂性能的影响。

分别采用X射线衍射(XRD)、N2吸/脱附、X射线光电子能谱(XPS)和H2程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的晶粒尺寸、孔道结构、金属价态、电子结构和还原能力等进行了表征分析。

结果表明,采用分步沉淀法合成的催化剂比共沉淀法合成的催化剂具有更小的晶粒尺寸、更丰富的孔道结构、更强的铜锌相互作用、更稳定的低价铜位点以及更强的还原能力。

甲醇合成性能结果显示,在250℃、5.0 MPa和空速10000 h-1的条件下,锌包覆比例为25%时,催化剂的甲醇合成初活性和耐热后活性达到最优。

相比于共沉淀法合成的催化剂,其初活性和耐热后活性分别提升了6%和13%。

锌包覆比例为50%时,催化剂的耐热后活性衰退率最低,仅为共沉淀法合成的催化剂的66%。

分步沉淀法合成的催化剂的活性和耐热性能均有大幅度提升,该方法实现了对甲醇合成催化剂表面活性位点的有效调控,从而成功提升了铜锌基甲醇合成催化剂的活性和热稳定性。

【总页数】7页(P8-14)【作者】陈海波;刘明;李晓敏;于杨;史志刚;李忠于【作者单位】中石化南京化工研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ426.6;TQ223.121【相关文献】1.二步共沉淀法制备的铜基甲醇合成催化剂的研究2.共沉淀法制备CO2合成甲醇铜基催化剂的性能研究3.沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂的研究进展4.沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂的研究进展5.沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

甲醇合成催化剂失活及影响因素分析摘要：甲醇 (CHOH) 是一种结构最简单的一元醇，也被称为木醇，因为它最3初存在于干燥的蒸馏木材中。

甲醇是一种无色挥发性液体，有酒精气味。

它是一种重要的化工原料，广泛用于化学实验和化学领域。

用途广泛，不仅可作为萃取剂，还可作为化工原料及其加工产品，如甲醛、醋酸、农药等。

随着科学技术的发展，甲醇转化为烯烃生产技术不断发展，甲醇转化为高附加值产品的力度不断加大对甲醇的需求不断增长，甲醇合成领域的研究越来越受到研究关注。

催化剂是一类能够在化学反应过程中改变化学反应速率而不被自身消耗的物质，广泛应用于许多化学反应中。

催化剂作为甲醇合成中的一个非常重要的环节，与甲醇生产中的许多条件和性能指标密切相关，其种类、性能和活性对甲醇的合成起着重要的作用。

因此，有必要对催化剂活性进行系统的分析和研究。

关键词：甲醇合成；催化剂失活；影响因素引言甲醇制烯烃是以甲醇为原料，在催化剂的作用下，在流化床反应器中进行脱水和碳链重整的过程，实现MTO工艺优化的核心和关键是MTO催化剂，具有极高的比表面积、良好的水热稳定性、丰富的质子酸性和离子交换位，独特的八元环三维孔道体系更使得它拥有了极好的小分子择形催化性能。

甲醇制烯烃SAPO-34分子筛工业化应用过程中因反应物、反应过程及传质等问题，引起催化剂失活和磨损，导致催化剂需要再生和补充新的催化剂，增加了生产成本，必须进行再利用。

本文综述甲醇合成催化剂失活的影响因素，并对提高甲醇合成催化剂活性的措施进行总结，提出甲醇催化剂今后的发展方向。

1甲醇合成催化剂失活的影响因素1.1结蜡问题( 1) 在催化剂装填过程中，如果铁锈或油脂等杂质带入合成塔内，会降低催化剂的活性和选择性，促进石蜡的生成。

( 2) 铜基催化剂在使用过程中，随着使用时间的增加，特别是催化剂使用中后期，受催化剂选择性的限制，会生成一定量的石蜡。

同时，甲醇生产时难免会伴有少量甲酸及其他有机酸生成，这些酸类物质在 CO 的作用下腐蚀合成塔生成Fe( CO)5与 Ni( CO)4，加速石蜡的生成。

三元催化剂的作用及原理1. 三元催化剂的定义三元催化剂是指由三种不同金属或金属氧化物组成的复合催化剂。

这种催化剂通常具有高活性、高选择性和良好的稳定性，在许多重要的工业反应中被广泛应用。

2. 三元催化剂的作用三元催化剂在化学反应中起到催化作用，加速反应速率并提高产物的选择性。

它们可以通过吸附和解离反应物分子，调节活性位点，促进反应物之间的相互作用，提供活性中心等方式来实现这一功能。

3. 三元催化剂的原理3.1 活性位点调节活性位点是指能够吸附和解离反应物分子，并促进其发生反应的部位。

在三元催化剂中，不同金属或金属氧化物之间存在相互作用，可以调节活性位点的位置和特性。

以Pt-Sn/Al2O3为例，Pt和Sn分别是铂和锡组成的催化剂。

Pt具有较高的氧气解离能力，而Sn具有较高的氢气解离能力。

当Pt和Sn组成复合催化剂时，它们之间的相互作用可以调节活性位点的特性，使其同时具有较高的氧气和氢气解离能力。

这种调节作用可以提高催化剂在反应中的活性。

3.2 相互作用促进三元催化剂中不同金属或金属氧化物之间存在相互作用，可以促进反应物之间的相互作用，增强反应过程中的协同效应。

以Cu-Zn-Al为例，Cu、Zn和Al分别是铜、锌和铝组成的催化剂。

Cu具有较好的选择性，但活性较低；Zn具有较高的活性，但选择性较差；Al具有调节活性位点的能力。

当Cu、Zn和Al组成复合催化剂时，它们之间存在相互作用，Cu和Zn之间形成共晶相，增加了反应物在表面上的接触机会；Al通过调节活性位点，提高了催化剂在反应中的选择性。

这种相互作用促进了反应物之间的相互作用，提高了反应效率和产物选择性。

3.3 活性中心提供三元催化剂中的不同金属或金属氧化物可以提供不同类型的活性中心，进而实现对不同反应物的催化。

以Co-Mo/Al2O3为例，Co和Mo分别是钴和钼组成的催化剂。

Co具有较好的选择性，而Mo具有较高的活性。

当Co和Mo组成复合催化剂时，它们之间存在相互作用，形成了活性位点。

锌与其他金属离子相互作用锌是一种重要的金属元素，在自然界中广泛存在于矿石和矿物中。

锌具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，因此被广泛应用于工业生产和日常生活中。

与其他金属离子相互作用的研究，对于了解锌的性质和应用具有重要意义。

让我们来了解锌与其他金属离子之间的相互作用。

锌能够与多种金属离子形成配位化合物。

当锌和其他金属离子接触时，它们之间会发生电子的转移或共享。

这种电子的转移或共享可以改变锌和其他金属离子的化学性质，影响它们的物理性质和化学活性。

锌与其他金属离子的相互作用主要有以下几种形式：1. 氧化还原反应：锌可以与许多金属离子发生氧化还原反应。

例如，锌可以与铜离子发生反应，将铜离子还原为铜金属，同时锌自身被氧化为锌离子。

这种反应被广泛应用于电池和电化学工艺中。

2. 配位反应：锌可以与其他金属离子形成配位化合物。

在这种反应中，锌离子与其他金属离子之间通过共享电子形成配位键。

这种配位反应可以改变金属离子的化学活性和稳定性，从而影响它们在催化、光电和生物学等领域的应用。

3. 同位素交换反应：锌有多个同位素，其中最常见的是锌-64和锌-66。

锌同位素之间可以发生交换反应，改变锌的同位素组成。

这种同位素交换反应可以用于同位素示踪、地质年代学和核医学等领域。

锌与其他金属离子相互作用在许多领域具有重要应用价值。

例如，在电池技术中，锌和其他金属离子的氧化还原反应可以用于制造锌-空气电池和锌-银电池等高性能电池。

这些电池具有高能量密度、长寿命和可充电的特点，被广泛应用于便携式电子设备和电动车辆等领域。

锌与其他金属离子的配位反应可以用于催化剂的设计和合成。

通过调控锌与其他金属离子之间的配位方式和配位数，可以调节催化剂的活性和选择性。

这对于有机合成、环境保护和能源转化等领域的研究具有重要意义。

除了在科学研究和工业应用中的重要性外，锌与其他金属离子的相互作用还在生物学和医学领域发挥着重要作用。

锌是人体必需的微量元素之一，参与了许多生物过程的调节和催化。

２００９年７月第１７卷第７期 工业催化ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＣＡＴＡＬＹＳＩＳ Ｊｕｌｙ２００９Ｖｏｌ．１７　Ｎｏ．７催化剂制备与工艺收稿日期：２００８－１１－１０ 基金项目：新汶矿业集团横向基金项目（１０８－００１０１）作者简介：刘家强，男，在读硕士研究生。

通讯联系人：李志华，１９６６年生，男，山东省济南市人，博士，副教授，研究方向为催化化学。

Ｅ ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｉｈｕａ＠ｓｄｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ改进的二步共沉淀法制备Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３甲醇合成催化剂刘家强１，魏　蓉１，张艳舞１，徐　润２，李志华１（１．山东师范大学化学化工与材料科学学院，山东济南２５００１４；２．中国石化石油化工科学研究院，北京１０００８３）摘　要：采用改进的二步共沉淀法制备了Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３甲醇合成催化剂。

用ＸＲＤ、ＳＥＭ和ＢＥＴ等手段对催化剂结构和形貌进行了表征。

采用流动固定床微型反应器在５．０ＭＰａ和空速５０００ｈ－１条件下，考察了其催化合成气合成甲醇的活性，并在同一条件下用一种工业催化剂做对比测试。

结果表明，改进的二步法制备的甲醇合成催化剂结晶度较低，基本以无定形状态的固溶体形式存在，铜锌之间的协同作用大，催化剂粒度较小，尺寸分布较均匀，比表面积较大，催化剂单位面积活性达９８．５４ｍｇ·ｍ－２。

关键词：催化化学；改进的二步共沉淀法；铜基甲醇催化剂；甲醇合成ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２００９．０７．００５中图分类号：Ｏ６４３．３６；ＴＱ４２６．９４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ １１４３（２００９）０１ ００２２ ０４ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３ｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｍｅｔｈａｎｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｂｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｗｏ ｓｔｅｐｃｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＬＩＵＪｉａｑｉａｎｇ１，ＷＥＩＲｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＹａｎｗｕ１，ＸＵＲｕｎ２，ＬＩＺｈｉｈｕａ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｉｎｏｐｅｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｔｒｏｌｅｕｍＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３ｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｍｅｔｈａｎｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｗｏ ｓｔｅｐｃｏｐｒｅｃｉｐｉｔａ ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＳＥＭａｎｄＢＥＴ．Ｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄｃａｔａｌｙｓｔｓａｎｄａｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｍｅｔｈａｎｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｆｒｏｍｓｙｎｇａｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎａｆｌｏｗｆｉｘｅｄｂｅｄｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ５．０ＭＰａａｎｄｓｐａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆ５０００ｈ－１．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔｈａｄｌｏｗｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ，ｅｘｉｓｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｈａｄｌａｒｇｅｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｅｆｆｅｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃｏｐｐｅｒａｎｄｚｉｎｃ．Ｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔａｌｓｏｈａｄｓｍａｌｌｅｒｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ，ｅｖｅｎｇｒａｎｕｌａｒｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｌａｒｇｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ．Ｔｈｅｕｎｉｔａｒｅａａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔｒｅａｃｈｅｄ９８．５４ｍｇ·ｍ－２．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｔａｌｙｔｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｉｍｐｒｏｖｅｄｔｗｏ ｓｔｅｐｃｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｃｏｐｐｅｒ ｂａｓｅｄｍｅｔｈａｎｏｌｃａｔａｌｙｓｔ；ｍｅｔｈａｎｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２００９．０７．００５ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：Ｏ６４３．３６；ＴＱ４２６．９４ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ ＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１００８ １１４３（２００９）０１ ００２２ ０４　２００９年第７期 刘家强等：改进的二步共沉淀法制备Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３甲醇合成催化剂 ２３ 甲醇既是重要的化工原料，又是燃料电池的氢源［１－２］。

酸性环境中甲醇电氧化催化剂的研究进展摘要：甲醇不仅是重要的有机化工原料，还是性能优良的能源和车用原料。

随着石油资源的不断开采和利用，以煤、天然气制甲醇的工艺路线越来越显示出重要性。

国家能源集团宁夏煤业有限公司煤制油装置年产100万t·a-1的甲醇合成单元以煤为原料，在催化剂存在下，用一氧化碳和氢气（俗称合成气）加压加温来制造甲醇。

关键词：燃料电池；甲醇电催化反应；催化剂；酸性环境引言甲醇合成催化剂是该甲醇生产技术路线的关键技术。

Cu－Zn－Al催化剂由于具有良好的低温活性与高温稳定性而成为目前研究最多的合成甲醇催化剂体系。

其中，Cu为主要活性组分，ZnO的加入可以与CuO产生协同效应，提高催化剂活性。

Al2O3作为载体，可以提高催化剂的比表面积和铜的分散度，防止反应过程中因铜晶粒烧结导致催化剂失活，提高催化剂的稳定性。

还有研究表明在Cu－Zn－Al体系催化剂中加入适量MgO，更利于铜晶粒的分散，可以进一步提高催化剂的热稳定性。

1甲醇氧化反应机理对酸性环境中甲醇氧化机理的研究表明甲醇氧化存在双反应路径，包括直接路径（非CO路径）和间接路径（CO路径）。

在CO路径中，甲醇会首先脱氢生成CO，然后被进一步氧化成CO2，而在非CO路径中，甲醇则直接氧化生成CO2。

早期MatthewNeurock运用第一性原理密度泛函理论计算分析甲醇电催化的反应机制。

他认为对于Pt(111)，主要是CO路径占主导地位，当电位小于0.6VNHE时，CO会覆盖活性位点并且难以被氧化；而当电位高于0.6VNHE时，水会氧化生成OH；当电位略高于0.66VNHE时，CO会被氧化。

此外他还认为不同的反应路径中，中间体的活化对应所需的Pt活性位点数量不一，如对于非CO路径而言，中间体的活化仅需1~2个Pt原子,而CO路径则需要较大的表面集合和阶梯状活性位点。

根据DFT，具体的反应路径取决于甲醇脱氢是由C-H键还是O-H键的断裂开始的。