固体催化剂制备方法及计算化学在催化剂研究中的应用
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2021 年 4 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Apr. 2021文章编号:1003-9015(2021)02-0355-08MnCr2O4催化剂的制备方法及其SCR脱硝性能研究高尔豪1,2, 赵子龙3, 朱绍东4, 黄蓓2, 潘华3, 何奕2, 施耀2(1. 常州大学环境与安全工程学院, 江苏常州 213164;2. 浙江大学化学工程与生物工程学院, 浙江杭州 310027;3. 浙江树人大学生物与环境工程学院, 浙江杭州 310015;4. 绍兴市环境监测中心站, 浙江绍兴 312000)摘要:为了探明不同方法制备Mn-Cr尖晶石型催化剂的可行性,通过水热法、沉淀法和溶胶凝胶法分别制备了MnCr2O4,确定了该催化剂的较佳制备条件,并对所制得的催化剂的脱硝效率和N2选择性进行了测试对比。
此外,比较了不同制备方法所得催化剂的物相组成,同时对催化剂的构效关系进行了探究与分析。
结果表明,溶胶凝胶法制备的MnCr2O4催化剂不仅具有纯尖晶石相,且展现出最佳的脱硝性能。
在反应空速为60 000 h-1时,溶胶凝胶法制备的催化剂样品在169~341℃下脱硝效率高于90%。
与水热法、沉淀法相比,溶胶凝胶法制备的MnCr2O4催化剂选择性催化还原(SCR)活性最佳的原因在于其具有高摩尔分数的Mn4+、Cr5+及Oα,数量较多且酸性较强的酸位点,以及较强的可还原性。
关键词:NO x;水热法;沉淀法;溶胶凝胶法;尖晶石中图分类号:X511 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-9015.2021.02.021Preparation of MnCr2O4 catalysts and their NH3-SCR performanceGAO Er-hao1,2, ZHAO Zi-long3, ZHU Shao-dong4, HUANG Bei2, PAN Hua3, HE Yi 2, SHI Yao2(1. School of Environmental and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China;2. College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;3. College of Biology and Environmental Engineering, Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China;4. Shaoxing Environmental Monitoring Center Station, Shaoxing 312000, China)Abstract:In order to investigate the feasibility of preparing Mn-Cr spinel-type catalysts by different methods, MnCr2O4 was prepared by hydrothermal, precipitation and sol-gel methods, respectively. The optimal preparation conditions were determined, and the de-NO x efficiency and N2 selectivity were studied. In addition, the phase compositions of the catalysts obtained were compared, and the structure-activity relationship of the catalysts was explored and analyzed. The results show that the MnCr2O4 catalyst prepared by the sol-gel method demonstrates pure spinel phase and exhibits the best de-NO x performance. De-NO x efficiency of the catalyst prepared by the sol-gel method was over 90% within 169-341℃under gas hourly space velocity of 60 000 h-1. Compared with hydrothermal and precipitation methods, the best SCR performance of the MnCr2O4 catalyst from the sol-gel method can be attributed to its high abundant of Mn4+, Cr5+, and Oα, the largest acid sites, and the strongest reducibility.Key words: NO x; hydrothermal method; precipitation method; sol-gel method; spinel1前言氮氧化物(NO x)是主要的大气污染物之一,它会造成酸雨、雾霾等环境污染事件。
转帖-XANES在催化研究中的应用2010-06-08 11:39XANES在催化研究中的应用X射线吸收近边结构(XANES)原子中的电子是与自由电子不同的,它受到原子核的束缚,化学环境对原子的影响,可以从这种束缚能中表现出来。
在入射X光子能量与这种束缚能接近,这种束缚的影响表现得特别明显,这正是人们感兴趣的X射线吸收近边结构(X-ray Absorption Near Edge Structure——XANES)。
XANES是指吸收边的前区至吸收边后50eV的部分。
原子共振吸收X射线能量主要取决于不同元素而异,即不同元素的吸收边是不一样的,但同一元素的原子由于化学态不同,也就是原子外层电子不一样会在XANES谱上表现出来。
因此可以采用XANES谱检测元素的化学态。
对XANES的理论解释发展比较缓慢,在20世纪70年代中期已经正确地用吸收原子周围的一个原子簇内的多次散射来解释,到20世纪80年代才得以较快的发展,经过近20年的发展,目前已获得广发的应用。
实际上XANES还可分为两部分:第一部分是自靠近吸收边的边前区到吸收边后约8eV处的一段,为吸收边或边前结构,也称为低能XANES段。
其特点是存在一些分离的吸收峰、肩峰及吸收主峰;第二部分大致是从吸收边后约8eV到50eV的一段,就是我们常说的XANES,其特点是连续的振荡。
1 XANES产生机理XANES的模型是X-射线吸收元素的光电子在邻近原子壳层的多重散射——低能光电子核邻近原子强烈背散射。
简单地说,就是其散射路径不只经过一个邻近原子,又因这些原子具有各自的背散射振幅,因而使邻近原子配位几何状态及原子团结构无序程度的消息被记录下来。
尽管XANES对于X-射线吸收原子的化合价和周围原子的对称性是敏感的,然而,由于光电子和近邻原子作用较强,没有简单的近似方法,因而XANES理论没有得到很好的发展。
尽管如此,通过对比不同样品的XANES谱,仍然可以得到定性的结构和价态信息。
knochel双膦配体合成新方法及其在pd-催化不对称烯丙基取代反应中的应用文章标题:探索新方法:knochel双膦配体合成及在pd-催化不对称烯丙基取代反应中的应用一、引言Knochel双膦配体合成方法及其在pd-催化不对称烯丙基取代反应中的应用,是当前有着广泛研究价值和应用前景的研究领域。
本文将深入探讨该领域的最新进展和未来发展趋势。
二、Knochel双膦配体合成方法1. Knochel双膦配体的定义Knochel双膦配体是指由Prof. Knochel等人提出的一类新型手性配体,其分子结构中包含两个膦原子,具有良好的立体化学性质和反应活性。
2. 合成方法及步骤(1) 步骤一:原料准备利用磷氯化合物和醛缩合反应合成中间体(2) 步骤二:活化反应通过金属试剂活化和官能团转化反应得到目标产物(3) 步骤三:纯化和表征采用柱层析和NMR等技术进行产物纯化和结构表征3. 应用领域及意义Knochel双膦配体合成方法具有简便易行、高产率和高立体选择性等优点,已广泛应用于有机合成领域,尤其在金属催化反应中发挥了重要作用。
三、Pd-催化不对称烯丙基取代反应及其应用1. Pd-催化不对称烯丙基取代反应的定义和机理Pd-催化不对称烯丙基取代反应是指利用钯催化剂对不饱和烃进行不对称烯丙基取代反应,具有重要的合成价值和实用意义。
2. Knochel双膦配体在Pd-催化不对称烯丙基取代反应中的应用(1) Knochel双膦配体的设计原理(2) 实验条件优化(3) 反应机理和产物结构表征3. 应用前景及展望Knochel双膦配体与Pd-催化不对称烯丙基取代反应的结合,为合成复杂有机分子提供了新的途径和方法,对于新药物、农药和功能材料的合成具有重要意义。
四、个人观点和理解在深入研究Knochel双膦配体合成方法及其在Pd-催化不对称烯丙基取代反应中的应用过程中,我对该领域的未来发展和扩展有了更为深刻的认识。
我相信,在不断探索和创新的过程中,该领域必将取得更多重要的突破和应用,并为有机合成化学领域的发展做出更大的贡献。
一.催化剂的组成:1. 活性组分:2. 助催化剂:3. 载体:二.催化剂的制备其制备方法有酸法,碱法和醇铝法三种。
目前国内主要采用碱法,少数厂家采用醇铝法。
(1)酸法将硫酸铝配成6%勺水溶液,加入中和槽中,再将液氨配成15%- 20% 的氨水,按计算量将氨水快速加入,在强烈搅拌下于室温反应40〜60 min,至pH值达到8〜9左右时,反应基本完成。
将生成的沉淀物经压滤、用无离子水洗涤除去杂质离子,洗涤水中一般加少量氨水调节pH值为8〜9,以防洗涤过程中氢氧化铝发生胶凝过程而引起物料损失。
将洗涤过的沉淀物加入少量33%的硝酸溶液,在强烈搅拌下生成胶状料浆(此过程称为打浆) 。
再经喷雾干燥,将得到的微球形氢氧化铝挤条成型,在550C下焙烧活化4h,即脱水形成活性氧化铝。
(2)碱法把工业固体烧碱加水配成浓度为600 g/L的烧碱溶液,在50〜80C下加入氢氧化铝后升温至110C,保温3 h进行反应,将所得溶液用水稀释至含氧化铝为100g/L,静置0.5〜1h,经过滤,除去氢氧化铁等不溶性杂质,再将清液和20%硝酸溶液按照一定比例进行中和反应,温度控制在30〜50C下,控制pH 7〜7.5,反应10 min左右以后,再将反应液在常温搅拌下老化2h,经过滤、用无离子水多次洗涤、于110C烘干、挤条成型、干燥、500C活化4h,制得活性氧化铝。
(3)醇铝法将金属铝片加入异丙醇溶液中进行反应,生成异丙醇铝,通过水蒸气鼓泡(入口温度180C,水解温度175C),使异丙醇铝水解,生成水合氧化铝,经熟化、过滤、于100C干燥、500C脱水活化,制得活性氧化铝。
其( 4)高温快脱法:将氢氧化铝( 水合氧化铝) 经高温快速脱水、成型、水热处理及干燥后制得成品。
(5)炭化铝胶法:将氢氧化铝和氢氧化钠混合,再经中和、二氧化碳碳化、水洗、压滤、干燥、粉碎、捏合、挤条、干燥、煅烧等过程制得成品。
(6)喷雾干燥法:将氢氧化铝与工业硫酸反应,再经碱液中和、水洗、喷雾干燥、煅烧等过程制得成品。
62氨硼烷水解制氢反应催化剂的设计与制备周花杰 宿迁子渊司法鉴定所【摘 要】氢能因其绿色清洁的特点引起人们的高度关注,而储氢和制氢仍是一个亟待解决的重要课题。
本文探究基于 MOFs材料制备的氮掺杂 Co/C金属颗粒催化剂,催化 氨硼烷(AB )水解性能良好,拓展了 MOFs 在储氢中的应用。
【关键词】Co纳米颗粒;氨硼烷;催化水解;制氢一、综述与其他碳氢燃料相比,单位质量的氢含有142MJ kg -1的化学能。
氢能有利于解决能源危机,有利于缓解化石燃料的使用带来的环境污染问题,具有燃值高、可再生、无污染等优点,但氢能存储和氢气生产技术的工业化以及高效存储问题仍是一个巨大的挑战,要使“氢经济”尽快成为现实,探索安全高效、成本低廉的制氢储氢技术势在必行。
1.氢能特点:氢主要以化合态形式存在,取材广泛且清洁环保。
为此氢能作为一种新能源所具有的优势如下:轻质元素、绿色环保、燃烧热值高、来源广泛、利用形式多。
2.制氢技术:随着社会的进步和市场需求的发展,寻求一种大规模的高效廉价的制氢技术已成为必然。
现有制氢技术如下:水电解制氢、化石燃料制氢、生物制氢、太阳能制氢。
3.储氢技术:氢能源的发展需要规模廉价环保的制氢技术,同时也需要便携式安全高效的储氢技术。
目前的储氢方法有以下两种分别为:物理储氢和化学储氢。
4.氨硼烷(AB)的理化性质:1955年,Shore和Pany[1]合成了氨硼烷,它是一种B.N.H化合物,分子式为NH 3BH 3,分子量为30.865。
在 0 ℃,101.325 K P a 下,氨硼烷(A B )是一种白色固体,不易燃不易爆,熔点 104 ℃,易溶于水,在水中溶解度为 33.6g。
AB分子间能够形成氢键,具有较强的极性,成头尾相连的四聚物结构,不同于其他配位金属氢化物。
室温下AB分子为四方晶体B-N为1.648 Å,B–H 为1.206 Å,N–H 为 1.017 Å。
稀土改性固体超强酸催化剂的合成及性质表征摘要:本实验研究以硝酸锆和硝酸镧为原料合成物质的量比为Zr:La=1:0,Zr:La=1:1,Zr:La=1:2的固体超强酸催化剂,研究了在Zr:La分别为1:0,1:1,1:2三种催化剂各取2g催化合成乙酸正丁酯的酯化率,由酯化率得出催化剂的活性,并且对催化剂进行红外光谱和紫外光谱分析。
结果表明Zr:La=1: 2的催化剂的催化效率最高,同样反应时间为 3 h 时,乙酸正丁酯的收率为 66.84%。
关键词:稀土;固体超强酸催化剂;乙酸正丁酯;催化剂的合成;酯化反应。
1 前言1.1开题依据固体超强酸是指酸性比100%硫酸更强的固体酸,固体超强酸由于它的高比表面积及特殊的晶体结构使其成为一种新型催化剂材料,可广泛用于有机合成、精细化工、石油化工等行业。
由于固体超强酸与传统的催化剂(如硫酸)相比具有(1)催化效率高,用量少,副反应小,副产物少;(2)可在高温下使用,可重复使用,催化剂与产物分离简单;(3)无腐蚀性,不污染环境;(4)制备方法简便,可用一般金属盐类制备。
由于上述优点,固体超强酸的研究和应用成为寻求新型绿色环保型催化剂的热点领域,对促进化工行业向绿色环保化方向发展具有重要的意义。
固体超强酸和传统的催化剂(如浓硫酸、三氯化铁、无水三氯化铝等)相比具有明显的优势:(1)催化活性高,催化剂用量少,催化剂分离回收容易。
催化剂本身不进人和不污染产品;(2)使用温度低,甚至在常温下也表现出较好的活性,有利于节能;(3)反应物转化率高,副反应少,产物色泽和纯度好。
有利于减少原料消耗和降低“三废”排放;(4)固体超强酸虽然表面酸性很强,但不腐蚀设备,无论是催化剂的制备、理论探索、结构表征,还是工业应用研究都有了新的发现,固体超强酸由于其特有的优点和广阔的工业应用前景,已受到国内外学者广泛关注,成为固体酸催化剂研究中的热点[1-2]本实验主要研究通过加入一定量 La 元素对SO42-/ZrO2催化剂性质的影响,La与Zr在三种不同摩尔比下合成固体超强酸催化剂的催化效率。
催化剂中活性位点的表征及定位催化剂在我们的日常生活中无处不在,从汽车尾气净化到食品加工,都需要催化剂的帮助。
而催化剂的活性位点则是催化剂起作用的关键,因此,对于活性位点的表征及定位具有重要的研究价值。
催化剂中活性位点的表征可以采用多种方法。
其中,光谱学是一种常用的方法。
光谱学包括紫外-可见吸收光谱、傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱等。
通过这些光谱学方法,可以确定催化剂表面的化学键类型和化学状态,从而得到活性位点的性质。
比如,紫外-可见吸收光谱可以用来研究催化剂表面的电荷转移过程,从而确定催化剂表面的氧化还原性质。
除了光谱学,表面分析技术也是一种常用的方法。
表面分析技术包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、扫描隧道显微镜等。
这些技术可以提供更加直接的信息,如催化剂表面的形貌、厚度、晶体结构等,因此可以用来定位活性位点的位置。
除了上述方法外,计算化学方法也是一种常用的方法。
计算化学方法可以通过模拟催化剂表面的结构来确定活性位点。
比如,密度泛函理论可以通过计算催化剂表面原子之间的相互作用来确定活性位点。
总的来说,以上三种方法各有优缺点,可以相互补充,从而给出更加全面的活性位点表征信息。
在确定催化剂中的活性位点位置之后,下一步则是确定活性位点的化学特性。
催化剂中活性位点的化学特性可以用一系列“键合”实验来表征。
这些实验主要包括原位傅里叶变换红外光谱学、原位X射线吸收光谱学、原位拉曼光谱等。
不同的实验方法适合于不同类型的活性位点。
例如,原位傅里叶变换红外光谱学可以用于表征氧化还原活性位点和酸碱性活性位点。
在这种方法中,催化反应在催化剂表面进行,通过原位傅里叶变换红外法可以很好地确定催化剂表面的化学键类型以及它们的振动频率,进而确定活性位点化学特性。
另一个例子是原位X射线吸收光谱学,它适用于表征过渡金属活性位点的化学状态。
在这种方法中,通过原位X射线吸收光谱学可以确定过渡金属离子的状态,比如说氧化态或还原态,进而确定它们的化学特性。
固体催化剂制备方法及计算化学在催化剂研究中的应用摘要:固体催化剂制备技术是催化剂研发的一个重要方向。
综述了近年来几种固体催化剂常规制备方法,包括溶胶-凝胶法、微波法、微乳液法、等离子体技术、超临界流体法、生物还原法等方法。
在文中还介绍了计算化学在催化剂研究中的相关应用。
关键词:固体催化剂制备方法计算化学进展催化剂曾称触媒,是一类改变化学反应速度而在反应中自身并不消耗的物质。
催化剂在现代化学工业、石油化工、能源、制药和环境保护中起着非常重要的作用,从大规模的石油化工生产到精细的高分子化工、制药过程,绝大部分的化学反应过程都需要催化剂的参与,因此,催化科学技术与国家经济发展、环境保护和人民生活改善紧密相关。
一、固体催化剂制备方法介绍催化科学技术领域的研究包括了新催化过程和新催化剂的开发、催化剂性能的改进、催化剂制备方法的改进和开发、催化剂表征技术的开发等众多方向。
固体催化剂制备方法的研究开发作为催化剂制备技术研究中重要的方向之一,一直以来都备受国内外科研人员的重视,近年来不断有新的研究成果问世。
本文通过对近年来国内外相关文献的查阅和归纳总结,对溶胶-凝胶法、微波法、微乳液法、等离子体技术、超临界流体法等几种关注度较高的固体催化剂常规制备方法的研究进展进行了概述。
1、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法又称胶体化学法,是指金属化合物( 无机或有机) 经过溶液、溶胶和凝胶而固化,再经过热处理而形成氧化物或其他固体化合物的方法。
采用溶胶凝胶法可以使无定形或介态的氧化物达到分子级混合,活性组分( 金属或金属氧化物) 能够有效地嵌入网状结构,不易受到外界影响而聚合长大,有利于提高催化剂的稳定性和分散性。
图1 溶胶凝胶法制备催化剂的工艺流程简图目前,溶胶-凝胶法已经在催化剂制备领域获得了大量的研究和应用,但也仍存在制备成本较高、工艺过程较长、凝胶后处理条件对制品影响较大以及一些工艺原料可能对人体及环境有害等缺点,如何进一步改良溶胶-凝胶技术,克服上述的缺点,扩大其工业应用范围也是今后研究的重点之一。
2、微波法20 个世纪80 年代以来,微波技术在催化领域中的应用获得了较快发展,经过多年的研究开发,微波法已成为了催化剂制备和活化的一种重要新方法。
目前,微波法在催化剂制备方面的主要应用有:①分子筛的合成;②在催化剂载体上负载活性组分;③载体的改性及新材料的合成。
以上各应用在此不再赘述。
目前,微波促进化学反应机理方面的研究还很欠缺,如微波在催化剂或催化剂载体的制备过程中,微波是否仅存在致热效应,还是存在着更为复杂的非热效应,其相应的机理是怎么样的,都还未有定论,需要做更深入的研究。
3、微乳液法微乳液是由水、油、表面活性剂及助表面活性剂等组分在适当配比下自发生成的一种外观透明、低黏度的热力学稳定体系。
微乳液具有表面张力超低、质点粒径小( 10~100 nm) 、热力学稳定性好、增溶量大、各向同性等特点,可将类型广泛的各种物质增溶到其中某一相,因此,可作为各种反应的介质。
微乳液的结构类型有3种,即水包油型、油包水型和油水双连续型。
近年来还开发了含有离子液体或超临界物质的新型微乳体系。
制备纳米催化剂所用的微乳体系一般采用油包水型。
微乳液的质点粒径小(10~100 nm) 的特点为制备设计大小及形状可控的纳米粒子提供了条件。
微乳液中的微团体系是动态的,质点象分子一样不停运动,不同质点碰撞后连接成一体,进行物质交换后在表面活性剂的作用下又重新分散,此时,微团内包含的反应物相互混合发生化学反应。
体系中的水核可以认为是一种“微反应器”或“纳米反应器”,提供适合的环境控制微粒的成核及生长。
在微粒后期的生长过程中,表面活性剂能够有效阻止生成的纳米微粒发生团聚。
采用微乳液法制备金属纳米粒子可以有效控制颗粒大小,并且制得的粒子尺寸均匀,催化性能良好。
采用微乳液法制备金属氧化物催化剂,研究较多的是TiO2及其复合氧化物的制备【14-15】。
同时,其他金属氧化物催化剂也可以使用微乳液法制备。
微乳液法具有广泛适应性,对制备的粒子大小具有良好的可控性,为纳米催化剂的制备提供了一种优良的方法。
应用微乳液法可以制备类型多样、性能优良的催化剂。
目前,微乳理论知识尚不完善,制备过程中的影响因素较多,大多只能通过经验来控制,微乳体系内的反应机理和反应动力学等问题还有待于深入的研究。
4、等离子体技术等离子体是电子、离子、原子(基态或激发态) 、分子(基态或激发态)和自由基等粒子组成的集合体,常被视为物质的第四种存在状态。
国内外对利用等离子体制备催化剂进行了广泛深入的研究,取得了良好的成果。
等离子体在催化剂制备中的应用主要有两个方面:( 1) 利用等离子体合成或等离子体喷涂技术直接制备催化剂。
( 2) 在常规催化剂制备的基础上,利用等离子体技术对催化剂进行表面改性。
具体过程如下【20】:使用浸渍法将活性金属负载到载体上,然后进行干燥,之后将其放入图2 所示的等离子体反应器中进行表面处理,最后再通过焙烧制得催化剂。
图2 等离子体反应器结构示意图经试验研究表明,在使用等离子体制备或者处理催化剂的过程中,等离子体能够与催化剂紧密接触,使得等离子体中的各种活性粒子能够作用于催化剂表面,从而改变了催化剂的活性金属粒径、分散度、载体酸碱性等性质,最终使得催化剂的反应活性和稳定性得到显著提高。
采用等离子技术制备和处理催化剂有很多的优点,但该技术并非对所有催化剂都有效,从目前研究开发状况来看,该技术仅对负载型的Pt、Pd、Rh贵金属催化剂和Fe、Co、Ni催化剂等能够起到促进作用,这也成为该技术发展和推广的一个瓶颈。
另外,目前对等离子体制备和处理催化剂的反应机理研究并不完善,为了能够更好地发展和利用等离子体技术,必须加强这些方面的研究。
5、超临界流体法超临界流体技术也被应用于催化剂制备中,其中超临界水热合成法,超临界水解和超临界流体渗透法是3种较新的利用超临界流体制备纳米催化剂的方法。
超临界水热合成法是通过加热金属盐溶液制备金属氧化物超细微粒的一种方法。
在超临界水中,化学反应速率很高,而金属氧化物的溶解度很低,从而获得了较高的成核率,有利于超细微粒的形成。
Hayashi等【27-28】在该方向上做了一些研究工作,取得了一些有意义的进展。
超临界水解制备金属氧化物或氢氧化物微粒最早是由Reverehon等【29】提出的,他们使用这一方法制备了Ti(OH)微粒。
超临界水解突破了利用超临界CO2制备微粒的传统思想,利用部分有机金属盐能够与水发生水解反应生成金属氢氧化物和醇类的特点,将水解反应引入到超临界环境中,利用超临界流体的强溶解性能、挟带性能和超临界流体提供的友好、独特的化学反应环境,制备出以TiO2为代表的金属氧化物催化剂【30】。
超临界渗透吸附法是以超临界流体为媒介,将金属氧化物微粒注入到多孔材料支撑物的内部,制备出复合结构的纳米材料的方法。
目前该过程已有学者开始开展研究工作,但研究工作大多限于如何控制催化剂微粒的尺寸和粒径分布范围,对所得复合粒子的催化性能尚未有深入研究。
6、生物还原法微生物、植物等生物体或生物质能够将贵金属从其盐溶液中还原出来,形成纳米级的贵金属微粒,利用这种特性制备贵金属催化剂的方法称为生物还原法。
生物还原法与传统的物理法和化学法相比,具有生产成本较低、不使用化学试剂、对环境友好、对所制备的纳米微粒的形貌控制能力较好等特点。
采用生物还原法制备贵金属纳米催化剂已成为催化剂制备方法研究的一个新热点。
生物质还原制备贵金属催化剂具有很多优点,但目前还停留在实验室阶段,未能实现真正意义上的生产制备,并且目前对生物质还原贵金属的机理还缺乏深入认识,使该技术的发展受到了一定的限制,因此,进一步研究该技术实现产业化生产的途径以及深入了解生物质吸附和还原贵金属离子的机理是该技术未来发展的主要方向。
二、计算化学在钼铋催化剂催化剂表征、吸附能力方面的应用计算化学是根据量子化学的原理,分子性质可以通过解Shr6dinger方程HΨ=EΨ描述,因此,可以通过求解Shr6dinger方程得到分子体系的性质。
由于分子体系的复杂性,到目前为止,还只能精确求解氢原子、氢分子、氢分子离子的精确解,其他大分子体系只能通过迭代法作近似解析,经过一个世纪的研究,不同的近似方法求解Shr6dinger方程,得到不同精度的近似解,于是量子化学计算产生了各种不同的计算方法.如从头算方法(ab initio)、半经验量子化学计算法(semi-empirical)、密度泛函理论(DFT)等。
从头算方法是以分子轨道理论为基础,从Hartree-Fock-Rothaan方程出发,引入非相对论的量子理论:采用Born-Oppenheimer绝热近似和定核近似以及单电子近似;除此以外不借助任何经验参数的求解方法.优点是比较严格,但对大分子体系来说,计算时间和电子数N的四次方成正比,因此,只适用于轻原子组成且原子数目小的体系。
对于重原子体系来说必须考虑相对论的影响,因而必须由Dirac-Hartree-Fock方程求解。
半经验量子化学计算化学原理和ab initio法相似,在求解HFR方程忽略了双电子积分,在积分值的选择中使用实验拟合的参数,计算时只考虑价层电子,而将内层电子加入到有效势能中。
由于采用了一些实验参数,因此该方法在计算时速度比ab initio法要快,但计算精度要差,而且由于经验参数的缺乏,使半经验方法在计算重原子时受到限制。
密度泛函理论(DFT)是将体系的能量当做电子密度的函数,用变分法和自洽场(SCF)法求分子体系的电子密度ρ(r)和体系的能量E(ρ(r))。
是近年来比较活跃的方法,计算速度比ab initio方法快,精度较semi-empirical方法高。
耦合半经验计算方法和分子力场的方法以及集成从头算和分子力场方法(IMOMM or QM/MM,SIMOMM),是把量子力和分子力结合起来,在作半经验和从头算时用分子力进行相关校正,因而节约了计算资源,结果比半经验算法好,但比ab initio方法精度低,以及分子簇模型计算方法。
正是由于ab initio方法能对计算体系提供更详细的电子、能级、轨道、能量以及成键方式等方面的信息,人们开始把这种计算方法应用于催化、表面吸附以及弱相互作用领域的计算。
多元催化剂体系中助催化剂对主催化剂的电子结构、表面电荷分布、表面酸性等表面性质产生很大影响,这种影响一直没有一个普适的理论来解释,在1984年以前,多元钼酸铋催化剂体系的催化反应机理仅仅是一种推测和假设,没有实验验证。
1984年,美国学者Robert K Grasselli & James D Burrington运用了原子探针和同位素示踪技术,研究了多元钼酸铋和锑铀体系,观察到了催化剂表面有亚胺基及烯丙基存在,而且证明了该物种是丙烯氨氧化反应中的控制步骤【1】。