碳纳米管改性氧化铝载体提高铂催化剂性能

三种铂碳催化剂的制备方法
一、铂碳催化剂沉淀转化法制备工艺，这种工艺多用来制备高含量的铂碳催化剂，比如20%的高担载量铂碳催化剂。

其制备过程是将载体活性炭，均匀的分散于溶剂中，按所需的比例加入羟基铂酸钠。

使用超声进行均匀分散后，这时候滴入HAC沉淀剂，这时候铂以羟基铂酸的方式沉积出来。

接着加入还原剂，再经过加热升温至所需的时间，然后过滤洗涤并进行干燥，制备所得高担载量的铂碳催化剂。

二、铂碳制备工艺化学还原法，这是常用的一种催化剂制备方法，其制备工艺较为简单，制备所得的催化剂分散性比较差，组分的分布会不均匀，因为粒度较大所以催化活性都比较低，一般用于制备含量低的铂碳催化剂。

其制备过程是将所需的载体活性炭、蒸馏水、六氯合铂酸溶液进行混合。

然后进行超声震荡等进行一系列的化学还原处理，制备所得出铂碳催化剂。

三、铂碳催化剂制备工艺微波介电加热方法，这种铂碳制备方法一般用来制备高含量的铂碳，比如50%的铂碳催化剂。

其制备方法是将活性炭充分分散于丙酮溶液中，使载体得到充分分散，然后进行机械搅拌处理。

根据所需的含量要求，加入所需的氯铂酸丙酮溶液，用超声波进行溶剂挥发处理至干燥。

然后通过微波加热方式进行一系列多次加热还原处理，得到高担载量的铂碳催化剂。

常见催化剂的比表面积催化剂是化学反应中起催化作用的物质，常见的催化剂有许多种类，其中一个重要的性质就是比表面积。

比表面积是指催化剂单位质量的表面积，通常以平方米/克（m²/g）为单位来表示。

催化剂的比表面积决定了其对反应物的吸附能力和反应速率，也影响着催化剂的活性和稳定性。

1. 铂族金属催化剂铂族金属催化剂是常见的贵金属催化剂，比如铂、铑、钯等。

这些催化剂通常具有较高的比表面积，这是因为它们常以纳米颗粒的形式存在。

纳米颗粒具有较大的表面积与体积比，因此铂族金属催化剂能够提供更多的活性位点，促进反应物的吸附和反应速率。

2. 氧化铝催化剂氧化铝催化剂广泛应用于各种重要的催化反应中，比如裂化反应和氢氧化反应等。

氧化铝催化剂具有较高的比表面积，这是因为它们具有多孔的结构。

氧化铝催化剂的多孔结构能够提供更多的活性位点，并提供更大的反应表面积，从而增加反应物与催化剂之间的接触和反应速率。

3. 活性炭催化剂活性炭催化剂是一种常见的非金属催化剂，具有较高的比表面积。

活性炭是一种多孔材料，其孔隙结构和表面活性使其具有良好的吸附性能。

活性炭催化剂广泛应用于吸附和催化反应中，比如水处理、废气处理和有机物催化氧化等。

活性炭催化剂的高比表面积能够提供更多的活性位点，增强反应物的吸附和催化能力。

4. 分子筛催化剂分子筛催化剂是一种具有规则孔隙结构的催化剂，具有较高的比表面积。

分子筛催化剂通常由无机氧化物构成，比如二氧化硅和氧化铝等。

分子筛催化剂的孔隙结构能够提供高度有序的反应环境，增加反应物与催化剂之间的接触面积，并提高反应速率。

同时，分子筛催化剂还具有良好的选择性，能够实现高效的催化转化。

5. 碳纳米管催化剂碳纳米管是一种结构独特的碳材料，具有较高的比表面积。

碳纳米管催化剂具有良好的导电性和化学稳定性，广泛应用于电化学催化和能源转化等领域。

碳纳米管催化剂的高比表面积能够提供更多的反应位点，增强反应物的吸附和催化活性，从而提高反应速率和效率。

science 碳载 pt 单原子催化剂科学家们近年来在催化剂研究领域取得了重大突破，尤其是碳载Pt 单原子催化剂的开发。

这种催化剂以其高效率和环境友好性而备受关注。

本文将介绍碳载Pt单原子催化剂的特点、制备方法以及在不同领域的应用。

一、碳载Pt单原子催化剂的特点碳载Pt单原子催化剂是一种将单个Pt原子分散在碳载体上的催化剂。

相比传统的Pt纳米颗粒催化剂，碳载Pt单原子催化剂具有以下几个显著特点：1. 高催化活性：由于Pt原子的单原子形式，其表面积更大，催化活性更高。

2. 高选择性：单原子Pt催化剂能够提供更多的活性位点，从而增加特定反应的选择性。

3. 长寿命：由于Pt原子的高分散性，减少了Pt颗粒之间的相互作用，延长了催化剂的寿命。

二、碳载Pt单原子催化剂的制备方法两种主要的制备方法被广泛应用于碳载Pt单原子催化剂的制备：1. 原位气相法：该方法通过将金属前体和碳载体同时暴露在高温气氛中，通过热解和析出过程实现Pt原子的单原子分散。

2. 吸附还原法：该方法通过将金属前体溶解于溶剂中，然后将溶液吸附到碳载体上。

随后，通过还原过程将金属前体还原为Pt单原子。

三、碳载Pt单原子催化剂的应用领域碳载Pt单原子催化剂在多个领域都显示出巨大的应用潜力，以下是其中几个领域的案例：1. 电催化领域：碳载Pt单原子催化剂可用于燃料电池和水电解等领域，提高电催化反应的效率和稳定性。

2. CO2转化领域：该催化剂在CO2转化为有用化学品的过程中发挥重要作用，有助于减少温室气体排放和实现CO2资源化利用。

3. 光催化领域：碳载Pt单原子催化剂可用于光催化水分解制氢和光催化CO2还原等反应，实现可持续能源的制备。

总结：碳载Pt单原子催化剂作为一种高效、环保的催化剂，其特点、制备方法和应用领域都得到了广泛研究。

随着科学家们对其认识的不断深入，相信碳载Pt单原子催化剂将在未来更多的领域展现出其巨大的潜力，为人类的可持续发展做出更大的贡献。

碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。

本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。

一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。

2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。

3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。

以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。

二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。

2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。

3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。

4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。

5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。

以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。

碳纳米管性质及应用摘要:碳纳米管的发现是现代科学界的重大发现之一。

由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。

目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰。

本文简单综述碳纳米管的基本性质及应用。

关键词：碳纳米管；结构；制备；性质；应用1 碳纳米管的发现1991年，日本NEC科学家Lijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。

进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。

相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。

2 碳纳米管的结构碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。

根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。

MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分别为 2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。

管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm[2]。

3碳纳米管的制备碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。

新材料与新技术的探索
探索新型贵金属催化剂材 料
通过研究贵金属与其他元素的相互作用，开 发具有优异性能的新型催化剂材料。
创新制备技术
优化贵金属催化剂的制备工艺，实现高效、 低成本的生产，提高催化剂的纯度和稳定性
。
提高催化性能与选择性
优化催化剂结构
通过调整催化剂的组成和结构，提高其 催化活性和选择性，以实现更高效的化 学反应。
特性
具有较好的活性和选择性，对某些特定反应具有优异性能。
应用
在加氢、脱氢、氧化等反应中广泛应用，如烯烃的液相加氢等。
铑系催化剂
种类
铑、铑黑等。
特性
具有高活性、高选择性，尤其在低碳烃的氧化反应中表现出色。
应用
主要用于低碳烷烃的氧化制羧酸、低碳烯烃的氧化制酮等反应。
金系催化剂
种类
金纳米粒子、金膜等。
环境治理
用于处理废气、废水中的有害物质，降低环 境污染。
02
贵金属催化剂的种类与特性
铂系催化剂
种类
铂、铂黑、铂碳等。
特性
具有高活性、高选择性、高稳定性，广泛应用于 汽车尾气处理、石油化工等领域。
应用
主要用于不饱和烃的催化加氢、氧化等反应，如 汽车尾气处理中的三元催化器。
钯系催化剂
种类
钯、钯碳、氯化钯等。
熔融法
总结词
将金属盐加热至熔融状态，然后冷却得到催化剂的方法。
详细描述
熔融法是将金属盐加热至熔融状态，然后迅速冷却至室温， 得到催化剂的方法。这种方法制备的催化剂具有较高的金属 分散度和活性组分利用率。
化学气相沉积法
总结词
在高温下使气态金属离子沉积在载体表面形成催化剂的方法。

化工工艺中的催化剂研发与应用催化剂是化工工艺中不可或缺的重要组成部分。

它们能够提高反应速率、节约能源以及降低生产成本，被广泛应用于石化、制药、化肥、化纤等领域。

本文将重点探讨催化剂的研发过程和应用领域。

一、催化剂的研发过程催化剂的研发过程通常包括以下几个步骤：原料选择、载体制备、活性组分的引入以及催化剂的表征和评价。

首先，原料选择至关重要。

原料的选择应基于反应类型和要求，例如选择氧化反应中的金属氧化物或氧化石墨烯。

其次，载体制备是催化剂研发中的关键步骤之一。

常用的载体材料有氧化铝、硅胶和碳纳米管等。

通过控制载体的形貌、孔隙结构以及化学成分，可以调控催化剂的分散性和稳定性。

接下来，活性组分的引入是催化剂研发的核心。

不同反应需要不同的活性组分，如金属、金属氧化物或有机分子等。

通过物理或化学方法将活性组分引入载体中，可以有效地提高催化剂的活性。

最后，对催化剂进行表征和评价。

表征是指对催化剂微观结构和性质进行分析，如X射线衍射、透射电镜和傅里叶变换红外光谱等技术。

评价是指通过实验考察催化剂在特定反应条件下的催化性能，评价其催化活性和稳定性。

二、催化剂在化工工艺中的应用催化剂在化工工艺中有广泛的应用，下面将从石化、制药、化肥和化纤领域分别进行探讨。

1. 石化领域：石化工艺中常用的催化剂有催化裂化催化剂、烷基化催化剂和氧化剂等。

催化裂化催化剂适用于将石油烃裂解为较小分子量的产物。

烷基化催化剂常用于生产乙烯和丙烯等石化产品。

氧化剂在氧化反应中起到催化剂的作用，如氧化乙烯制甲醛。

2. 制药领域：制药工艺中广泛使用贵金属催化剂和酶催化剂。

贵金属催化剂常用于有机合成反应，如氢化、氧化等。

酶催化剂则具有良好的立体选择性和反应特异性，广泛应用于药物合成和生物催化反应等领域。

3. 化肥领域：化肥工艺中常用的催化剂有氨合成催化剂和氧化铵催化剂。

氨合成催化剂用于合成氨，将氢气和氮气转化为氨气。

氧化铵催化剂则用于氧化铵的生产。

催化制氢的发展现状
催化制氢是一种使用催化剂来加速氢气产生反应的方法。

它是一种可持续的制氢技术，可以通过多种原料如天然气、生物质、水等来产生氢气。

催化制氢的发展正在取得一系列重要进展。

以下是一些关键的发展现状：
1. 催化剂研究：研究人员正在不断开发新型的催化剂，以提高制氢反应的效率和选择性。

例如，铂、钯、铑等贵金属催化剂被广泛用于催化制氢反应，但高成本限制了其大规模应用。

因此，研究人员正在寻找更廉价、高效的催化剂替代品，如非贵金属催化剂、过渡金属氧化物等。

2. 光催化制氢：光催化制氢是一种利用光能来促进制氢反应的技术。

研究人员正在开发新型的光催化剂，以提高光催化制氢的效率和稳定性。

例如，半导体材料如二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)被广泛研究，它们可以吸收光能并在催化剂表面产生电子-空穴对，从而促进水分解反应生成氢气。

3. 电催化制氢：电催化制氢是一种利用电能来促进制氢反应的技术。

研究人员正在研究新型的电催化剂，以提高电催化制氢的效率和稳定性。

例如，金属合金催化剂、有机催化剂和无机催化剂等被广泛研究。

4. 催化剂载体：催化剂载体是催化剂的载体材料，它可以提高催化剂的稳定性和活性。

研究人员正在探索新型的催化剂载体材料，如碳纳米管、氧化铝、氧化锆等，以提高催化制氢的效率和稳定性。

总的来说，催化制氢的发展正朝着更高效、更稳定、更廉价的方向发展。

这将为氢能产业的发展提供更可持续、环保的解决方案。

活性炭负载铂催化剂的制备及活性测定摘要：用硼氢化钠还原氯铂酸制备了活性炭负载铂催化剂（Pt/C），并通过催化剂对硝基苯催化加氢制备苯胺来测定催化剂的活性，实验结果表明，用该方法制备的催化剂有较高的活性。

关键词：活性炭，铂，硝基苯，苯胺，催化剂在化学工业中，炭材料是一类使用广泛的催化剂载体。

它具有许多优良的特性，比如成本低廉，在酸碱介质中稳定性好，活性组分(特别是贵金属铂等)能够有效回收等]1[。

同时，由于炭材料的种类繁多，性质各有不同，所以如何制备高分散度、高活性的催化剂是工业催化研究面临的一个重要问题。

炭材料一般具有较大的比表面积和孔体积，有利于活性金属组分铂分散在其表面。

由于铂资源的匮乏，价格昂贵，必须采用适当的制备方法和工艺条件来减少铂粒子金属颗粒尺寸，增大铂粒子在载体上的分散度，提高催化剂的活性和铂利用率。

对于炭负载铂催化剂来说，制备方法一般有浸渍法、离子交换法、胶体法、微乳液法等。

近些年来，国内外许多研究人员已在该领域作出了大量的努力。

王莲鸳等人以200～300目的活性炭为载体，氯铂酸为前驱体溶液，甲醛为还原剂，在碱性条件下制得的1%Pt/C催化剂的铂金属颗粒大小为2～12nm左右]2[。

刘东志采用活性炭为载体，乙醇为浸渍液，与氯铂酸溶液混合，通入氢气还原至无氯化氢气体放出，然后在氮气保护下降至室温，制得铂含量为3％的催化剂。

PAP收率为68％，选择性亦可达90％以上。

在套用12次后，催化剂的活性没有发生太大的变化，当套用20次以后，PAP的收率逐渐下降到20％左右，表明催化剂的活性已明显降低]3[。

刘卫锋等将异丙醇分散的炭载体VXC-72放人2．0mol/L的KMnO4溶液中，搅拌并加热至70℃。

抽滤烘干，然后用4mol/L的盐酸溶液浸泡：抽滤烘干，然后按照计算量加入到配制的Pt(NH3)4C12溶液中，交换反应1h。

抽滤烘干，然后将之放入管式炉，在N2保护中用H2程序升温还原，得到炭载铂催化剂。

铂网催化剂-铂催化剂platinum catalystboeu一hUaji 铂催化剂(platinum eatalyst)以铂为主要活性组分制成的贵金属催化剂。

在铂族金属催化剂中，铂催化剂的用量最大、应用范围最广。

铂催化剂的活性·组分可以是单一的铂，也可以是以铂为主，辅以其他贵金属、过渡金属及稀土元素等构成的二元或多元催化剂。

它对加氢、氧化、脱氢及加氢分解反应显示出良好活性。

铂催化剂的形态多种多样，有铂黑、胶体铂、金属丝网、R02、铂化合物及载体负载铂。

工业上大量使用的为载体负载型和金属丝网型。

金属丝网型铂网催化剂主要用于氨氧化制硝酸工业，此外还用于氰氢酸和己内酞胺的制备。

为了提高铂网的机械强度及耐高温抗腐蚀性能，实际应用的铂网催化剂通常含3%~10%的锗。

20世纪90年代初，中国昆明贵金属研究所研究开发出新型铂网催化剂，其特点是添加少量稀土元素，使铂网的机械强度及耐高温性能进一步提高。

铂网对反应物料中的杂质很敏感，容易中毒。

为防止催化剂中毒，原料气必须严格净化。

载体负载型铂催化剂大量用于石油精制(石油重整)工业及以汽车排气净化为主的环境保护领域。

此外，在石油化工等其他部门也有较广的应用。

石油重整从1949年开发应用直到1967年双金属催化剂的出现，一直使用R/A12O:催化剂，铂的含量为0.3%~ 0.6%。

双金属催化剂以铂锌为代表，其特点是在高积炭情况下仍具有较高的活性，同时热稳定性和再生性能良好。

20世纪70年代又出现了以铂为主的多金属重整催化剂。

重整催化剂在使用中也有中毒现象，如原料中含的砷、铜或铅的化合物会使铂催化剂永久中毒。

通常采用催化加氢处理原料，以除去有害杂质。

汽车排气净化用催化剂分氧化催化剂和还原一氧化催化ffll(三元催化剂，Three一way Catalyst)两种。

70 年代大量使用的是氧化催化剂，进入80年代后大量推广应用三元催化剂，到1988年，三元催化剂已占80%一9。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期用于SO 2去极化电解制氢的铂基催化剂谢璐垚，陈崧哲，王来军，张平（清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084）摘要：综述了铂基SO 2去极化电解（SDE ）阳极催化剂的研究进展。

SDE 阳极反应条件苛刻，铂基催化剂因具备良好的导电性、抗腐蚀性，并能够有效抵抗H 2S 等硫物质的毒化，成为SDE 阳极催化剂的首选。

通过引入Al 、Cr 、Ni 等非贵金属元素，可有效提高铂基催化剂性能并减少Pt 的用量。

在载体方面，综述和讨论了活性炭、石墨、炭黑、石墨烯以及SiC/TiC 等对铂基催化剂性能的影响，此外分析了催化剂制备工艺对催化剂结构参数和性能的影响。

尽管已经取得了很多研究成果，但当前对铂基SDE 阳极催化剂的长期稳定性、多金属催化剂各金属元素间的相互作用等方面的研究尚较少，进一步优化催化剂设计、加强载体筛选及其改性，开发新的制备工艺，提高Pt 利用率及催化剂的活性和稳定性，是未来相关研究的关键所在。

关键词：制氢；混合硫循环；二氧化硫去极化电解；铂基催化剂中图分类号：TQ15 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0299-11Platinum-based catalysts for SO 2 depolarized electrolysisXIE Luyao ，CHEN Songzhe ，WANG Laijun ，ZHANG Ping(Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The research progress of platinum-based SO 2 depolarized electrolysis (SDE) anode catalysts is reviewed in this paper. Because of the outstanding electrical conductivity, corrosion resistance, and effective resistance to H 2S and other sulfur-containing poisonings, platinum-based catalysts are considered as the best choice for SDE anode. By introducing non-precious metal such as Al, Cr and Ni, the performance of platinum-based catalysts can be effectively improved and the amount of Pt can be reduced. In terms of the support, the effects of activated carbon, graphite, carbon black, graphene and SiC/TiC on the properties were reviewed and discussed. In addition, the effects of catalyst preparation technology on the structural parameters and performance of catalysts were also discussed. Although many research results have been achieved, there are still insufficient studies on the long-term stability of platinum-based SDE anode catalysts and the interactions among metal elements in polymetallic catalysts. Further optimization of catalyst design and carrier screening/modification, development of new preparation processes, improvement of Pt utilization and catalyst activity and stability, are the keys of future research.Keywords: hydrogen production; hybrid sulfur cycle; SO 2 depolarized electrolysis; platinum based catalyst综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1169收稿日期：2023-07-10；修改稿日期：2023-09-12。