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析出型LaFe_(0.9)Ru_(0.1)O_(3)钙钛矿催化剂在丙烷催化氧化反应中的自活化现象

Chinese Journal of Catalysis 2023年第11期54卷 250-264页

作者：王宇 Jaime Gallego 汪炜 Phillip Timmer 丁敏 Alexander Spriewald Luciano Tim Weber Lorena Glatthaar 郭杨龙 Bernd M.Smarsly Herbert Over 华东理工大学化学与分子工程学院工业催化研究所绿色化工与工业催化全国重点实验室上海200237 尤斯图斯-李比希大学物理化学研究所吉森德国尤斯图斯-李比希大学材料研究中心吉森德国

负载型贵金属催化剂在能源转化和环境污染控制等领域有广泛应用.相对于采用传统方法制备负载型贵金属催化剂,还原析出策略在控制贵金属的粒径,增强贵金属与载体相互作用方面具有独特的优势.但是在高温还原气氛下,贵金属析出的同时往往... 详细信息

负载型贵金属催化剂在能源转化和环境污染控制等领域有广泛应用.相对于采用传统方法制备负载型贵金属催化剂,还原析出策略在控制贵金属的粒径,增强贵金属与载体相互作用方面具有独特的优势.但是在高温还原气氛下,贵金属析出的同时往往伴随着母体结构中其它元素的析出,这会对催化剂的性能产生较大影响.因此,理解催化剂在还原气氛下以及后续反应条件下的结构演变,对于催化剂的设计及制备具有重要意义.本文通过800℃还原Ru掺杂的LaFe_(0.9)Ru_(0.1)O_(3)(LFRO)钙钛矿前驱体制备了贵金属析出的LFRO催化剂(LFRO800R),并用于丙烷催化氧化反应.活性测试结果表明,析出Ru催化剂的丙烷氧化性能远远低于原始的LFRO.当第一次反应结束,催化剂床层温度降至室温后再次评价其性能,LFRO 800R催化剂会发生“自活化”现象,在210℃下催化丙烷反应速率达到了22.3 molCO_(2)·h^(-1)·kgcat^(-1),是该温度下贵金属未析出LFRO催化剂的5倍,反应10 h后仍表现出较高的稳定性.为进一步研究LFRO800R在丙烷氧化反应中发生“自活化”的原因,在不同温度对LFRO 800R进行氧化处理,发现经过400℃氧化后得到的LFRO800R400O表现出最佳的丙烷催化活性.采用高分辨透射电镜、能量散射谱、漫反射红外傅立叶变换光谱、扫描电镜、X射线衍射、Raman光谱和X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了表征,结果表明,经过800℃还原预处理,伴随着Ru从LFRO钙钛矿结构的体相中析出到表面,钙钛矿A位元素La也会析出并在RuFe(Ru占据主导)颗粒表面形成一层LaO_(x)覆盖层,阻碍了反应物分子在活性位点Ru上的吸附与活化,导致LFRO 800R在丙烷完全氧化反应中的低温区间表现出失活的现象.而在400℃的氧化气氛处理下,该LaO_(x)包裹层会从析出颗粒的表面完全去除,伴随着少部分界面处的Ru重新进入钙钛矿结构,大量有活性的Ru物种被暴露出来,因此催化剂表现出较好的丙烷催化氧化性能.活化后的LFRO800R400O催化剂中Ru的平均粒径为12 nm,远远小于负载型Ru/LFO800R400O催化剂的34 nm,说明还原析出策略在控制贵金属粒径方面有优势.综上,本文揭示了还原析出策略制备的Ru基钙钛矿催化剂的失活原因以及后续的氧化气氛中“自活化”的原因,为理性设计与制备高效的析出型贵金属催化剂提供了借鉴.

关键词： LaFe_(0.9)Ru_(0.1)O_(3)钙钛矿溶出氧化还原预处理 RuO_(2) 丙烷完全催化氧化

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Ga改性ZSM-5分子筛催化丙烷芳构化性能研究

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燃料化学学报 2015年第8期43卷 961-969页

作者：刘汝玲朱华青吴志伟秦张峰樊卫斌王建国中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049

用离子交换法制备Ga改性ZSM-5双功能催化剂,并结合XRD、SEM、BET、NH3-TPD、Py-IR及ICP、XPS等多种技术进行表征,考察分子筛硅铝比(Si/Al)和催化剂氧化还原预处理条件对分子筛的酸性质、Ga物种的存在状态及其丙烷芳构化催化性能的影响... 详细信息

用离子交换法制备Ga改性ZSM-5双功能催化剂,并结合XRD、SEM、BET、NH3-TPD、Py-IR及ICP、XPS等多种技术进行表征,考察分子筛硅铝比(Si/Al)和催化剂氧化还原预处理条件对分子筛的酸性质、Ga物种的存在状态及其丙烷芳构化催化性能的影响。研究表明,硅铝比不仅可以改变分子筛的酸性,也会影响分子筛中非骨架Ga物种与分子筛表面的相互作用程度,进而影响含Ga分子筛的丙烷芳构化性能。在质量空速1.0h-1、反应温度550℃下,Si/Al比为30的Ga-HZSM-5分子筛丙烷转化率和芳烃收率最高。Ga物种的引入可以提高丙烷的转化率和芳烃的选择性,并抑制烷烃、烯烃的裂解。H2还原处理,将分子筛表面Ga2O3还原为低价的Ga+和GaH+2物种,促进了Ga物种向分子筛微孔迁移;还原-氧化处理后,Ga+和GaH+2物种氧化成GaO+,占据分子筛孔道离子交换位,显著提高了催化剂的芳构化活性。

关键词：丙烷芳构化 Si/Al比 Ga物种 ZSM-5分子筛氧化还原预处理

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