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常温常压水相电催化合成氨的研究
合成氨工业对国民经济与社会发展具有举足轻重的作用。目前，每年全球氨产量已超过亿吨，其中大部分用于农业生产以解决粮食与温饱问题，其它部分用作重要的工业原料。此外，氨还具有含氢量高（质量比达17.6%）、易液化等优点，有望成为重要的清洁储氢与储能材料，具有广阔的应用前景。然而，由于氮气分子非常稳定且难以活化，温和条件下合成氨反应难以迅速进行。工业上广泛采用的Haber-Bosch方法通过高温高压（300–500摄氏度，100–200个大气压）等苛刻条件来促使高纯氢气和氮气在铁基催化剂表面进行反应生成氨，其能量和氢气都来自于化石燃料（如甲烷等），表现出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺点。合成氨工业消耗全球每年3–5%的甲烷与1–2%的能源供给，并产生1.6%的二氧化碳排放。寻找合适的绿色替代方案，在温和条件下实现高效、低能耗、低排放合成氨，成为亟待解决的科学挑战。 电催化氮还原反应（总反应为N2 + 3H2O 2NH3 + 1.5O2）提供了一种可持续合成氨的新路径。该反应在常温常压下即可进行，以大量易得的水与氮气（空气）作为反应原料，以可持续能源（太阳能，风能等）产生的电能作为能量来源，即可实现“零排放”合成氨。因此，不论是作为传统Haber-Bosch方法的潜在替代者还是作为新型清洁能源体系的重要组成部分，电化学合成氨技术都具有极大的发展潜力与广阔的应用前景。 然而，电化学合成氨技术仍面临重大挑战，其发展严重受制于现有催化剂非常低下的选择性与活性。若要将该技术实用化，就必须同时大幅提升催化剂的选择性与活性。然而，现有研究经验与理论表明，该反应催化剂普遍面临严重的“选择性-活性”两难问题：具有理论高活性的催化剂通常会导致激烈的析氢副反应，从而表现出低的反应选择性；而可能具有高选择性的催化剂对氮的吸附又过强，导致产物难以脱附，表现出过低的反应活性。因此，为取得电催化合成氨研究进展，大幅提高催化剂的选择性与活性，就必须突破现有理论，发展新型催化剂与催化体系。
北京大学
2021-04-11
新一代价廉高效空气电池用电催化材料
设计合成了C/ a-MoC /Ag三组元复合电催化剂，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩阵的高导电性、a-MoC的稳定性、Ag纳米团簇的单分散性和优越氧吸附特点，C、a-MoC和Ag之间相互作用产生有效协同效应，使得C/ a-MoC/Ag复合催化剂具有可以与贵金属铂媲美的电化学氧还原性能。通过旋转圆盘电极测试了C/ a-MoC/Ag新型复合催化剂在碱性条件下的氧还原电催化性能（如图1），C/α-MoC/Ag的半波电势迁移到电势更正的位置（−0.145 V ），这表明氧分子还原性能由于C/α-MoC和Ag之间的协同作用得到了很大的提升。尽管Pt/C电极产生了更正的半波电势（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag复合催化剂在-0.8V的质量传递限制电流密度相比Pt/C来说增长的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量仅为百分之6.7，相对于20%Pt/C来说极具有商业应用价值。为了进一步阐明C/α-MoC/Ag的协同效应，他们利用DFT理论研究了氧气分子在a-MoC(001)负载Ag纳米颗粒的吸附行为（图2），结果表明，相对于纯的a-MoC(001)面比较来说，少量Ag负载后，整个基地表面上氧气分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分说明了复合催化剂C/α-MoC/Ag三成分之间的有效协同效应。此研究为设计新一代价廉高效空气电池用电催化材料提供了新思路。
南方科技大学
2021-04-13
面向太阳能燃料制备的高效光电催化材料
哈尔滨工业大学
2021-04-14
难降解有机废水纳米光电催化降解技术与应用
本项目研发“微米芯片光源”、“纳米吸附催化”、“电芬顿”技术高效集成的水污染物深度净化装置。该项目立足先进技术集成，与现有污水处理工艺兼容，实现传统环保设备的升级和设施的提标改造，围绕我省钱塘江流域年创收可达数亿元；相关技术转让费用千万元以上。项目已获得的成果有授权发明专利 2项，实用新型专利 2 项，已制备了一套难降解有机废水光催化反应装置。为满足高污染污水处理厂较大日处理能力的需求，在浙江恒成实业有限公司将技术与设备进一步组合和放大，为实现实际水处理工程建设奠定基础。同时提升重点水域污染控治水平，满足水环境质量和饮水安全要求，实现污染物减排、促进经济发展模式优化和社会经济可持续发展。
浙江理工大学
2021-04-11
一种新型介孔碳担载的金属催化剂及其制备方法
本发明涉及一种新型介孔碳担载的金属催化剂及其制备方法，金属催化剂由金属粒子0.01wt％～90wt％和介孔碳载体10wt％～99.99wt％组成，介孔碳载体由杂原子掺杂的介孔碳材料制成，该杂原子掺杂的介孔碳材料是以含有杂原子的离子液体为单体，与模板剂在室温下混合，然后在400～1000℃下煅烧1～6小时，冷却至室温，最后除去模板剂制得，金属粒子的平均粒径为1～100nm，介孔碳材料中杂原子的质量分数为0.01wt％～80wt％。本发明催化剂可以通过氮、硫、磷、硼、氟等杂原子的掺杂调控纳米金属的价态以及金属在载体表面的沉积与分散，从而有利于增强其催化活性。另外，催化剂制备简单，对水、空气和热稳定。
浙江大学
2021-04-11
合成气一步法制备乙醇和低碳醇催化剂
"低碳醇通常是指碳数在二及以上的醇，其往往可直接作为汽车燃料，也可作为汽油添加剂而加入汽油中，提高汽油辛烷值，而长碳链醇（主要是C6+醇）是增塑剂、洗涤剂、润滑油合成过程中重要的中间体。近年来，通过合成气一步法制备低碳醇的催化剂分为四类，即Rh基催化剂，甲醇修饰催化剂，费托合成修饰催化剂，Mo基催化剂。其中Rh基催化剂具有最高的醇选择性，但其较高的价格以及储量的稀少而限制了其商业应用；甲醇修饰的催化剂其醇选择性较高，但产物主要是甲醇、异丁醇，C2+-OH选择性较低；Mo基催化剂耐硫，但其活性较低，甲烷化严重，反应条件苛刻；费托修饰的催化剂，虽然其碳链增长能力较强，但有大量的烷烃生成，C2+-OH选择性较低。已将碳纳米管应用于合成气制备低碳醇的催化剂，其在高压微反评价装置，300~350 C，6~10 MPa，3000~6000 mL/(g•h)的反应条件下，加氢产物中总醇醚的碳基选择性≥60%，乙醇选择性≥30%，总醇醚时空产率≥100 mg/(g•h)，乙醇≥50 mg/(g•h)；催化剂稳定性考核>1000 h。 项目已经完成具有自主知识产权的低碳醇催化剂的研发，并成功完成了百
厦门大学
2021-04-10
低钒脱硝、脱二噁英双功能低温锰钛催化剂的研发
小试阶段/n1. VOx /TiO2 体系的催化剂的制备及催化分解 NOx 和氯苯各项指标性能的评价。研究添加 W、 Mn、 Sn、 Ce 等组分，载体 TiO2 的晶型和形貌和制备方法（包括干混法、等体积浸渍法和湿法浸渍法）对催化分解 NOx 和氯苯性能的影响。。 2. 筛选的低钒催化剂的配方和制备工艺优化实验。研究添加不同种类过渡金属氧化物对催化剂催化性能的机理。。 3. 对上述所得到的低钒含量催化剂体系做进一步的配方和制备工艺的优化，。并进行低温催化还原 NO 和催化氧化氯苯的活性研究。。 4. 制备低钒含量，且具有高的低温催化活性的成型蜂窝状催化剂。
武汉工程大学
2021-04-11
低温下即具有极高反应活性的fcc相Ru纳米粒子催化剂
该研究工作首先使用DFT理论计算了fcc相与hcp相Ru的Wulff平衡结构模型里各个表面的CO解离势垒。CO解离通常被认为是费托合成的决速步，而CO解离势垒的大小可以反映出催化剂的费托合成活性。计算结果表明hcp相Ru（0001）面的Step-B台阶位具有最低的CO解离势垒，但在真实纳米粒子体系中较难暴露，而fcc相Ru具有（100）、（211）面以及（111）面Step-B台阶位等一系列CO解离势垒较低的表面，有可能具有非常好的费托合成催化活性。 根据DFT计算结果，设计合成了以fcc相Pt纳米晶为核，外延生长fcc相Ru的Pt-Ru core-shell结构纳米催化剂。该催化剂在393-433 K的较低温度下即表现出远高于hcp相Ru的费托合成催化活性，433 K下活性可达 37.8 molCO·molRu-1·h-1 ，这是目前相同温度下报道的活性最高的费托合成催化剂。同时该催化剂也具有非常好的产物选择性与稳定性。经过对催化剂结构的详细表征，利用STEM、XAFS、XRD等手段对该fcc Pt-Ru纳米催化剂的结构进行了模拟重建，证实了该催化剂具有超高活性位密度，表面大量暴露Ru（100）、（211）以及（311）等具有优异的CO活化能力的结构， 其活性位密度是此前最好的hcp Ru催化剂的1-2个数量级以上。证明了fcc Ru催化剂相比hcp Ru具有更好催化性能的本质是具有更密集的催化活性位点。
北京大学
2021-04-11
一种径向移动床再生单元中催化剂上积炭烧除的方法
本发明公开了一种径向移动床再生单元中催化剂上积炭烧除的方法，该方法包括如下步骤：在420 ℃‑570 ℃的温度条件下，通过气体输送单元将氧体积浓度在0.01%‑21.00%的含氧气体送入装填有来自反应单元的积炭催化剂的移动床烧焦器，含氧气体以周期性的流向变换的方式进入烧焦器。催化剂在烧焦器内的停留时间为0.5‑20 h，是含氧气体流向变换的周期的1‑20倍。本发明可以有效解决积炭烧除过程中催化剂床层由于燃烧热过大而飞温的问题，延长催化剂总寿命，实现了积炭催化剂的定点烧炭，大大提高目标产物收率，可用于甲醇制丙烯的工业生产中。
浙江大学
2021-04-13
一种高压-水热法制备BiVO4光催化剂的方法
本发明公开了一种高压-水热法制备BiVO4光催化剂的方法，该方法包括以下步骤：将硝酸铋和十二烷基苯磺酸钠溶于乙二醇与水体积比为1 : 1的溶液中，偏钒酸铵溶于蒸馏水中；将偏钒酸铵溶液滴加到上述乙二醇水溶液中，搅拌混合均匀，用氨水调节溶液的pH为3，形成BiVO4的前驱体，将其转入高压反应釜中并通入氮气、氧气、氩气中的任一种达到2~10MPa的压强，100~120℃醇-水热处理4~12小时，冷却后离心分离进行洗涤，于80℃下干燥后在450℃焙烧4小时即可得到结晶度高、分散性好、粒度小、比表面积大、单斜白钨矿结构的高催化活性BiVO4光催化剂。所得到的BiVO4光催化剂具有良好的可见光催化活性，可广泛应用于处理工业废水。
青岛农业大学
2021-04-13