綠色催化劑的案例
科廷大學開發可用于綠色制氫的新電催化劑 成本更低/更有效
蓋世汽車訊 據外媒報道，澳大利亞科廷大學（Curtin University）開發了一種新電催化劑，可用于從水中獲取綠色氫。這種催化劑成本更低、更加有效，或將為大規模生產清潔能源開辟新途徑。
（圖片來源：科廷大學）
通常來說，科學家們一直使用鉑等貴金屬催化劑，來加速水分解為氫和氧的速度。科廷大學的研究人員發現，以前使用的催化劑效率低下，往其中加入鎳和鈷，可以提高其性能。這種Ni2+/Co2+ doped Au-Fe7S8納米片具有極高的析氧反應活性，可以減少分解水所需要的能量，并提高氫的產量。
研究負責人Dr. Guohua Jia表示，這項研究將對未來的可持續性綠色制氫產生深遠的影響。“基本上來說，我們的研究采用的是二維鐵硫納米晶體，并加入少量的鎳和鈷離子。通常情況下，這種晶體不能用作從水中得到氫的電驅動反應的催化劑。我們的做法將性能不佳的鐵硫完全轉化為可行且高效的催化劑。
“使用這些儲量更豐富的材料，成本更低，而且更有效。相比之下，目前使用的基準材料，如氧化釕，使用是更貴的釕無素。我們的發現不僅拓寬了現有的可能粒子組合‘調色板’，而且引入一種新的、有效的催化劑，也可能用于其他應用。”
研究人員表示，這將促進從化石燃料向清潔能源過渡。下一步是在更大的范圍內進行測試，以測試其商業可行性。
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展開 綠色催化劑介紹.
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《Small》田鶴/張進濤/夏海兵：碳氣凝膠Fe單原子催化劑，可充電鋅空氣電池中的高效氧電催化劑
圖1，
A,D) 低倍率和 B) 高倍率 TEM 圖像，C) Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑的高分辨率 TEM 圖像，E) 高分辨率 TEM 圖像和 F) 單個 Fe-的 HAADF-STEM-EDS 映射圖像。單個 Fe-Ni ANC 中元素 Ni（黃色）和 Fe（紅色）的分布。
圖5，
A) 碳布、Fe NC@NSCA 催化劑、Ni NP@NSCA 催化劑、Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑和商業RuO
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催化劑在 1M KOH 溶液中的 OER 極化曲線。B) Fe NC@NSCA 催化劑、Ni NP@NSCA 催化劑、Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑和商業RuO
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催化劑的 Tafel 圖。C) Fe NC@NSCA 催化劑、Ni NP@NSCA 催化劑、Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑和商業RuO
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催化劑在 260 mV 過電位下的 EIS 光譜。D) Fe NC@NSCA 催化劑、Ni NP@NSCA 催化劑、Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑和商業RuO
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催化劑的 ECSA。E) Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑和商用 RuO
2
催化劑 12 小時的計時電流曲線以評估其耐久性。F）Fe-Ni ANC@NSCA催化劑在15000次循環前后的OER極化曲線。
圖7，
A) 與 Fe-Ni ANC@NSCA 催化劑組裝的 ZAB 的示意圖模型。
展開 催化燃燒如何選擇催化劑
voc催化燃燒應用范圍：
1.可用于有機溶劑的凈化處理（苯、醇、酮、醛、酯、酚、醚、烷等混合有機廢氣）：
2.適用于電線、電纜、漆包線、機械、電機、化工、儀表、汽車、自行車、摩托車、發動機、磁帶、塑料、家用電器等行業的有機廢氣凈化：
3.可用于各種烘道、印鐵制罐、表面噴涂、印刷油墨、電機 緣處理、皮鞋粘膠等烘干流水線，凈化各工序產生的有機廢氣：
催化劑是催化燃燒法的中心，一種好的催化劑具有催化活性高、熱穩定性好、強度高、壽命長等特性。
1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學轉化率。而轉化率不只與催化活性材料自身的活性有關，而且與催化載體的物理性狀有著直接關系。所以，在選擇習慣的催化活性材料的同時，還有必要考慮催化載體的物理形狀，確保催化劑有較高的活性，到達催化燃燒凈化的目的。
2、熱穩定性好。由于廢氣的溫度隨時改動，如果催化劑不能習慣必定范圍內的溫度改動，催化劑的功用就會下降，凈化效率就會下降。因而，催化劑具有習慣必定范圍內的溫度改動。
3、強度高。在催化燃燒過程中，催化劑往往會因高溫、振蕩和氣流等因素的效果，使催化劑發生決裂和磨損，決裂和磨損會造成催化劑的活性下降，增加催化劑床層的壓降，影響凈化效果。
4、壽命長。催化活性材料大都比較貴重，所以，設計時選用催化劑時應盡量使用壽命較長的催化劑。
附能力。
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三元催化劑催化氧化反應 ￥5000
三元催化劑經過高溫流體的加熱，達到反應溫度，開始催化反應，本例子只計算了催化氧化反應。三元催化劑中的催化氧化反應如下：
反應并不是通過fluent自帶的反應模型計算，而是通過添加源項計算反應。
計算條件如下：
計算得到的三種物質的脫除效率：
監視催化劑（多孔介質）中心點的溫度變化曲線如下：
在前10秒，流體溫度高于固體溫度，流體加熱固體，10秒之后，由于催化氧化反應的發生，催化劑上的溫度急劇增加，固體溫度高于流體溫度，固體加熱流體。
反應穩定時，流體和固體上的溫度分布：
高清視頻：
三元催化劑反應-固體溫度變化：三元催化劑反應-流體溫度變化：三元催化劑反應-CO體積分數：
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展開 三元催化劑催化氧化反應
汽車尾氣中含有CO，碳氫化合物等污染物，需要經過三元催化劑氧化成無毒的氣體。三元催化劑為固體，經過高溫流體的加熱，達到反應溫度，開始催化反應。因此，固體和氣體溫度有一定差距。本例子中通過UDS定義固體溫度，計算固體和流體的熱交換，并且通過UDF源項定義了催化氧化反應。
三元催化劑中的催化氧化反應如下：
計算條件如下：
計算得到的三元催化劑中心固體和氣體溫度變化如下：
計算得到的三種污染物的脫除效率：
反應穩定時，流體和固體上的溫度分布：
計算結果視頻如下：
三元催化劑反應-固體溫度變化
三元催化劑反應-流體溫度變化
三元催化劑反應-CO體積分數
展開 工業催化200年，盤點那些改變人類社會的工業催化劑！
前言：
催化在人類文明進步與世界經濟發展中扮演著非常重要的角色。它能夠以一種高效，綠色和經濟的方式將原材料轉變為具有高附加值的化工產品和燃料等，因而被廣泛應用于能源，化工，食品，醫藥，電子等各個領域。目前，全世界90%以上的化學生產過程都離不開催化。毫不夸張地說，催化領域的每一次重大突破，都極大地改變了人類的生產與生活方式。今天簡單地盤點一些工業催化領域中重要的催化反應和催化劑。
備注：本文主要參考Jens Hagen教授編寫的《Industrial Catalysis》一書
1. 硫酸工業
1740年英國醫生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠；
1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應器，生產過程中由硝石產生的氧化氮實際上是一種氣態的催化劑，這是利用催化技術從事工業規模生產的開端。
標志性事件1：1806年，法國科學家C. B. Dersomers和N. Clement闡明了在氧化氮作用下，SO2轉化成SO3的機理
標志性事件2：1875年德國人E.雅各布建立了第一座生產發煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業催化劑的先驅。
標志性事件3：1888年德國BASF公司的化學家Rudolf Knietsch開發了一種經濟高效的替代工藝，采用目前廣泛使用的V2O5為催化劑，這種硫酸接觸工藝不但使巴斯夫一躍成為當時全球最大的硫酸生產商，也為催化加工鋪平了道路。
備注：硫酸廣泛用于各個工業部門，主要有化肥工業、冶金工業、石油工業、機械工業、醫藥工業、洗滌劑、軍事工業、原子能工業和航天工業等，還用于生產染料、農藥、化學纖維、塑料、涂料，以及各種基本有機和無機化工產品。世界大戰期間，硫酸工業的發展與軍事工業緊密聯系在一起，硫酸工業是一個國家軍事力量的風向標。
2.
展開 【綜述】化工進展：金屬氧化物在OX-ZEO催化劑中催化COx加氫制低碳烯烴進展
6
結語
烯烴原料多元化是我國未來烯烴產業的重點發展方向，通過FTTO或OX-ZEO路線可將COx加氫一步轉化成低碳烯烴，前者雖然可以獲得較高的COx轉化率，但由于反應服從聚合機理導致產物分布寬，產品組成復雜，工業化進程緩慢，最近的研究采用疏水改性提高催化劑的烯烴收率，但產物分布仍遵循ASF分布規律，低碳烯烴選擇性較低；采用OX-ZEO催化劑產物脫離費托反應路線ASF分布限制，低碳烯烴選擇性高達70%~80%，具有較好的工業應用前景。但該路徑仍然面臨諸多問題，如：①產物低碳烯烴在高溫、H2氣氛下的過度氫化；②催化活性仍較低，副產物選擇性高，造成原子利用率低。因此在維持高選擇性的基礎上進一步提高催化活性仍然是該研究領域面臨的最大挑戰。開發高效的OX-ZEO雙功能催化劑，尤其設計出H2解離能力適中的高溫甲醇或類甲醇合成催化劑，使之與MTO反應溫度區間匹配，實現雙功能催化劑兩組分之間的“熱耦合效應”，同時避免烯烴產物的過度氫化，是制備高活性和高選擇性雙功能催化劑的關鍵。目前，氧化物研究的熱點主要針對Zn基、In基和Ga基氧化物改性，通過摻雜第二元素、助劑、改變催化劑制備方法等手段來調控氧化物表面氧空位含量和H2解離能力，促進COx/H2的吸附活化，改善催化性能。
盡管OX-ZEO雙功能催化劑在調控低碳烯烴選擇性上優勢明顯，但由于較低的單程COx轉化率和較高的副產物選擇性，導致其低碳烯烴收率仍然較低（<30%），在維持高選擇性前提下進一步改善COx轉化率以及抑制副反應發生，是OX-ZEO催化體系亟需解決的關鍵問題。對比Zn基和In基氧化物，Ga基固溶體氧化物耦合SAPO-34在催化活性和低碳烯烴選擇性上表現出更優異的催化性能，如何精心地設計Ga基雙功能催化劑，使其在高空速下的催化活性與FTO路徑相競爭值得期待。
展開 中石油PPT│從原料、流程、催化劑等方面詳細解讀催化裂化工藝（下）
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 中石油
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中石油PPT│從原料、流程、催化劑等方面詳細解讀催化裂化工藝（上）
編 輯 | 化工活動家
福州大學: 吸光范圍可達紅光區的碳氮結構光催化劑用于氧化還原催化反應
【引言】
太陽能是可再生、可持續的清潔能源，為了解決全球能源與環境問題，利用太陽能進行光催化反應將反應底物轉化為能源產品已經引起了科研界的廣泛關注。而尋找一系列廉價、穩定和高效的光催化劑成為該研究的關鍵。碳氮聚合結構光催化劑由于制備方法簡單以及擁有合適的帶隙，因此近年來被大量研究（尤其是氮化碳光催化劑）。在太陽光譜中，可見光和近紅外光分別占全光譜的45%和50%。為了更充分地利用太陽光，擴大催化劑的吸光范圍成為當前研究熱點之一，目前主要的方法包括表面等離激元修飾以及摻雜改性半導體等。一般來說，氮化碳聚合物光催化劑只能吸收到可見光區（460 nm左右），遠遠無法滿足對太陽光充分利用的要求。當前，僅有幾篇文章報道了可以將氮化碳聚合物催化劑的吸光范圍擴大到接近紅外區。
【成果簡介】
近日，福州大學能源與環境光催化國家重點實驗室在Angewandte Chemie International Edition上發表最新研究成果“Photochemical Construction of Carbonitride Superstructures for Red-Light Redox Catalysis”。本文通過一種光化學聚合方法制備了具有準二維結構的新型碳氮聚合物催化劑。通過固體核磁和X射線近邊吸收譜證實該催化劑是一種三嗪基聚合物。這種新型碳氮催化劑吸光范圍可以達到735 nm的紅光區，是目前為止所報道的碳氮基催化劑中吸光范圍最寬的。在紅光區，該催化劑可以有效發揮氧化還原催化作用，比如醇的氧化和二氧化碳的還原催化反應。另外，本文也敬賀福州大學化學學院校友吳新濤院士八十大壽。
【圖文導讀】
圖一 光化學方法合成催化劑圖示
UV light光源：125 W高壓汞燈（波長大于280 nm）
圖二 氮化碳基催化劑結構表征
a.
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綠色催化的技術PPT
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：單原子催化劑載體不可忽視的作用：可直接參與催化反應
通過系統實驗和理論研究，作者發現，在TiO2負載的單原子鈀催化劑中，鈀周邊所形成的Pd-O-Ti(III)原子級界面可以在室溫條件下有效活化氧氣形成超氧離子，使催化劑擁有優越的低溫催化氧化一氧化碳活性，在溫室氣體（如甲烷）和揮發性有機污染物（如甲苯）的氧化消除中也表現優異。相關研究的難度主要在于Pd-O-Ti(III)原子級界面的結構表征，通過與中科院物理所（原子分辨能量損失譜），上海光源和加拿大達爾豪斯大學（X射線吸收）的合作，該研究團隊很好地實現了相關催化界面的原子分辨表征，為深入理解其中的催化分子機制提供了重要保障。
【圖文導讀】
圖1 在TiO2負載的單原子鈀催化劑中，Pd-O-Ti(III)原子級界面快速地活化O2形成超氧離子，從而促進CO的催化氧化
【小結】
該項研究結果很好地展示了單原子催化劑的活性中心不局限于單原子分散的金屬中心，與其相鄰的載體金屬原子亦有可能直接參與催化反應。換言之，單原子催化劑的金屬氧化物載體也有可能成為催化活性位點的重要部分。因此，在設計高效的單原子催化劑時，需要考慮金屬前驅體、載體和制備條件對催化劑微觀結構的影響。這一研究結果很好地回答了單原子催化領域一個有爭議性的問題：為何基于同種活性金屬元素的單原子催化劑在相同催化反應中表現出完全不同的性能？同時，催化領域中觀察到的一些現象也可以從載體的鄰近效應去理解，例如堿金屬離子的助催化作用、催化反應前預還原處理等。相關研究發現為理性設計合成高效的單原子催化劑提供了重要理論指導，也將推動單原子催化劑的深層次機理研究。
展開 ：自模板法合成雙層多孔納米管光催化制氫催化劑
【引言】
目前，自模板策略是一種合成中空結構催化劑簡單易行的方法。在半導體上定向光沉積負載助催化劑與化學沉積或物理混合相比，更能有效地利用助催化劑。但是，開發具有開放端口的多孔納米管非均相光催化劑，以及負載空間分離的雙助催化劑，仍然具有很大的挑戰。本文采用自模板和原位光沉積策略，獲得了具有增強光催化制氫活性的CoOx/ZnS@CdS/Ni雙層多孔納米管催化劑。
【成果簡介】
提高半導體光催化劑光轉化效率的關鍵在于提升光生載流子的分離效率。近日，天津大學的張兵（通訊作者）等人通過自模板轉換策略，制備了ZnS@CdS雙層多孔納米管（PNTs），這種異質結構在管的內壁和外壁上分別具有分離的氧化和還原位點。采用Ni和CoOx作為雙助催化劑，進行選擇性光沉積后，作為電子收集器和還原反應位點的Ni納米顆粒負載在CdS外殼上，而作為空穴收集器和氧化反應位點的CoOx納米粒子負載在ZnS內殼上。新型的CoOx/ZnS@CdS/Ni光催化劑具有以下特點：自模板衍生薄的介孔異質結；光沉積衍生的空間分離雙重助催化劑，其協同效應能夠為光生電子和空穴的有序轉移提供驅動力并促進表面催化反應，極大提高了光催化制氫活性。此外，這一簡單的策略可以擴展到制備具有增強光催化活性的CoOx/ZnSe@CdSe/Ni PNT材料的合成上。相關成果以“Self-template synthesis of double-layered porous nanotubes with spatially separated photoredox surfaces for efficient photocatalytic hydrogen production”為題發表在Science Bulletin上。
展開 中科院長春應化所崔冬梅課題組：DMAO活化稀土金屬催化劑催化苯乙烯及其衍生物聚合
然而，有機硼酸鹽和硼 烷的高成本嚴重阻礙了稀土金屬催化劑的工業應用。因此，對于低成本和高活性助催化劑的探索是一項非常有意義的任務。
基于上述背景，中國科學院長春應用化學研究所崔冬梅教授課題組探究了DMAO (Dry methylaluminoxane) 活化的稀土金屬雙(烷基)配合物(圖 2)對苯乙烯及其衍生物催化行為。實驗結果表明，在DMAO存在的情況下，具有芴亞甲基吡啶配體的3a催化劑對苯乙烯及其衍生物表現出前所未有的高催化活性(圖 3)。此外，這種3a/DMAO兩組分催化體系可以催化苯乙烯與乙烯交替共聚(圖 4)。
圖1 稀土金屬陽離子的形成
圖2 本文采用的稀土金屬雙烷基配合物
圖
3
3a
/DMAO
催化苯乙烯衍生物間規選擇性聚合
圖4 乙烯與苯乙烯交替共聚物的核磁共振碳譜
該工作即將于Chinese Journal of Polymer Science印刷出版。張震博士研究生是該論文的第一作者，李世輝和蔡中義教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(基金號51773193和52073275)的資助。
原文鏈接：
http://www.cjps.org./article/doi/10.1007/s10118-021-2583-2?
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