CO 2 加氢：整装结构NiIn(Ga)合金和In 2 O 3 催化剂及其RWGS和合成甲醇性能研究
发布时间：2024-01-04 18:27
CO2是主要的温室气体,其过量排放导致全球气候变化和海洋酸化。CO2作为原料与可再生H2反应生产化学品不仅可以储存过剩的可再生能源,还可以降低CO2浓度,因此受到越来越多的关注。CO2加氢制甲醇和逆水煤气变换(RWGS)反应是有效的CO2直接和间接转化利用途径。CH3OH不仅可用作燃料替代品和添加剂,也是合成其它高附价值化学品的关键原料。RWGS反应获得的合成气(CO+H2)是重要的化学原料,可通过费托合成、甲醇合成等现有成熟的工艺合成一系列平台化学品和燃料。因此,研制高效的RWGS和CO2加氢合成甲醇催化剂是兼具学术意义和应用价值的重要课题,但极具挑战性。论文开展了薄层铝纤维毡结构化NiIn(Ga)合金和In2O3催化剂的制备及其CO2加氢制合成气(RWGS)和甲醇催化性能的研究,兼顾了高效催化与热质传递强化的统一。论文研究...
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 CO2催化转化
1.2.1 CO2直接加氢制甲醇
1.2.2 逆水煤气变换反应
1.2.3 CO2加氢热力学分析
1.3 CO2选择性加氢研究进展
1.3.1 CO2加氢制甲醇催化剂研究进展
1.3.2 CO2加氢制甲醇反应机理研究进展
1.3.3 RWGS催化剂研究进展
1.3.4 RWGS反应机理研究进展
1.3.5 CO2加氢制烃类研究进展
1.3.5.1 耦合合成甲醇反应
1.3.5.2 耦合RWGS反应
1.3.5.3 合成气制烃类
1.4 反应过程强化技术—结构催化剂
1.4.1 整装金属结构催化剂的组成特征
1.4.2 整装金属结构催化剂的制备和应用
1.4.2.1 整装金属结构催化剂的制备
1.4.2.2 CO2选择性加氢结构催化剂研究现状
1.5 论文选题思想和研究内容
第二章 Ni5Ga3/SiO2/Al2O3/Al-fiber催化剂常压催化CO2加氢制甲醇研究
2.1 引言
2.1.1 合金催化剂的结构、性质和应用
2.1.2 Ni-Ga合金催化CO2常压加氢研究
2.1.3 本章研究目的和思路
2.2 实验方法
2.2.1 催化剂制备
2.2.2 催化剂表征
2.2.2.1 热重-差分扫描热分析
2.2.2.2 X射线衍射
2.2.2.3 H2程序升温还原
2.2.2.4 NH3程序升温脱附
2.2.2.5 CO2程序升温脱附
2.2.2.6 扫描电镜
2.2.2.7 透射电镜
2.2.2.8 N2吸脱附
2.2.2.9 电感耦合等离子体-原子发射光谱
2.2.3 催化剂性能评价
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 载体Al2O3/Al-fiber的几何形貌和结构特征
2.3.2 Ga(NO3)3·xH2O结晶水含量分析
2.3.3 Ni5Ga3/m-SiO2/Al2O3/Al-fiber催化剂的甲醇合成性能
2.3.4 催化剂表征
2.3.5 SiO2含量对催化剂性能的影响
2.3.5.1 H2-TPR
2.3.5.2 NH3-TPD
2.3.5.3 CO2-TPD
2.4 本章小结
第三章 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂CO2加氢制甲醇研究
3.1 引言
3.1.1 氧化铟简介
3.1.2 氧化铟用于CO2加氢制甲醇的研究进展
3.1.3 氧化铟合成现状
3.1.4 本章研究目的和思路
3.2 实验方法
3.2.1 催化剂制备
3.2.2 催化剂表征
3.2.2.1 X射线光电子能谱
3.2.2.2 原位红外
3.2.3 催化剂性能评价
3.3 结果与讨论
3.3.1 In(NO3)3·xH2O含水量研究
3.3.2 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂制备条件的考察
3.3.2.1 溶剂组成影响
3.3.2.2 焙烧温度影响
3.3.2.3 溶剂热温度影响
3.3.2.4 脲/铟摩尔比影响
3.3.3 脲/铟比对H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂性能影响研究
3.3.3.1 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂的CO2加氢性能
3.3.3.2 氧缺位和本征活性:H2-TPR和XPS
3.3.3.3 CO2吸附能力:CO2-TPD
3.3.4 H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂上CO2加氢路径研究
3.3.4.1 In-situ FTIR:CO2加氢中间物种捕捉
3.3.4.2 CO2加氢制甲醇反应机理分析
3.4 本章小结
第四章 In-Ni合金催化剂RWGS反应性能研究
4.1 引言
4.1.1 催化剂设计
4.1.2 计算化学的应用
4.1.3 本章研究目的和思路
4.2 计算和实验方法
4.2.1 计算方法与模型
4.2.2 实验方法
4.2.2.1 催化剂制备
4.2.2.2 催化剂表征
4.2.2.3 催化剂性能评价
4.3 结果与讨论
4.3.1 Cu和In-Ni合金模型及吸附位点分析
4.3.2 Cu(111)、InNi(001)、InNi2(110)和InNi3(001)面上RWGS反应
4.3.2.1 Cu(111)
4.3.2.2 InNi(001)
4.3.2.3 InNi2(110)
4.3.2.4 InNi3(001)
4.3.2.5 Cu(111)、InNi(001)、InNi2(110)和InNi3(001)面上RWGS反应对比
4.3.3 In-Ni合金催化剂的RWGS反应性能
4.3.4 In-Ni合金的CO2吸附性能
4.3.5 InNi3合金物相碳化分析
4.4 本章小结
第五章 InNi3C0.5合金CO2加氢催化化学研究:实验与DFT理论计算
5.1 引言
5.2 实验和计算方法
5.2.1 实验方法
5.2.1.1 催化剂制备
5.2.1.2 催化剂表征
5.2.1.3 催化剂性能评价
5.2.2 计算方法与模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 InNi3C0.5/Al2O3/Al-fiber催化剂表征
5.3.2 InNi3C0.5/Al2O3/Al-fiber催化剂的RWGS反应性能
5.3.3 InNi3C0.5结构模型
5.3.3.1 稳定体相—C原子排布情况
5.3.3.2 稳定表面
5.3.4 InNi3C0.5(111)面上活性位点
5.3.4.1 活性位点分析
5.3.4.2 InNi3C0.5(111)面电荷分析
5.3.4.3 活性位点数目分析
5.3.5 InNi3C0.5(111)面上RWGS反应机理
5.3.5.1 CO2、H2、CO和H2O在InNi3C0.5(111)面上的吸附研究
5.3.5.2 InNi3C0.5(111)面的RWGS反应路径分析
5.3.6 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷反应研究
5.3.6.1 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷的基元反应
5.3.6.2 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷的最优路径
5.3.7 InNi3C0.5催化CO2加氢反应机理:原位FTIR和质谱表征
5.3.8 InNi3C0.5应用拓展
5.3.8.1 催化CO2加氢制甲醇
5.3.8.2 催化DMO加氢制EG
5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
科研成果
致谢
本文编号：3876842
【文章页数】：192 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 CO2催化转化
1.2.1 CO2直接加氢制甲醇
1.2.2 逆水煤气变换反应
1.2.3 CO2加氢热力学分析
1.3 CO2选择性加氢研究进展
1.3.1 CO2加氢制甲醇催化剂研究进展
1.3.2 CO2加氢制甲醇反应机理研究进展
1.3.3 RWGS催化剂研究进展
1.3.4 RWGS反应机理研究进展
1.3.5 CO2加氢制烃类研究进展
1.3.5.1 耦合合成甲醇反应
1.3.5.2 耦合RWGS反应
1.3.5.3 合成气制烃类
1.4 反应过程强化技术—结构催化剂
1.4.1 整装金属结构催化剂的组成特征
1.4.2 整装金属结构催化剂的制备和应用
1.4.2.1 整装金属结构催化剂的制备
1.4.2.2 CO2选择性加氢结构催化剂研究现状
1.5 论文选题思想和研究内容
第二章 Ni5Ga3/SiO2/Al2O3/Al-fiber催化剂常压催化CO2加氢制甲醇研究
2.1 引言
2.1.1 合金催化剂的结构、性质和应用
2.1.2 Ni-Ga合金催化CO2常压加氢研究
2.1.3 本章研究目的和思路
2.2 实验方法
2.2.1 催化剂制备
2.2.2 催化剂表征
2.2.2.1 热重-差分扫描热分析
2.2.2.2 X射线衍射
2.2.2.3 H2程序升温还原
2.2.2.4 NH3程序升温脱附
2.2.2.5 CO2程序升温脱附
2.2.2.6 扫描电镜
2.2.2.7 透射电镜
2.2.2.8 N2吸脱附
2.2.2.9 电感耦合等离子体-原子发射光谱
2.2.3 催化剂性能评价
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 载体Al2O3/Al-fiber的几何形貌和结构特征
2.3.2 Ga(NO3)3·xH2O结晶水含量分析
2.3.3 Ni5Ga3/m-SiO2/Al2O3/Al-fiber催化剂的甲醇合成性能
2.3.4 催化剂表征
2.3.5 SiO2含量对催化剂性能的影响
2.3.5.1 H2-TPR
2.3.5.2 NH3-TPD
2.3.5.3 CO2-TPD
2.4 本章小结
第三章 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂CO2加氢制甲醇研究
3.1 引言
3.1.1 氧化铟简介
3.1.2 氧化铟用于CO2加氢制甲醇的研究进展
3.1.3 氧化铟合成现状
3.1.4 本章研究目的和思路
3.2 实验方法
3.2.1 催化剂制备
3.2.2 催化剂表征
3.2.2.1 X射线光电子能谱
3.2.2.2 原位红外
3.2.3 催化剂性能评价
3.3 结果与讨论
3.3.1 In(NO3)3·xH2O含水量研究
3.3.2 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂制备条件的考察
3.3.2.1 溶剂组成影响
3.3.2.2 焙烧温度影响
3.3.2.3 溶剂热温度影响
3.3.2.4 脲/铟摩尔比影响
3.3.3 脲/铟比对H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂性能影响研究
3.3.3.1 整装H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂的CO2加氢性能
3.3.3.2 氧缺位和本征活性:H2-TPR和XPS
3.3.3.3 CO2吸附能力:CO2-TPD
3.3.4 H-In2O3/Al2O3/Al-fiber催化剂上CO2加氢路径研究
3.3.4.1 In-situ FTIR:CO2加氢中间物种捕捉
3.3.4.2 CO2加氢制甲醇反应机理分析
3.4 本章小结
第四章 In-Ni合金催化剂RWGS反应性能研究
4.1 引言
4.1.1 催化剂设计
4.1.2 计算化学的应用
4.1.3 本章研究目的和思路
4.2 计算和实验方法
4.2.1 计算方法与模型
4.2.2 实验方法
4.2.2.1 催化剂制备
4.2.2.2 催化剂表征
4.2.2.3 催化剂性能评价
4.3 结果与讨论
4.3.1 Cu和In-Ni合金模型及吸附位点分析
4.3.2 Cu(111)、InNi(001)、InNi2(110)和InNi3(001)面上RWGS反应
4.3.2.1 Cu(111)
4.3.2.2 InNi(001)
4.3.2.3 InNi2(110)
4.3.2.4 InNi3(001)
4.3.2.5 Cu(111)、InNi(001)、InNi2(110)和InNi3(001)面上RWGS反应对比
4.3.3 In-Ni合金催化剂的RWGS反应性能
4.3.4 In-Ni合金的CO2吸附性能
4.3.5 InNi3合金物相碳化分析
4.4 本章小结
第五章 InNi3C0.5合金CO2加氢催化化学研究:实验与DFT理论计算
5.1 引言
5.2 实验和计算方法
5.2.1 实验方法
5.2.1.1 催化剂制备
5.2.1.2 催化剂表征
5.2.1.3 催化剂性能评价
5.2.2 计算方法与模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 InNi3C0.5/Al2O3/Al-fiber催化剂表征
5.3.2 InNi3C0.5/Al2O3/Al-fiber催化剂的RWGS反应性能
5.3.3 InNi3C0.5结构模型
5.3.3.1 稳定体相—C原子排布情况
5.3.3.2 稳定表面
5.3.4 InNi3C0.5(111)面上活性位点
5.3.4.1 活性位点分析
5.3.4.2 InNi3C0.5(111)面电荷分析
5.3.4.3 活性位点数目分析
5.3.5 InNi3C0.5(111)面上RWGS反应机理
5.3.5.1 CO2、H2、CO和H2O在InNi3C0.5(111)面上的吸附研究
5.3.5.2 InNi3C0.5(111)面的RWGS反应路径分析
5.3.6 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷反应研究
5.3.6.1 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷的基元反应
5.3.6.2 InNi3C0.5(111)面上CO2加氢到甲醇/甲烷的最优路径
5.3.7 InNi3C0.5催化CO2加氢反应机理:原位FTIR和质谱表征
5.3.8 InNi3C0.5应用拓展
5.3.8.1 催化CO2加氢制甲醇
5.3.8.2 催化DMO加氢制EG
5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
科研成果
致谢
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