燃料化学学报（中英文）

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2023年第51卷第11期

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2023 年 11 期序言

2023, 51(11)

摘要(18) HTML(10) PDF 388KB(6)

摘要:

2023 年 11 期目录

2023, 51(11): 1-6.

摘要(35) HTML(7) PDF 19168KB(27)

摘要:

Research progress on aromatization of C₆ ⁺ n-alkanes

ZHOU Qiu-ming, WANG Sen, QIN Zhang-feng, DONG Mei, WANG Jian-guo, FAN Wei-bin

2023, 51(11): 1529-1539. doi: 10.1016/S1872-5813(23)60357-3

摘要(1275) HTML(69) PDF 10624KB(107)

摘要:
Conversion of saturated straight-chain alkanes generated in the deep desulfurization process of fluid catalytic cracking (FCC) gasoline and the coal-to-oil processes into aromatics via alkane aromatization is an important non-petroleum route for the preparation of aromatics that effectively improves the quality of oil. The aromatization technology of C₂−C₅ light hydrocarbons is relatively mature and has been used in industry. However, for the aromatization of ${\rm{C}}_6^+ $ n-alkanes, the aromatics yield is still very low due to the complex reaction process and the competition of various elemental reactions. In addition, the catalysts usually suffer from rapid deactivation. In this work, we summarize the recent advances in the aromatization of ${\rm{C}}_6^+ $ n-alkanes. The reaction mechanism of aromatization of ${\rm{C}}_6^+ $ alkanes and the effects of the dispersion of metal sites, electronic state, and acidity, morphology and pore structure of the support on the catalytic performance are discussed in detail.

DFT计算在铁基催化剂费托合成反应研究中的应用

何富贵, 张曈, 梁洁, 李海鹏, 何育荣, 高新华, 张建利, 赵天生

2023, 51(11): 1540-1564. doi: 10.1016/S1872-5813(23)60366-4

摘要(1177) HTML(55) PDF 8693KB(90)

摘要:
费托合成是煤炭间接液化的关键技术。铁基催化剂是常用的FTS催化剂。受反应过程中相变复杂性和原位表征困难的限制，密度泛函理论(DFT)成为研究铁基催化剂表面物种吸附和反应的必要手段。本工作以铁碳化合物的表面化学性质作为出发点，探讨了不同碳化铁物相的形成条件及表面物种吸附性能，简述了当前DFT计算研究涉及的FTS基元反应，总结了不同机制下链引发、链增长、链终止的机理研究。结合实验研究进展，总结了助剂的加入对铁基催化剂结构和性能的调控机理，结合一些前沿研究，对目前铁基催化剂存在的问题进行总结，对表面碳在催化反应中的作用和各物相催化作用差异等问题进行了展望。

费托合成反应机理研究进展

苏俊超, 刘勒, 郝庆兰, 刘星辰, 滕波涛

2023, 51(11): 1565-1575. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023034

摘要(1181) HTML(668) PDF 2796KB(182)

摘要:
合成气(CO + H₂)经费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis, FTS)转化为清洁燃料与化学品是煤炭清洁利用与保障中国能源战略安全的重要途径。从分子水平深入研究费托合成反应机理，揭示合成气在催化剂表面活化，链增长为C_nH_x*与C_nH_xO_y*中间体，链终止为烷烃、烯烃、醇、酸产物的基元反应过程是实现费托合成目的产物调节、高性能催化剂理性设计与开发的重要基础，也是催化科学研究的热点与难点。为深入研究费托合成反应机理，科学家采用反应中间体检测、模型化合物添加、稳态机理动力学、稳态同位素瞬变动力学、第一性原理计算、反应网络等方法从不同的角度、不同层次揭示合成气转化机理。本综述总结了近百年来费托合成反应机理研究结果，提出了合理的反应机理路线图，并对反应机理研究进行了展望。

煤经草酸酯制高价值含氧化学品的技术进展

张红旭, 刘蝈蝈, 俞佳枫, 孙剑

2023, 51(11): 1576-1592. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023044

摘要(917) HTML(41) PDF 28763KB(63)

摘要:
中国的能源结构是富煤少油，开发煤炭资源的高效清洁利用是中国重点发展方向。煤经合成气羰基化后可以合成草酸酯（DMO），进一步加氢可获得具有高附加值的含氧化学品：如乙醇酸甲酯（MG）、乙二醇（EG）、乙醇（EO）等。其中，MG可以制备可降解材料聚乙醇酸（PGA），EG可以合成聚乙二醇（PEG），EO可以合成醋酸乙酯（EAC），应用前景十分广泛。本工作围绕DMO加氢反应展开，分析了各个加氢过程中所使用催化剂的研究状况，重点归纳了催化剂的组成调控、催化作用机理以及新催化剂制备技术，分析了DMO加氢催化剂研发过程存在的问题和挑战，指出了加氢产物以及下游产品的应用瓶颈及未来发展趋势。

含脱水剂的碳酸二甲酯直接合成法催化体系综述

程庆彦, 张帅, 谷云含, 王茁, 王锦涛, 李莉, 王延吉, 王寰, 乔金栋

2023, 51(11): 1593-1616. doi: 10.1016/S1872-5813(23)60376-7

摘要(920) HTML(26) PDF 17654KB(56)

摘要:
碳酸二甲酯（DMC）是一种用途广泛的环境友好型绿色化学品，利用CO₂和CH₃OH直接合成DMC是近年来CO₂清洁转化的一个研究重点。设计高效稳定的催化剂和反应工艺促进CO₂的转化，是DMC直接合成法能否工业化的技术关键。本工作综述了CO₂和CH₃OH直接合成DMC催化体系的研究进展，介绍了不同类型催化剂的反应机理，主要包括离子液体催化剂、碱金属碳酸盐催化剂、过渡金属氧化物催化剂等，阐述了各种脱水剂的脱水原理和对反应的促进作用，对不同催化-脱水体系的优势及缺点进行分析。据此预测，开发高效稳定的催化剂和对水选择渗透性强的膜材料，构建和实施新型的脱水工艺，将是今后DMC直接合成的研究重点。

炭载单原子催化剂在电还原二氧化碳领域的研究进展

张艺严, 陈熙元, 董灵玉, 贺雷, 郝广平, 李文翠

2023, 51(11): 1617-1632. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023047

摘要(58) HTML(13) PDF 27034KB(24)

摘要:
电化学二氧化碳还原（Electrocatalytic CO₂ Reduction，ECR）能够实现可再生能源的存储和利用，并将CO₂转化为高值化学品，是“双碳”背景下重要的能源利用方式，经济和环境效益显著。高效催化剂是ECR过程的核心。单原子催化剂因具有理论上100%的活性组分原子利用率，是理想的ECR催化剂之一。炭材料兼具高比表面积和优异导电性等优点，是电催化的理想载体。本工作根据单原子活性中心与炭载体作用方式的不同进行分类，综述了近十年代表性炭材料负载的单原子催化剂制备、结构、性能以及在ECR反应过程中的作用机制，期望能够为相关领域的研究提供思路和借鉴。

CO₂电还原生成甲酸盐机理及催化剂研究

赵萍萍, 廉红蕾

2023, 51(11): 1633-1651. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023048

摘要(135) HTML(51) PDF 34224KB(40)

摘要:
本工作综述了近五年来CO₂电催化还原生成甲酸盐领域取得的最新进展。介绍了CO₂电还原生成甲酸盐的反应机理，以及该过程所使用的催化剂的类型，包括金属催化剂、原子分散催化剂、金属氧化物催化剂、炭材料及复合材料催化剂。从催化剂、电解液、反应气氛和电解池等多角度详细分析了影响产物选择性、催化活性和稳定性的主要因素。针对目前CO₂电还原生成甲酸盐研究现状，提出对纳米材料和复合材料进行创新，借助原位表征技术探究活性位点及反应路径，并用于指导高效催化剂的设计与合成，改进电化学反应器组件以提高催化效率等问题可以作为未来的研究重点和发展方向。

ZSM-11和ZSM-5分子筛孔道结构差异对其甲醇制烯烃催化性能的影响

原凯, 贾翔宇, 王森, 樊升, 何诗沛, 王鹏飞, 董梅, 秦张峰, 樊卫斌, 王建国

2023, 51(11): 1652-1662. doi: 10.1016/S1872-5813(23)60361-5

摘要(1183) HTML(65) PDF 2971KB(56)

摘要:
本工作采用水热合成法制备了具有相似形貌、粒径、织构性质和酸性的ZSM-11和ZSM-5分子筛，借助多种表征技术研究了这两类分子筛的十元环孔道结构差异对其甲醇转化制烯烃（MTO）催化性能的影响。结果表明，由于ZSM-5的正弦孔道比ZSM-11的直孔道的扩散阻力大，反应中间体和产物分子在ZSM-5分子筛上的停留时间较长，强化了长链烯烃氢转移反应，导致生成更多的甲基苯物种，从而增强了芳烃循环的贡献；相比之下，ZSM-11分子筛的直孔道限制了长链烯烃的氢转移反应，减少了多甲基苯物种的产生，有利于提高烯烃循环的贡献。因此，与具有相似形貌、粒径、织构性质和酸性的ZSM-5-60分子筛相比，ZSM-11-60分子筛对MTO反应具有更长的催化寿命（98.3 h对比65.4 h）和更高的丙烯选择性（34.6%对比27.4%）。这些结果深化了对分子筛MTO催化性能与其孔道结构关系的认识，有助于新型高效的甲醇转化分子筛催化剂的开发和反应过程的探索。

Effect of metal promoters on catalytic performance of Co/AC for higher alcohols synthesis from syngas

GUO Lei, LIU Pei-gong, GONG Kun, QI Xing-zhen, LIN Tie-jun

2023, 51(11): 1663-1672. doi: 10.1016/S1872-5813(23)60368-8

摘要(87) HTML(28) PDF 4142KB(26)

摘要:
Shifting products of Fischer-Tropsch Synthesis (FTS) from paraffins to value-added higher alcohols receives great attention but remains great challenge. Herein, metal oxides of Mn, Zn, La and Zr are investigated as promoters to tune the activity and product distributions of Co/AC catalyst for syngas conversion. It is found that these promoters show different promotion effect on CO dissociation rate, the formation of Co₂C phase and the alcohols selectivity. The formed Co₂C/Co⁰ constitutes the dual active site for higher alcohols synthesis. The strongest CO dissociation rate is observed for Zn-promoted Co/AC catalyst, resulting in the highest activity and space-time yield (STY) of alcohols. The Mn promoter is most conducive to the formation of Co₂C, but slightly decreases the activity. The similar CO dissociation rate and CO conversion are obtained over both Zr- and La-promoted Co/AC catalysts, but the Zr-promoted Co/AC catalyst exhibits the highest alcohols selectivity due to the function balance between CO non-dissociative insertion and CO dissociation.

核壳型MOFs@离子液体复合材料的制备及其常压下催化CO₂环加成反应性能探究

胡凤群, 邱明月, 易群, 张鼎, 李向远, 李剑川, 史利娟, 段小川

2023, 51(11): 1673-1682. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023028

摘要(236) HTML(72) PDF 13834KB(33)

摘要:
通过双氨基功能化离子液体与对苯二甲醛原位共价组装得到柔性聚合物（DP），并采用后合成修饰法将DP包覆于金属有机框架材料MIL-101（Cr）表面，构筑了一种核-壳型复合材料（MIL-101@DP）用于催化CO₂和环氧氯丙烷（ECH）环加成反应。MIL-101@DP保留了MIL-101（Cr）高比表面积和高孔隙率的优点，并兼具亲核位点Cl⁻与Lewis酸性位点Cr^{3 +}。在Lewis酸碱位点协同作用下，MIL-101@DP可在常压、80 ℃、24 h且无助催化剂的条件下高效催化转化CO₂和ECH反应（ECH转化率可达99%），且在循环使用四次后活性未出现明显下降。

Co-Al₂O₃高效催化CO₂氧化乙苯脱氢制苯乙烯

司智伟, 丹少鹏, 陈树伟, 潘大海, 王英雄, 闫晓亮, 李瑞丰

2023, 51(11): 1683-1690. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023039

摘要(171) HTML(85) PDF 3774KB(27)

摘要:
采用溶胶-凝胶法制备了不同Co含量的nCo-Al₂O₃催化剂(n = 2%、5%、10%、15%、20%)，研究了Co含量对催化剂结构和CO₂氧化乙苯脱氢性能的影响。结果发现，nCo-Al₂O₃催化剂上孤立的Co^{2 +}离子与催化活性具有良好的对应关系，表明孤立的四面体Co^{2 +}物种是其活性位点。Co-Al₂O₃催化剂上的Co物种结构和催化性能与Co含量相关。Co含量较低（≤10%）时，催化剂上优先形成孤立的四面体Co^{2 +}物种；随着Co含量的增加，孤立的Co^{2 +}位点增加，催化剂活性随之提高。Co含量较高（>10%）时，催化剂上形成Co₃O₄晶体颗粒，导致孤立的Co^{2 +}位点减少，催化剂活性降低。10Co-Al₂O₃表现出最佳催化性能，550 ℃下乙苯转化率达64.4%，苯乙烯选择性为99.3%，反应30 h后，催化剂仍无明显失活，表明孤立的Co^{2 +}活性位点具有良好的结构稳定性和优异的抗积炭性能。

Ni/γ-Al₂O₃催化富氢生物质热解气蒸汽重整制氢实验研究

王体朋, 胡锶菡, 刘吉, 胡斌, 孙怀得, 张镇西, 陆强

2023, 51(11): 1691-1700. doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2023046

摘要(153) HTML(50) PDF 1408KB(30)

摘要:
本实验对比研究了富氢生物质热解气和甲烷（CH₄）蒸汽重整，探讨了富氢生物质热解气组分对CH₄等低烃重整反应的影响机理，并揭示了Ni/γ-Al₂O₃催化剂在富氢热解气蒸汽重整反应中的作用机制。H₂通过提供还原气氛使得催化剂表面高活性Ni⁰维持动态平衡，从而提高其催化活性；同时，生物质热解气对过渡碳向石墨碳的转化产生抑制作用，降低了积炭对Ni/γ-Al₂O₃催化活性的影响。其次，考察了反应温度、水碳比（S/C）、空速等操作条件对富氢热解气蒸汽重整反应的影响规律。反应温度和S/C的提高有效促进了CH₄蒸汽重整反应，同时抑制了积炭的产生；随着反应空速的提高，CH₄蒸汽重整反应的竞争性减弱，水煤气变换反应、CH₄干重整反应的竞争性逐渐增加，使得CH₄转化受到抑制。本实验为生物质热解气蒸汽重整反应机理研究及高效催化剂开发奠定了基础。