铂催化剂

由于在氢氧化（hydrogen oxidation）和氧还原（oxygen reduction）反应中的高效催化特性，铂基催化剂被广泛地应用于质子交换膜燃料电池当中的关键组成部分，比如阴和阳。然而，当质子交换膜燃料电池在较为严苛的环境下（比如低pH环境(＜1)、高的氧浓度、高湿度等）运行时，商用的铂/碳催化剂会展现出耐用性低的问题。由于Ostwald熟化效应、铂纳米颗粒的脱离、铂纳米颗粒的团聚等问题，铂/碳催化剂的活性会显著下降。因此，开发有效方案来稳固铂基催化剂从而防止其活性在燃料电池运行时的损耗，是非常重要的。 针对上述问题，加拿大西安大略大学的孙学良教授课题组，开创性地利用退火MLD（Molecular Layer Deposition，MLD，分子层沉积）夹层结构来固定铂纳米颗粒，从而实现了铂基催化剂性能的提升，相关结果刊载于Nano Energy（https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.03.033）。在孙教授团队的工作中，MLD衍生层是通过三基铝和丙三醇合成在掺氮碳纳米管（nitrogen-doped carbon nanotubes，NCNT）上的，此后通过煅烧获得多孔结构。后，通过ALD工艺，铂纳米颗粒被沉积在MLD-NCNT载体之上。多孔结构有益于稳固铂纳米颗粒、避免团聚以及从载体上脱离。相较于沉积在掺氮碳纳米管（NCNT）上的铂催化剂来说，沉积在MLD-NCNT载体上的Pt催化剂展示出了显著提升的氧化还原反应活性以及耐用性。文中利用X射线吸收光谱等手段，详细揭示了增强的机制。 图1 NCNT-MLD-Pt的制备流程示意图以及出色特性（图片来源：Nano Energy:Rational design of porous structures via molecular layer deposition as an effective stabilizer for enhancing Pt ORR performance） 相较于ALD（Atomic layer deposition，ALD，原子层沉积）来说，MLD技术还比较新。MLD技术可以视为ALD技术的亚类，具有与ALD相似的气相沉积工艺，基于序列及自限制反应，在分子尺度上生长材料，目前比较多涉及的是有机聚合物或者无机-有机杂化材料。由于本质上属于ALD技术的衍生技术，因此MLD技术具备了ALD技术的主要优点：优异的三维共形性、大面积均匀性、良好的工艺重复性、膜厚或组成的控制、分子结构或官能团的裁剪，以及较低的沉积工艺温度。然而，由于MLD工艺中采用有机分子作为前驱体，有机分子前驱体的蒸汽压低、热稳定性差，因而反应活性较低。此外，MLD工艺中的有机分子前驱体存在同质官能团引起的双反应现象，会使得沉积速率变慢，甚至是发生非线性的反应生长速率。所以，利用MLD工艺沉积新材料，对于设备和工艺掌控都提出了较高的要求。 在本文当中，孙教授团队利用MLD沉积铝氧烷所用的设备是美国Arradiance公司生产的型号为Gemstar-8 的台式ALD沉积系统，此套系统直接与手套箱相联，手套箱中为氩气气氛。在本工作之前，孙教授所在课题组已经利用MLD技术合成了铝氧烷，并且将铝氧烷涂层应用于提高碳/硫阴或碱金属阳的电化学特性。制备当中，他们采用三基铝和丙三醇作为前驱体，在150 ℃的条件下将，将前驱体依次通入腔体当中。 另一方面，目前大多数无机-有机杂化物质对于空气中的湿度非常敏感，不稳定。由于Arradiance公司生产的台式ALD系列产品，非常小巧，并且非常友善周到地为用户们预留了可以与各类市场主流手套箱集成的接口，从而使得无机-有机杂化物质在制备完成后可以在惰性环境中转移至其他实验环境或是进行其他实验。 图2 Arradiance台式原子层沉积系统，设计紧凑，功能齐全，堪称“麻雀虽小五脏俱全” 图3 紧凑而友善的设计理念，使得Arradiance ALD系统可以方便地与手套箱集成，满足用户的特殊实验需求

Loyola大学研究人员考察麦克仪器的气体吸附仪和催化剂评价装置。 材料表征技术全球领导者麦克仪器（micromeritics），扩展了其用于多相催化剂测试的仪器组合，因此客户现在可以很容易地选择多个高效协同工作的系统来加速催化剂开发。麦克仪器的研究级气体吸附仪ASAP2020和全自动实验室催化剂评价装置Microactivity Effi,为目前流行且强大的组合。ASAP2020用于定量活性催化剂和载体的主要物性，Effi可用于相关条件过程的催化剂评价，来自Universidad Loyola (Seville, Spain)的Dr Manuel Antonio Díaz Pérez是使用这一双仪器解决方案进行高效催化剂研究的最新客户之一。 “当谈到建立我们的新实验室时，我毫不犹豫地直接去麦克仪器公司复制了一套在以前的工作中证明对我有价值的测试设备，” Díaz Pérez博士 表示，“EFFI是非常有效和高度可靠的。硬件稳定，软件直观，如果您需要，更换部件非常容易。我对ASAP 2020的体验主要是为了物理吸附来研究表面积和孔隙率，这是任何多相催化剂都需要的性能表征。展望未来，我希望投资于Micromeritics的更多设备，以进一步增强我们的研究能力。他们提供的一系列设备可得到丰富的相关和有用的数据，可加快催化剂的开发。” Díaz Pérez博士在University of Loyola工程系内建立一个新的实验室，以开发解决特定环境问题的新材料。研究课题包括将生物燃料转化为大宗化学构件的催化剂和二氧化碳的吸附剂。ASAP2020气体吸附仪为物理吸附加化学吸附配置，采用体积法分析催化剂的表面积，孔容和孔径分布，这些参数定义了反应物和产品进出活性催化剂位点的难易程度，帮助研究者在分子级别优化反应环境。Effi催化剂评价装置可用于研究催化剂活性、选择性、产率和典型条件下的失活，可得到动力学数据和合适的催化剂再生条件。 “高质量、可靠的分析设备是一项值得投资的项目，” Díaz Pérez博士表示 “这对实验室的日常运行和生产力有很大影响。麦克仪器的产品非常好用，该公司在具体分析和应用方面提供快速有效的帮助。我相信我们购买的新仪器将对我们正在进行的研究做出重要贡献。” Micromeritics Microactivity Effi 催化剂评价装置 Micromeritics ASAP 2020 Plus 气体吸附仪关于麦克仪器麦克仪器公司是提供材料表征解决方案的全球领先厂商，在密度、比表面积及孔隙度、粒度及粒形、粉体表征、催化剂表征及工艺开发等五个核心领域拥有一流的仪器和应用技术。麦克仪器公司成立于1962年，总部位于美国佐治亚州诺克罗斯，在全球拥有400多名员工。同时具备丰富的科学知识库和一流内部生产制造， 麦克仪器公司产品覆盖了石油加工、石化产品和催化剂、食品和制药等多个行业，以及为下一代材料例如石墨烯、MOF材料、纳米催化剂和沸石等提供最前沿的表征技术。在Particulate Systems旗下，麦克仪器公司发现并商业化独特和创新的材料表征技术，对核心产品线进行补充。商业测试实验室–Particle Testing Authority (PTA)实验室可提供表征分析测试服务。战略收购富瑞曼科技有限公司（Freeman Technology Ltd）和PID公司(PID Eng & Tech)，也反映公司一直致力于在粉体和催化等工业关键领域提供优化、集成的解决方案。仪器咨询：400-860-5168转0677

前言乙烯工业是石油化工业的龙头，国内现有的乙烯装置全部采用催化加氢除乙炔工艺来制备聚合级乙烯。碳二加氢催化剂技术是整个乙烯技术中的关键技术之一。卡博莱特盖罗来到中石化催化剂（北京）有限公司对高温箱式炉RHF1400进行安装并回访生产运行一部，探访卡博莱特盖罗马弗炉在石化催化剂行业的应用。 中国石化催化剂有限公司作为中国石油化工股份有限公司的全资子公司，是全球知名的炼油化工催化剂生产商、供应商、服务商。中国石化催化剂（北京）有限公司是中国石化催化剂有限公司的分公司，坐落在美丽的燕山石化，始建于1993年6月，企业已通过GB/T 19001、GB/T 24001、GB/T 28001和Q/SHS0001.1管理体系的认证。公司于2015年5月获得中关村高新技术企业认定。中石化催化剂（北京）有限公司现有4套主要生产装置。主要产品为：银催化剂、碳二碳三选择性加氢催化剂、聚烯烃助剂、芳烃溶剂。 中国石化催化剂（北京）有限公司生产运行一部于2008年和2012年分别购买了两台卡博莱特的高温箱式炉RHF1400，十年间使用状况良好，设备稳定，并于2018年底再次采购了一台卡博莱特盖罗的高温箱式炉RHF1400，6月17日销售经理叶上游先生与高级维修工程师袁石峰先生来到中石化催化剂（北京）有限公司生产运行一部，对新购买的RHF1400进行安装和培训使用。据了解，生产运行一部主要是生产碳二选择性加氢催化剂的部门，马弗炉是用于催化剂的产品检验。碳二选择加氢催化剂的载体性质非常广，马弗炉烧完之后主要检测四项指标，吸水率，强度，密度和比表面积。崔工对卡博莱特盖罗的产品质量及售后服务安装都给予了高度评价。卡博莱特盖罗的马弗炉控温精度比较高，比其他一些品牌精度高一些，样品烧结的差别比较明显。 2008年及2012年采购的卡博莱特盖罗高温箱式炉RHF1400 生产运行一部的崔工（右）与卡博莱特盖罗销售经理叶上游先生（左）合影 合成各种聚合物的乙烯单体，通常是由烃类蒸汽裂解制得。在裂解气中除了乙烯单体以外常常含有少量的乙炔等杂质，为了提高聚合物的性能，通常需要对裂解气进行精制，以使乙炔含量降至10ppm以下，最好小于5ppm。工业上一般采用催化选择性加氢的方法将乙烯原料中的乙炔除去。近年来，由于乙烯需求量的增加，大多数厂家通过改扩建装置来提高乙烯产量，导致碳二加氢单元的负荷增加，因此对乙炔加氢催化剂性能也提出了更高的要求。拥有自主知识产权的碳二选择加氢催化剂的开发并在工业装置上的成功应用，可大大减轻国内乙烯装置对国外技术的依赖，对保证我国能源与经济安全、提高乙烯工业的竞争地位有重要意义。CarboliteGero（卡博莱特盖罗）是弗尔德集团建立的专业马弗炉品牌，拥有了全系列炉类产品，加热温度从室温至3000°C，容积从3L至14000L，应用领域覆盖实验室至工业，包括各类气氛炉类产品。CarboliteGero有着灵活的方案，能为用户提供个性化的解决方案，如：航空航天领域、工程领域、材料科学、热处理、医药、生物及实验室检测等领域。卡博莱特盖罗以满足用户需求为中心，提供设备选型指导，有专业领域的工程师为全球的用户提供现场安装和调试服务。RHF系列高温箱式炉采用硅碳棒加热，有4种炉腔尺寸，每种都有3种不同最高工作温度可选（1400°C， 1500°C和1600°C）。坚固的结构和高品质加热元件保证加热速率（通常40分钟内升到1400°C）和长久的使用寿命。RHF系列高温箱式炉特点：◆ 最高工作温度1400°C，1500°C或1600°C◆ Carbolite Gero301控制器，单段程序控温，计时器功能◆ 炉腔体积3,8,15或35L◆ 阻尼式上开门（仅3L，8L型号）◆ 硅碳棒加热元件使用寿命长，能够承受间歇操作产生的应力◆ RHF系列3L和8L采用一体成型的炉底板，15L和35L采用碳化◆ 硅炉底板◆ 低蓄热量的保温材料，升温和降温迅速