Carbons and Carbon Supported Catalysts in Hydroprocessing pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Furimsky, Edward

出品人:

页数:174

译者:

出版时间:2008-6

价格:$ 180.80

装帧:

isbn号码:9780854041435

丛书系列:

图书标签:

Hydroprocessing
Catalysis
Carbon Materials
Supported Catalysts
Petroleum Refining
Chemical Engineering
Energy
Nanomaterials
Adsorption
Reaction Kinetics

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具体描述

Carbon materials have, in recent years, been attracting attention as potential supports in heterogeneous catalysis. In 2006, the number of articles dealing with various types of catalysts supported on carbon approached 1000, however only a fraction of those were devoted to hydroprocessing catalysts, despite the fact that interest in carbons as supports for hydroprocessing catalysts began more than two decades ago. This unique book is a comprehensive summary of recent research in the field and covers all areas of carbons and carbon materials. The potential application of carbon supports, particularly those of carbon black (CB) and activated carbon (AC) in hydroprocessing catalysis are covered extensively in the book. Novel carbon materials such as carbon fibers and carbon nano tubes (CNT) are also covered, including the more recent developments in the use of fullerenes in hydroprocessing applications - an area with little published research. Although the primary focus of this book is on carbons and carbon supported catalysts, it also identifies the difference in the effect of carbon supports compared with the oxidic supports, particularly that of y-AL2O3. Although many books claim to have the same objective, this publication is unique as the difference in catalyst activity and stability was estimated using both model compounds and real feeds under variable conditions. The conditions applied during the preparation of carbon supported catalysts are also comprehensively covered and include various methods of pretreatment of carbon supports to enhance catalyst performance. The model compounds results consistently show higher hydrodesulfurization and hydrodeoxygenation activities of carbon supported catalysts than that of the y-Al2O3 supported catalysts. Also, the deactivation of the former catalysts by coke deposition was much less evident. Importantly, in this book, most of the model compounds studies on hydrodesulfurization and hydrodeoxygenation were conducted in the absence of nitrogen compounds, as the poisoning effects of such compounds on hydroprocessing reactions are well known. Non-conventional metals (e.g., Pt, Pd, Ru, Rh, Re and Ir) supported on carbon supports are also studied in this book as catalysts for hydroprocessing of model feeds and real feeds. The book shows that these catalysts are much more active than conventional metals containing catalysts however the high cost of these metals prevents commercial utilization of these catalysts. Kinetics of hydroprocessing reactions, as well as kinetics of deactivation over carbon supported catalysts are also investigated under a wide range of experimental conditions and the y-Al2O3 supported catalysts have been included for comparison. This book, unique in its field, indicates the future potential of carbon supported catalysts during hydroprocessing, particularly in deep hydrodesulfurization and hydrodemetallization.

能源转型中的催化剂：绿色氢能与二氧化碳捕获利用的视角前言随着全球对气候变化问题的日益关注，以及对可持续能源未来的迫切需求，能源体系的根本性变革势在必行。传统化石燃料的依赖不仅带来了环境污染，更是加剧了温室气体排放，威胁着地球生态系统的稳定。在这一转型过程中，绿色氢能作为一种清洁、高效的能源载体，以及二氧化碳捕获与利用（CCUS）技术，作为缓解气候变化的关键策略，正吸引着前所未有的目光。而在这两大关键领域的核心驱动力，便是高性能的催化剂。本书并非聚焦于“Carbons and Carbon Supported Catalysts in Hydroprocessing”这一特定主题，而是将视角投向更广阔的能源未来，深入探讨在绿色氢能的生产、储存、运输和应用，以及二氧化碳的捕获、转化和资源化利用两大前沿领域中，催化剂所扮演的关键角色，以及新兴的材料科学和工程技术如何赋能这些变革。我们将从理论基础出发，结合前沿的实验研究和工业应用案例，揭示催化剂设计、制备、表征与性能优化的复杂而迷人的世界，为读者呈现一幅关于未来能源催化科学的宏伟图景。第一章：绿色氢能的催化图景绿色氢能，即通过可再生能源（如太阳能、风能）电解水产生的氢气，被誉为“终极清洁能源”。然而，实现其大规模、经济高效的生产和应用，离不开催化剂的突破。 1.1 水电解制氢：从贵金属到非贵金属催化剂的演进 1.1.1 析氧反应（OER）与析氢反应（HER）的催化挑战：详细分析水电解过程中，阳极的析氧反应和阴极的析氢反应的机理、能量损失以及催化剂面临的挑战。重点阐述提高反应动力学、降低过电位、增强稳定性的重要性。 1.1.2 贵金属催化剂的局限性与发展趋势：探讨铂、铱、钌等贵金属催化剂在HER和OER中的优异性能，但同时分析其高昂成本、资源稀缺性以及在恶劣反应环境下的稳定性问题。展望未来，降低贵金属用量、开发高效的核壳结构、合金化催化剂等策略。 1.1.3 非贵金属催化剂的崛起：深入剖析过渡金属氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及碳基材料（如金属有机框架MOFs、共价有机框架COFs及其衍生物）等非贵金属催化剂的结构、性能和机理。重点关注其在成本效益和可持续性方面的优势。 1.1.4 碱性与酸性水电解的催化剂设计考量：区分碱性水电解（AEM）和酸性水电解（PEM）对催化剂材料的要求差异，例如在腐蚀性环境下的稳定性、离子传导性等，并探讨针对不同体系的催化剂设计策略。 1.1.5 界面工程与多相催化：探讨通过调控催化剂与电解质的界面性质，以及设计多相催化体系，来优化电荷转移、传质过程，从而提高催化效率。 1.2 氢能储存与运输的催化解决方案 1.2.1 固态储氢材料的催化活化：介绍金属氢化物、硼氢化物、氨基烷烃等固态储氢材料，重点讨论在吸放氢过程中，如何利用催化剂（如稀土金属、过渡金属配合物）降低活化能，提高反应速率和可逆性。 1.2.2 液态有机氢载体（LOHC）的催化脱氢：讲解LOHC技术，分析芳香烃（如苯）加氢脱氢过程中催化剂（如Pt/C, Ru/C, Ni基催化剂）的性能要求，包括选择性、活性和稳定性。 1.2.3 氨分解制氢催化剂：介绍氨作为氢载体的潜力，以及氨分解制氢的关键催化剂（如Fe基、Ru基催化剂），并讨论其在反应温度、产氢效率方面的优化。 1.3 氢能在交通与工业领域的催化应用 1.3.1 燃料电池催化剂：详细阐述质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等不同类型燃料电池中，阴极氧还原反应（ORR）和阳极氢氧化反应（HOR）的催化剂。重点关注Pt基催化剂的性能提升、非Pt基催化剂的开发以及电催化剂在稳定性、耐久性方面的挑战。 1.3.2 氢能在化工合成中的催化应用：探讨绿色氢能在合成氨、甲醇等重要化工产品中的催化过程，以及如何通过优化催化剂提升反应的选择性和能效。第二章：二氧化碳捕获、转化与利用（CCUS）的催化前沿二氧化碳作为主要的温室气体，其减排与资源化利用是应对气候变化的关键。催化剂在CCUS链条的各个环节都发挥着至关重要的作用。 2.1 二氧化碳捕获技术中的催化促进 2.1.1 吸附材料的性能优化：探讨在胺基吸附剂、金属有机框架（MOFs）、沸石等CO2吸附材料的设计中，如何通过引入催化活性位点或优化表面性质，来提高CO2的吸附容量、选择性和解吸速率，从而降低能耗。 2.1.2 膜分离技术的催化辅助：分析在CO2分离膜材料中，如何通过引入催化基团或纳米颗粒，来增强CO2的渗透性或选择性。 2.2 二氧化碳转化为高附加值化学品 2.2.1 CO2加氢制化学品：深入研究CO2加氢制甲醇、甲烷（Sabatier反应）、烯烃（Fischer-Tropsch合成）、脂肪酸甲酯等重要化学品。重点分析催化剂（如Cu/ZnO/Al2O3, Ru/C, Ni-based catalysts）的设计原则、反应机理、活性中心以及选择性调控。 2.2.2 CO2电催化转化：介绍CO2电化学还原制CO、甲酸、乙烯、乙醇等产物的过程。探讨电催化剂（如Cu, Ag, Au, Sn, Bi基催化剂）的活性、选择性、电流密度以及电解池的设计。 2.2.3 CO2光催化转化：探讨利用光能驱动CO2转化为燃料或化学品。分析半导体光催化剂（如TiO2, g-C3N4, MOFs）的制备、改性以及与助催化剂的协同作用。 2.2.4 CO2与环氧化物环加成制碳酸酯：介绍CO2与环氧化物反应制备聚碳酸酯的催化过程，重点关注相转移催化剂、金属配合物等催化剂的效率和环境友好性。 2.2.5 CO2转化为合成气：研究CO2重整（与CH4或生物质）制合成气（CO+H2）的催化过程，分析催化剂（如Ni-based, noble metal-based catalysts）的抗积碳能力和稳定性。 2.3 二氧化碳在碳中和燃料领域的应用 2.3.1 CO2加氢制甲醇燃料：详细分析CO2加氢制甲醇作为燃料的应用前景，以及对催化剂活性、选择性和耐久性的要求。 2.3.2 CO2转化为合成燃料（e-fuels）：探讨通过CO2加氢制合成甲烷、合成柴油、合成航空燃料等，实现碳循环的潜力。分析相关催化过程（如Fischer-Tropsch合成）中的催化剂设计。第三章：新型催化材料与先进表征技术催化剂的性能提升离不开新型材料的开发和先进表征技术的支持。 3.1 纳米结构催化剂的设计与制备 3.1.1 单原子催化剂（SACs）：深入探讨单原子分散在载体上的催化剂，其极高的原子利用率和独特的催化性能，以及在HER、OER、CO2加氢等反应中的应用。 3.1.2 纳米颗粒催化剂的尺寸与形貌控制：分析纳米催化剂尺寸、形貌（如纳米线、纳米片、纳米立方体）对其催化活性的影响，以及可控合成方法。 3.1.3 多金属与合金催化剂：介绍通过合金化、复合化等方式，设计具有协同效应的多金属催化剂，以实现性能的飞跃。 3.2 碳材料作为催化剂载体与活性组分 3.2.1 碳纳米管、石墨烯及其衍生物：探讨碳纳米材料的优异导电性、大比表面积和可修饰性，使其成为理想的催化剂载体和活性组分。 3.2.2 多孔碳材料：分析具有规整孔道结构的碳材料在提高催化剂分散性和传质效率方面的优势。 3.2.3 氮掺杂、硫掺杂等功能化碳材料：介绍通过掺杂元素，赋予碳材料独特的电子结构和催化活性。 3.3 计算模拟与理论计算在催化设计中的应用 3.3.1 密度泛函理论（DFT）计算：阐述DFT计算在预测催化剂表面吸附能、反应能垒、活性中心等方面的作用，指导催化剂的设计与优化。 3.3.2 机器学习（ML）与人工智能（AI）在催化研究中的潜力：探讨如何利用大数据和先进算法，加速新型催化剂的发现和性能预测。 3.4 先进的催化剂表征技术 3.4.1 原位/准原位表征技术：强调在反应条件下对催化剂进行实时监测的重要性，例如原位X射线光电子能谱（XPS）、原位红外光谱（IR）、原位拉曼光谱等。 3.4.2 高分辨率显微技术：介绍透射电子显微镜（TEM）、扫描隧道显微镜（STM）等技术在揭示催化剂微观结构和活性位点方面的作用。 3.4.3 谱学技术：深入分析X射线衍射（XRD）、X射线吸收光谱（XAS）、核磁共振（NMR）等技术在确定催化剂组成、结构和电子态方面的应用。结论绿色氢能和二氧化碳捕获利用是实现全球碳中和目标的两大关键支柱。本书从催化剂的角度出发，深入剖析了这些领域面临的技术挑战与前沿进展。从水电解的电催化剂，到CO2转化的高效催化剂，再到新型材料的设计与表征，催化科学的进步正以前所未有的速度推动着能源革命。我们相信，通过跨学科的合作和不懈的探索，催化剂必将在构建一个可持续、低碳的未来能源体系中发挥更加核心的作用。本书旨在为相关领域的科研人员、工程师以及对能源技术感兴趣的读者，提供一个全面、深入的视角，激发新的思考与创新。