理论研究Cu@C_(2)N催化剂表面上水分子对电催化CO_(2)还原反应机理的影响

电催化CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的反应途径涉及多个质子-电子对转移,在水溶剂条件下,质子的来源是水分子,考虑水分子对质子-电子对的转移机制十分必要。本研究提出水辅助氢穿梭模型,与常用的以氢原子作为氢源的直接加氢模型对比,研究水分子在CO_(2)RR中对质子-电子对转移的影响。采用密度泛函理论,系统地研究了铜原子嵌入C_(2)N单层催化剂(Cu@C_(2)N)和石墨烯作为衬底的Cu@C_(2)N/石墨烯复合催化剂(Cu@C_(2)N/G)表面上不同加氢模型的CO_(2)RR反应机理。在水辅助氢穿梭模型中,氢原子与水分子结合形成水合质子,水合质子将自身的氢原子转移到催化剂表面的反应物上形成反应中间体,增强了中间体与催化剂之间的相互作用。此外,在Cu@C_(2)N/G催化剂中,石墨烯将电子转移到表面的Cu@C_(2)N上,提高了催化剂的CO_(2)RR催化活性。进一步,计算了Cu@C_(2)N和Cu@C_(2)N/G催化剂上CO_(2)RR和析氢反应的极限电位,讨论催化剂的活性和选择性。结果表明CO_(2)在低电位下容易生成HCOOH,施加高电位时可以生成CO、CH3OH和CH4并伴随着H2的生成。

由中间相沥青制备泡沫炭:Fe(NO_3)_3的影响

以中间相沥青为前驱体制备高性能泡沫炭,在考察中间相沥青、Fe(NO3)3及其混合物热分解行为的基础上,着重研究了Fe(NO3)3对制备中间相沥青基泡沫炭的影响,揭示了Fe(NO3)3对泡沫炭孔泡结构的影响规律及其作用机制,初步研究了在泡沫炭炭化过程中形成的Fe/C之物相结构及其石墨化行为。结果表明,在不同的炭化温度下,Fe在泡沫炭中的存在形态各异;Fe物种的存在有利于提高泡沫炭的石墨化程度。

煤基富勒烯(C_(60))的制备与提纯

富勒烯是除石墨和金刚石外碳的第三种同素异构体,其代表性分子是C60和C70。大量研究成果表明,富勒烯的特殊球形空心分子结构赋予了它许多奇异的物理化学性质,在超导、非线性光学、催化剂等诸多领域显示出十分诱人的应用前景。目前,国内外主要以高纯石墨电极为原料制备富勒烯,由于煤的价格低廉且来源广泛,以煤炭为原料制备富勒烯的研究备受国外学者的关注。本文以冶金焦为原料用电弧法制备富勒烯,研究了实验操作条件及冶金焦性质与富勒烯收率间的关系。粗富勒烯以活性炭为固定相,甲苯为流动相的柱色谱分离提纯,考察了活性炭的孔隙结构及柱色谱的长度对C60纯度和收率的影响。

淀粉基碳包覆铁纳米胶囊的合成及其磁学性能

以淀粉为碳源,通过热解炭化铁/淀粉复合物,成功制备出碳包覆铁(Fe@C)纳米胶囊。在这一过程中淀粉有双重作用,既是碳源又是铁纳米颗粒的稳定剂。采用透射电镜、X射线衍射及振动样品磁强计研究了(Fe@C)纳米胶囊的结构和磁学性能。发现Fe@C纳米胶囊具有完美的铁核(bcc-Fe)/碳壳(石墨层片)包覆结构,其尺寸介于30nm^40nm之间;Fe@C纳米胶囊在室温下有低的剩磁比(Mr/Ms=0.11),表明它在室温下具有超顺磁性。

由二种烟煤制备碳纳米管的探索性研究

以一种中国烟煤和一种新西兰烟煤为原料 ,采用电弧等离子体法制备碳纳米管。碳纳米管及其副产物富勒烯烟灰的表征采用扫描电镜 (SEM)和红外光谱 (FT IR)等技术。结果表明 :电弧放电时的缓冲气体压力对碳纳米管的产率影响很大 ;在一定的缓冲气压下电极间电流和电极间距各存在一最佳值。在He气压力为 0 .0 6 6 5MPa、工作电流为 40A条件下进行电弧放电 ,阴极上棒状沉积物的内芯中碳纳米管含量高达 75 %以上。基于实验结果 。

煤基富勒烯的制备研究

以 1 4种国产煤为原料 ,用电弧等离子体蒸发法制备富勒烯 .富勒烯产品的表征采用质谱、紫外光谱、红外光谱及高压液相色谱技术 .考察了煤样的基础性质对富勒烯产率的影响 .结果表明 ,由实验所用煤种均可制得富勒烯 ;原料煤本身的化学结构和组成影响富勒烯的产率和分布 ;由某些煤得到的富勒烯中 ,C70 的含量较之以石墨电极为原料时的含量要高得多 .

柱色谱分离提纯富勒烯 C_(60)/C_(70) 的初步研究

以活性炭和硅胶的混合物为固定相、以甲苯为流动相的常压柱色谱法分离提纯煤基富勒烯，考察了活性炭的性质及色谱柱长度对纯Ｃ６０收率的影响，并与分步结晶法进行了比较．结果表明：纯Ｃ６０的收率随活性炭碘值的增大而减小，但随活性炭ｐＨ值的增大而增加；对富勒烯的分离提纯而言，柱色谱的高径比存在一个最佳值；在毫克级分离量水平上，柱色谱法在Ｃ６０的收率和纯度两方面明显优于分步结晶法．

煤基单壁纳米炭管的制备

采用电弧等离子体技术 ,以铁粉、镍粉或La Ni混合物为催化剂 ,由中国煤成功地制备出单壁纳米炭管 .综合运用扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM )、能量散射探针 (EDX)及激光拉曼光谱等技术对所制得的单壁纳米炭管进行分析表征 ,发现得到的单壁纳米炭管具有较高的纯度 ;所制得的煤基单壁纳米炭管的直径与所使用的催化剂有关 ,以铁粉为催化剂时 ,单壁炭管的直径处于 1 2～ 2 2nm之间 ,而以镍粉或La Ni混合物为催化剂时得到单壁炭管的直径相近 ,处于 1 2 6～ 1 5 0nm之间 ;与单壁炭管伴生的其他杂质是少量的碳包纳米金属颗粒和微量的源于原料煤中矿物质的Al。

生物基碳包覆纳米材料(Mn,Co)的制备

提出了一种制备碳包覆纳米材料的新方法.以生物蛋白为前驱体材料,蛋白质肽链构成的空心结构作为合成碳包覆纳米材料的模板反应器;在热处理时,蛋白肽链发生分解,残留的碳作为碳源形成富勒烯类空心纳米材料的壳体,并将填充在蛋白质空心结构内部的金属材料包覆起来.以此技术制备了铁磁性金属锰和钴的碳包覆纳米级材料,初步验证是可行的.讨论了蛋白的矿化组装和蛋白的炭化反应机理.

煤的水蒸气等离子体气化研究现状和前景

煤炭气化是实现煤炭洁净利用的一条有效途径 .在简要介绍常规煤炭气化技术之优缺点和等离子体技术之特征的基础上 ,评述了国内外煤炭等离子体气化技术的现状和进展 。

由脱灰煤制备富勒烯

以 3种高变质程度的中国煤为原料 ,用电弧等离子体蒸发法制备富勒烯 .富勒烯产品的表征采用质谱、紫外光谱和红外光谱等技术 .采用碱法脱灰技术对 3种煤进行脱灰处理 ,考察了脱灰前后煤样的灰分和相应炭棒中碳含量对富勒烯产率的影响 .结果表明 ,由实验所用煤种均可制得富勒烯 .原料煤本身的化学结构和组成对富勒烯的产率有明显影响 ,表现为富勒烯的产率随炭棒中碳含量的增加而增大 .煤中的矿物质对富勒烯的形成有很强的抑制作用 ,表现为富勒烯的产率随原料煤中灰分的增加而降低 。

几种年轻煤在氮热等离子体中的热解

研究了几种中国年轻煤在氮电弧热等离子体中的热解行为,考察了煤的基本性质、煤的粒度及加煤速率等条件对煤热解特性的影响.结果发现,煤在氮等离子体条件下热解所得气体产物中的主要成分是氢、乙炔、一氧化碳和丙炔腈,此外还有甲烷和乙烯等小分子烃.乙炔的收率随煤种的不同和操作条件的变化而波动.煤中的挥发分含量愈高、加煤速率愈低,乙炔收率则愈高.其中扎赉诺尔褐煤的乙炔收率最高可达22.3%(以煤中碳为基准);原料煤在氮等离子体中热解后,除部分芳香C—C键得以保留外,煤有机结构中的外围官能团全部消失,同时在热解半焦中有新的氮基官能团(如—C(?)N)引入.

由冶金焦制备富勒烯的研究

以冶金焦为原料用电弧法制备富勒烯，所得烟灰用甲苯索氏萃取。用质谱、高压液相色谱和紫外光谱技术表征富勒烯产品。研究了实验操作条件及冶金焦性质与富勒烯产率间的关系。结果表明，粗富勒烯的产率及组成与冶金焦的挥发分密切相关；冶金焦的挥发分愈高，粗富勒烯的产率愈低。适宜的实验操作条件为：直流电流８０Ａ，反应器内氦气压力为２０ｋＰａ。

高性能煤基炭材料的研究现状与发展前景

炭素材材料具有许多特性，随着工业技术的发展，它的地位将越来越重要。以煤为原料制备高性能炭素材料已引起人们的普遍关注并具有十分乐观的潜在发展前途，这一领域的研究与开发工作将使煤化学、煤化工研究在高技术开发中占有一席这地。依据有关文献资料，结合作者的研究结果，重点介绍煤基高性能炭素材料：炭分子筛、分子筛炭膜、富勒烯及缩合多环芳烃树脂的研究现状与发展动态。

1-辛烯在Co/CNTs催化剂上的氢甲酰化研究:钌的促进作用

采用等体积浸渍法制备了碳纳米管负载的钴及钴-钌双金属催化剂,并以1-辛烯的氢甲酰化反应为探针,研究了所制催化剂的催化性能;用TEM、XRD、TPR、TG技术对催化剂的形貌、物相结构、还原行为和热稳定性进行了研究。结果表明,金属钌能够促进金属钴在碳纳米管上的均匀担载,并有助于金属钴的还原,降低了催化剂的还原温度。1-辛烯的氢甲酰化反应结果表明,少量钌的加入,可明显提高反应的转化率和C9-醛的选择性;在双金属催化剂中,金属催化剂的粒径更小,分布更均匀,钌的加入对钴金属催化剂有促进作用。

几种烃化合物在氮热等离子体中的热解

研究了数种烃包括液态苯和甲苯以及气态的甲烷、乙烯及乙炔在氮热等离子体中的热解行为。结果发现，所有烃化合物在氮等离子体中均发生了强烈的分解反应，生成大量炭黑和气体。气体产物中的主要成分是氢、乙炔和丙炔腈，在液态烃苯和甲苯的热解产物中还含有甲烷及乙烯等小分子烃。乙炔的浓度与丙炔腈的含量有关。丙炔腈的含量高时，乙炔的浓度低，反之亦然。所制得的炭黑颗粒细小，粒度分布范围较窄，具有较强的吸附性能，其碘值为１４０～１８０ｍｇ／ｇ。用红外光谱研究了炭黑的表面结构，发现此类炭黑中存在芳香Ｃ－Ｃ键及大量氮基官能团，如＝ＮＨ、－ＣＮ等。

中国一些煤的表面积变化规律

用经典的静态重量法和色谱法,分别以CO_2和N_2为吸附质,研究了28种不同煤化度煤的表面积。结果发现,随煤化度增加,煤的N_2表面积与CO_2表面积的变化曲线均呈凹状,在C_(daf)=85%左右、V_(daf)=30%左右出现最小值;煤的N_2表面积的变化范围为1.63—13.30m.2·g^(-1),CO_2表面积的变化范围为25—332m^2·g^(-1);用DR方程、BET方程和Langmuir方程分别关联煤的CO_2吸附等温线计算出的煤表面积S_(DR)、S_(BET)和S_(Lang).有较大差异,但它们之间存在良好的线性关系: S_(DR)=-14.06+2.11S_(BET) S_(DR)=18.06+1.88S_(Lang)

碳沉积法制空分用炭分子筛的研究

用碳沉积法对空分用炭分子筛的孔隙结构进行了调整。首先用煤焦油馏分油的有机溶液浸渍原料炭分子筛；然后在氮气保护下进行热处理，使吸附的烃类分子热裂解积碳从而实现炭分子筛孔隙结构的调变。研究了碳沉积条件对炭分子筛的空分性能、微孔孔容及对Ｏ＿２、Ｎ＿２气体在炭分子筛中扩散的影响，结果发现，碳沉积减少了炭分子筛中孔径大于０．４０ｎｍ的微孔数量，降低了Ｏ＿２、Ｎ＿２分子在炭分子筛中的扩散速度；在最佳工艺条件下制得的炭分子筛的空分性能与国外同类产品相当。

褐煤快速炭化活化法生产活性炭研究

用落下床辐射炉，以Ｋ２ＣＯ３为催化剂，探讨了黄县褐煤在水蒸汽介质中催化快 速炭化生产活性炭的可能性。结果表明：实验中所得活性炭的孔隙结构指标和吸附性 能指标已达到或接近某些市售活性炭的水平：这是一条由褐煤生产活性炭的新途径。

由灵武煤新法干馏半焦制备炭分子筛的研究

以灵武不粘煤的固体热载体新法干馏半焦为原料，综合使用碳化法和碳沉积法进行了空分富氮用炭分子筛的制备研究，考察了碳化和碳沉积工艺条件对产品空分性能的影响，并用ＦＴＩＲ和ＸＲＤ技术对产品炭分子筛进行了表征。结果表明，灵武煤的新法干馏半焦是制备炭分子筛的优良原料；在最佳工艺条件下制得的炭分子筛的空分性能可与进口的同类产品相媲美；炭分子筛是典型的无定形炭，其表面含氧官能团主要是Ｃ－Ｏ键和Ｃ＝Ｏ键。