调控等级孔UiO-66(Ce)中Ru纳米团簇的电子态、丰度和微环境用于高效催化双环戊二烯加氢

催化石油加工副产物双环戊二烯(DCPD)加氢得到的四氢双环戊二烯(THDCPD)是一种高能量密度燃料,在航空航天领域具有重要应用价值.传统DCPD加氢催化剂在反应中存在使用寿命短和重复使用性差等问题.金属有机框架(MOFs)作为一种周期有序多孔材料,有望成为用于DCPD加氢的新型高效催化剂.通过引入介孔或大孔来构建等级孔MOFs(HP-MOFs),可以克服微孔对DCPD等大客体分子的扩散限制,促进底物分子向HP-MOFs内部活性位点转移.此外,加入合适的金属组分(如价格相对低廉的Ru)到HP-MOFs,可以使金属的原子利用率最大化,优化活性位点的分散性和稳定性,进一步协同提升催化性能.因此,发展HP-MOFs与金属组分间异质结构的调控方法,建立构效关系至关重要.本文采用软模板法制备了HP-UiO-66(Ce),设计和构建了介孔UiO-66(Ce)负载钌纳米簇(NCs)异质材料,并用于催化DCPD加氢反应.X射线衍射(XRD)、扫描电镜、透射电镜、氮气吸脱附和DCPD加氢结果表明,与微孔和大孔UiO-66(Ce)相比,介孔UiO-66(Ce)独特的结构在催化剂制备和DCPD加氢中显示出独特的优势:(1)具有配体缺失缺陷的Ce-oxo簇促进了Ru^(3+)的有效吸附;(2)微孔框架的约束作用实现了Ru NCs的有效固定和均匀分散,抑制了Ru NCs的团聚和流失,保证了催化剂的稳定性;(3)介孔结构为DCPD和H_(2)底物分子提供了高效的传质通道,也有利于暴露更多的活性中心,促进DCPD与H_(2)底物分子的吸附和活化.此外,通过优化合成条件,可以精确控制Ru NCs活性位点的电子结构、分布和微环境.XRD和X射线光电子能谱结果表明,Ru NCs和Meso-UiO-66(Ce)之间Ru-O-Ce强异质界面的形成导致了晶格畸变,Ru@Meso-UiO-25-200中Ru^(0)和M-O占比最多,主要来源于还原处理得到的Ru NCs和Ru-O-Ce异质界面中Ru‒O键的形成,且样品中Ru0的含量与Ru^(3+)吸附温度呈反相关趋势,与样品还原温度呈正相关趋势.密度泛函理论计算结果表明,金属Ru0作为主要活性位点,极大地促进了DCPD和H2的吸附,并激活了催化剂上吸附的DCPD的C=C键,促进了DCPD两个C=C双键的“共吸附”和连续化加氢过程.因此,介孔UiO-66(Ce)和Ru NCs异质结构的构建,在低温(60℃)下仅用35 min就实现了DCPD催化加氢得到四氢双环戊二烯(THDCPD)(100%转化率和~100%选择性),且循环使用6次后性能基本保持不变,表现出较好的活性和稳定性.综上,本文通过等级孔和异质结构的构筑,证明了介孔结构在大底物分子催化反应中的结构优越性,并进一步揭示了催化剂合成条件、结构和性能之间的关系,为理性设计新型MOFs基功能材料在催化、吸附、储能等方面的应用提供新思路.

纳米催化技术课程思政设计与实践

纳米催化技术课程应用性强,思想政治元素丰富,有利于将爱国主义、家国情怀、工匠精神、辩证唯物主义,以及社会主义核心价值观等思政元素融入教学。阐述在材料化学专业教育中开展课程思政教育实施方案,突出教师榜样引领效应,改进教学方式与内容,发挥课程德育教学作用,帮助学生培养文化自信、道德价值观、工程伦理意识及创新思维。

CeO2修饰Mn-Fe-O复合材料及其NH3-SCR脱硝催化性能

氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术需要进一步研发在相对较低温度(<300℃)下具有良好催化活性、高稳定性及环境友好的脱硝催化材料。本工作采用草酸共沉淀法制备Mn-Fe-O催化材料,并对其进行不同含量CeO2修饰,用于低温NH3-SCR脱硝催化反应。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原或脱附(H2-TPR、NH3-TPD)等手段对催化剂进行了表征。催化结果表明,在相同反应条件下适量CeO2修饰后的Mn-Fe-O样品比纯Mn-Fe-O表现出更优异的NH3-SCR脱硝催化性能,在80℃时NO转化率在95%以上,且具有较高的N2选择性。CeO2修饰提高了Mn-Fe-O氧化物表面的Fe^3+、Mn^3+和Mn4+含量及表面酸性位点数量,从而有助于NH3的吸附及催化反应的进行,并且Fe^2+/Fe^3+、Mn^2+/Mn^3+/Mn^4+以及Ce^3+/Ce^4+电子对之间的相互氧化还原反应提高了催化剂的氧化还原能力及稳定性。

“新工科”背景下纳米催化技术网络教学

对纳米催化技术教学内容和网络教学、线上线下结合教学方式进行了探索,从培养具有知识面广、学科交叉科研能力、创新能力及工程应用能力强的综合型人才等方面展开探讨。该教学模式可以有效激发学生学习兴趣,培养主动学习能力和创新意识,符合培养“新工科”创新人才的要求。

SRTP与毕业设计(论文)连贯培养模式探索

针对本科毕业设计(论文)时间短要求高的现状,通过分析大学生SRTP与毕业设计(论文)分别存在的问题,提出有针对性的解决对策。建立“创新课题-论文撰写-科技竞赛-毕业设计(论文)”全链条SRTP与毕业设计(论文)连贯培养模式,全面提高大学生本科毕业设计(论文)质量和本科毕业生质量。

纳米催化技术课程研究型教学设计与实践

从纳米催化技术最新研究成果出发,探讨了通过设计教学内容、教学方式、考核方式将研究成果与基础知识融合,加深学生对基础知识及前沿的理解。纳米催化技术最新研究成果的讲述让课堂内容更加丰富,学生注意力更加集中,提高对纳米催化知识的理解能力,有利于创新型、综合型人才培养。

材料化学专业本科生创新能力培养模式的探索

实验教学是当前高校教学模式的重要方法,是培养本科生创新意识、实践能力和创造能力的重要手段。结合材料化学专业的特点,从强化科研反哺教学政策的引导、鼓励科研资源向实验教学开放、倡导不同岗位教师联合指导和带动学生参加各级奖项的申报四个方面提出了“以研哺教、以赛促学”的长效作用机制。

介孔二氧化硅基复合相变材料研究进展

相变储能技术的发展对于促进新能源开发和提高能源利用效率具有非常重要的意义.相变材料由于具有高储能密度和小体积变化等优势引起了人们的广泛关注.然而,相变材料在固–液相转变过程中易发生液体泄漏而限制了其应用.因此,人们选择用多孔支撑材料来解决相变材料的泄露问题.介孔二氧化硅材料由于具有良好的物理化学稳定性、生物相容性、阻燃性能、低毒性、耐腐蚀性、尺寸可控、表面形貌可调和高比表面积等优点,其作为载体材料能综合提高相变复合物的各方面性能并拓宽相变储能材料的应用空间.对近年来国内外关于介孔二氧化硅载体的孔尺寸、孔结构和孔表面性质对相变材料结晶行为的影响等方面进行了综合分析,并对今后提高介孔二氧化硅相变材料储能效率的研究方法的前景做了展望.

茄子衍生多孔碳负载聚乙二醇相变复合材料

以茄子为原材料,通过水热处理–后续热解法及直接热解法分别制备出两种不同的茄子衍生多孔碳材料(HBPC和BPC).以茄子衍生多孔碳材料为载体,采用真空浸渍法负载相变芯材聚乙二醇(PEG2000),制备出聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料.通过扫描电镜、拉曼光谱、压汞法、傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射仪、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试.结果表明,通过直接热解法制得的茄子衍生多孔碳材料为载体的聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料具有更好的相变储热效果,负载聚乙二醇的质量分数高达90.60%,熔融潜热为133.98 J·g^-1,达到了较好的定形相变效果及良好的循环稳定性.

软件:有效数字化广告牌背后的"大脑"

日益精密且成本逐渐下降的的显示技术使人们对下一代户内、户外广告的"数字化"充满了期待。然而运行显示网络必不可少的"大脑"是不容忽略的。下面综述了成功的数字广告系统的软件需求,以及这些系统的工作方式。

2007年显示周:显示器制造业发展的重点在于经济效益的提高及性能的扩展

在显示器制造业领域,产率和产能是两个关键指标。但是这两方面的进展如何呢?在2007年显示周中,那是大量报告和展览的重点,其中降低成本、扩展性能在显示器制造业中占据着核心位置。

衍射光激活的近眼式显示凝视追踪系统的开发

近眼显示(near-to-eye display,NED)是解决显示问题的一种方法,它显示的图像感觉上比设备本身还要大。我们已经研制出一种薄、轻、用户友好而且高效的透视式近眼显示原型机,在其表面使用了非常薄的含衍射结构的塑料光导管。为了有效地与显示用户界面互动,使用了相近的衍射光将一个基于视频的凝视追踪系统集成于近眼显示器中。

扫描体素显示器

传统的立体显示器(stereoscopic display)需要观众人为地将眼睛的焦距固定在某一个距离,不断改变左、右眼收敛点来观察不同距离的物体,因此会造成眼疲劳和不适感,也降低了图像质量。立体显示器(Volumetric display)可以克服这个问题,但仅限于一定观看距离内和一定调节能力的小物体;同时,它们也不能正确地提供闭塞信号。本文描述了一种可能的解决办法——多平面扫描体素显示器(multi-planar scanned voxel display)。

钯掺杂α-MnO_2无溶剂下催化氧化苯甲醇的性能

通过共沉淀和原位煅烧转化方法,将Pd掺杂δ-MnO_2前驱体煅烧后制备得到Pd掺杂α-MnO_2纳米棒催化材料.通过氮气物理吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、热重分析、X射线光电子能谱等技术对催化材料进行了表征.扫描电镜和透射电镜结果显示,α-MnO_2纳米棒表面没有明显的Pd纳米颗粒,表明Pd可能掺杂到α-MnO_2晶格中.纯α--MnO_2的还原温度在390℃左右,但Pd掺杂可以极大地促进α-MnO_2还原,还原温度可低至约200℃左右.研究了所制备催化剂在无溶剂条件下对于以分子氧为氧化剂选择性催化氧化苯甲醇为苯甲醛的催化性能.结果表明:在无溶剂及用纯氧气为氧化剂条件下,Pd掺杂α-MnO_2纳米棒对苯甲醇氧化显示出增强的催化活性;所掺杂的氧化态Pd物质可增强催化材料中的氧迁移率;在这些Pd掺杂α-MnO_2催化材料中,当以Pd(3%,质量分数)-MnO_2为催化剂时,在110℃反应4 h后,苯甲醇的转化率为39%,远高于同条件下以纯α-MnO_2为催化剂时18. 3%的苯甲醇转化率.

材料基因组工程:一种有前途的高性能金属有机框架研发方法

The“modular”structural features of metal–organic frameworks(MOFs),that is,inorganic nodes and organic ligands that are used as building blocks and assembled according to a certain topology,endow MOFs with an almost unlimited number of varieties.Although thousands of MOFs are synthesized every year.