CeO_(2)改性CuO纳米棒协同促进电催化还原CO_(2)制乙烯

随着社会经济发展及人类活动扩大,大气中CO_(2)的浓度日益增加,且带来诸多环境污染问题.因此开发高效、可持续的CO_(2)转化方法至关重要.本文基于电催化反应机理,制备了一系列CuO/CeO_(2)纳米棒复合材料,以促进二氧化碳高选择性还原为C2H_(4).结果表明,经过优化后的CuO/CeO_(2)-2(molCeO_(2):mol_(CuO)=2%)电催化剂在电流密度达到20mA/cm^(2)时,所需电位最低(-0.99V vs.RHE),且对乙烯具有最高的选择性,在电压为-1.08V vs.RHE时,法拉第效率高达46%.此优势可能与大的表面积、更粗糙的表面以及CuO和CeO_(2)之间的协同效应有关,有效提高了反应活性位点和电子转移效率.本研究将为设计和优化CuO基复合材料以实现CO_(2)的高效转化提供理论指导.

新型α-MoO_(3)/CuO复合材料电化学性能及其结构

研究了α-MoO_(3)材料和α-MoO_(3)/CuO新型复合材料的电化学性能及其结构,结果表明:α-MoO_(3)/CuO复合材料电化学性能优于α-MoO_(3)材料,在扫速10 mV·s^(-1)的条件下,α-MoO_(3)/CuO和α-MoO_(3)比电容分别为3.41和1.58 F·g^(-1),α-MoO_(3)/CuO的比电容是α-MoO_(3)的2.16倍;α-MoO_(3)/CuO在高频范围内具备良好的离子响应,有较好的导电性能;α-MoO_(3)/CuO在1、2、3 A·g^(-1)的电流密度下的电容量分别为125.48、55.50、28.32 F·g^(-1),α-MoO_(3)的电容量分别为55.64、22.31、10.75 F·g^(-1);SEM结果显示CuO颗粒比较均匀地分布在α-MoO_(3)上;XRD测试结果表明复合材料结构中存在α-MoO_(3)和CuO。

基于p-n异质结CuO/TiO_(2)复合物高效的载流子分离能力构建超灵敏AFP光电化学分析

将TiO_(2)纳米粒子与Cu(pta)MOFs复合,通过高温煅烧策略制得CuO/TiO_(2)复合物.在最优实验条件下,基于复合物对可见光更强的吸收利用效率,CuO/TiO_(2)修饰的ITO电极展现出显著的光电化学(PEC)响应信号,其光电流值(59.4μA)分别是单组分TiO_(2)和CuO粒子的15.5和7.4倍.线性扫描伏安法(LSV)测试结果证实CuO/TiO_(2)/ITO电极比CuO和TiO_(2)材料具有更大的LSV响应强度.这可归因于获得的薄片层状CuO粒子及其兼有的多孔隙特征促进了光的多重散射/反射效应,同时CuO/TiO_(2)复合材料具有的典型p-n异质结构(能级带隙匹配)大幅促进了光生电荷载流子(e^(-)/h^(+))的分离与转移.选用戊二醛(GA)作为交联手臂分子,通过温和的醛胺反应将壳聚糖(CS)和anti-AFP抗体组装于CuO/TiO_(2)/ITO电极表面,再用牛血清蛋白(BSA)封闭活性位点,构建出PEC传感平台(BSA/anti-AFP/GA-CS/CuO/TiO_(2)/ITO),实现了对不同浓度甲胎蛋白(AFP)的高灵敏检测(检出限达到2.63×10^(-4) ng/mL).制备的传感电极同时展示出良好的稳定性和选择性.

CuO/MXene的制备及NO_(2)的气敏性能

为了提升氧化铜(CuO)基气体传感器的传感性能,成功地采用水热法合成了CuO纳米材料并使用乙醇分散制样法合成了CuO/MXene复合纳米材料。通过实验分析和测试了其在不同温度下对低浓度NO_(2)的响应。结果表明,在掺杂MXene之后,传感器的性能得到了提升,且该传感器的最佳工作温度为110℃。在110℃下对低浓度的NO2响应迅速,其响应时间为10 s。经过测试发现该传感器具有优异的稳定性和特异性。

CuO掺杂C_(3)N对C_(5)F_(10)O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮(C_(5)F_(10)O)作为可替代SF_(6)的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中.当绝缘设备内部发生局部放电等故障时,C_(5)F_(10)O会分解产生弱绝缘性的CF_(4)、C_(2)F_(6)以及剧毒的CF_(2)O、HF等有害组分,为保证绝缘设备的安全运行,需有选择地通过吸附去除这些分解组分.新型类石墨烯C_(3)N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C_(3)N对主要分解组分CF_(4)、C_(2)F_(6)及剧毒产物CF_(2)O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间.结果表明,CuO-C_(3)N对HF表现出良好的吸附性,CF_(2)O次之,但其无法吸附CF_(4)与C_(2)F_(6),因此CuO-C_(3)N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C_(5)F_(10)O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.

Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料的制备及其电催化还原CO_(2)性能研究

采用沉淀法-水热法合成了电催化Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料.利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等方法对样品的结构和形貌进行了研究.用电化学测试方法对材料电催化性能进行研究,用气相色谱和核磁共振氢谱对产物进行分析.电催化实验结果表明,Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料的电催化性能及对甲酸盐的选择性远高于Bi_(2)O_(3)和CuO.其中比例为1∶1的Bi_(2)O_(3)-CuO复合材料性能最好,在-1.2 V vs.RHE的电位下,甲酸盐的法拉第效率为90.3%,电流密度为20 mA/cm^(2),测试10 h保持稳定.

聚合物基Al/CuO纳米铝热剂的制备及表征

为研究聚合物基铝热剂的性能,制备了以GAP-ETPE和F2311作为黏结剂的Al/CuO纳米铝热剂。然后利用油墨直写技术(DIW)配制出固含量高达80%的含能油墨GAP/F2311-MICs(GF-MICs),在此基础上加入高氯酸铵(AP),探索AP/GF-MICs模型推进剂的可打印性,并研究了AP含量对于AP/GF-MICs模型推进剂燃烧性能的影响规律;采用FTIR方法测试了混合黏结剂的相容性和稳定性,通过TG-DSC和静态拉伸研究了GF-MICs纳米铝热剂的热性能,并测试了其流变性和聚合物的力学性能。结果表明,GAP-ETPE与F2311质量比为1∶4时,混合黏结剂的相容性、稳定性和力学性能最好;纳米Al/CuO的加入使得F2311和GAP-ETPE的热分解温度分别提前89.0℃和32.9℃;随着模型推进剂中Al/CuO含量的增加,AP高温分解温度最高提前101.58℃,预先点火反应提前29.68℃,放热量提升135%;GF-MICs能够很好地提高模型推进剂的反应活性和燃烧速率,且当模型推进剂中Al/CuO质量分数由10%增至40%时,到达P max时间缩短了71%,平均燃烧速率提升了293%。

CuO/CN催化过一硫酸盐降解四环素性能及机理研究

利用室温合成和高温热解法制备了不同负载量的CuO/CN非均相催化剂,用于活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC)。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线荧光光谱仪(EDS)、X射线粉末衍射仪(XRD)等表征仪器对材料进行了详细表征,评价了Cu O/CN材料的表面形貌和物质状态。结果表明,铜以Cu O的形式均匀地负载在CN上,并对PMS降解四环素表现出高效的催化性能。在四环素初始质量浓度为20 mg/L、p H=5.5、PMS浓度为0.3 mmol/L、2.5%Cu O/CN投加量为0.2 g/L的条件下,处理120 min后TC降解率达93.72%。采用猝灭实验和电子自旋共振(EPR)技术分析降解过程的活性物质,结果表明^(1)O_(2)是TC降解过程的主要活性物种。催化剂历经5次循环实验后,TC降解率仍能够达到86.39%,表明催化剂具有较好的稳定性和重复使用性。因此,CuO/CN在催化PMS降解TC等抗生素方面具有良好的应用前景。

基于ZnO/CuO敏感电极的NO_(2)传感器性能

二氧化氮(NO_(2))是最常见的空气污染物之一,主要来源于化石燃料的燃烧,需要研制性能优良的NO_(2)气体传感器来对其体积分数进行实时监测。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质、ZnO/CuO为敏感电极,制备了阻抗型NO_(2)传感器。采用分步浸渍法将敏感材料原位引入到YSZ多孔骨架中,通过调整敏感材料ZnO/CuO摩尔比来优化传感器的敏感性能。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的组成和微观结构进行了表征。结果表明,ZnO/CuO颗粒均匀分散在YSZ多孔层中。以相角(Θ)作为响应信号来评价传感器敏感性能。实验结果表明,与单一氧化物ZnO相比,ZnO和CuO摩尔比为8∶2制备的传感器对NO_(2)气体具有更好的敏感性能。在400~500℃,Θ响应值与5×10^(-5)~5×10^(-4)NO_(2)体积分数呈良好的线性关系。450℃时,传感器有最低检测下限5×10^(-5)。此外,该传感器表现出最大响应值(5×10^(-4)NO_(2)的Θ响应值为18°)、最佳灵敏度(0.039°/10^(-6))、良好的稳定性以及对其他气体的抗干扰能力。

金属负载量对CuO/NiO-CeO_(2)催化CO-Prox性能的影响

为深度去除富氢气中的CO,制备CO-Prox催化性能较好的催化剂是目前的研究热点。采用分步浸渍法制备了CuO/NiO-CeO_(2)催化剂,通过XRD、BET、H_(2)-TPR、HR-TEM等手段对催化剂进行表征,探究了金属Cu+Ni的负载量(金属负载量)对催化剂结构、还原性能及其CO-Prox性能的影响。结果表明,CuO/NiO-CeO_(2)催化剂中均形成了Cu/Ni-O-Ce固溶体;催化活性主要与高度分散在载体表面的Cu物种和固溶体的浓度有关;当金属负载量为8%时,高度分散在载体表面的Cu物种和固溶体的浓度较高,催化剂表现出较好的催化活性;在CO/H_(2)/CO_(2)/O_(2)/Ar气氛下、反应温度为130℃、氧过量系数为1.2、质量空速为20266 mL/(g·h)的条件下,CO转化率为95.9%,CO氧化选择性为86.3%。

CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂的制备及其脱除石灰窑尾气CO的性能

采用分步浸渍法制备了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂。通过XRD,SEM,TEM,Raman,H_(2)-TPR等方法对催化剂的结构进行表征,并将CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)应用于石灰窑尾气处理中,考察了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)的CO催化氧化效果及使用寿命。实验结果表明,在气体流量为1 m^(3)/h,150℃条件下,CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)脱除石灰窑尾气(2%(φ)CO,2%(φ)O_(2),35%(φ)CO_(2)及N2)时,可实现超350 h的稳定运行,且稳定运行后催化剂的结构并未被破坏。

富H_(2)/CO_(2)气氛下CuO-NiO/CeO_(2)催化CO-PROX性能的研究

采用分步浸渍法制备CuO-NiO/CeO_(2)催化剂,通过XRD、BET、H_(2)-TPR、Raman和XPS手段对催化剂进行表征,探究NiO-CeO_(2)前驱体焙烧温度对催化剂物化性质及富H_(2)/CO_(2)气氛下CO选择性氧化性能的影响。结果表明,前驱体焙烧温度主要影响催化剂的还原性能和氧空位的含量。当焙烧温度为500℃时,催化剂中氧空位的含量较高,其催化性能较好。在反应温度为130℃,氧过量系数为1.2,空速为20266 mL/(g·h)时,CO转化率为95.9%,CO氧化选择性为86.3%。

CuO掺量对ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃结构与热性能的影响

为了降低硼酸盐无铅封接玻璃的软化温度,研究了CuO掺量(0~15%,质量分数,下同)对40ZnO-30B_(2)O_(3)-30Bi_(2)O_(3)玻璃结构及热性能的影响。结果表明,在950℃保温2 h的熔制工艺条件下,试验组成范围内均能形成均质玻璃。随着CuO掺量增加,ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃中的[BO_(3)]/[BO_(4)]结构单元比例先增大后减小,在CuO掺量为8%时达到最大值,此时[BO_(3)]结构单元含量相对较多。当CuO掺量进一步增加,部分[BO_(3)]逐渐向[BO_(4)]转变。此外,随CuO掺量增加,玻璃化转变温度及析晶温度逐渐降低,在400~850℃范围质量损失速率逐渐减小,但15%高掺量时呈现质量增加的趋势。玻璃的平均线热膨胀系数(25~450℃)随CuO增多无明显变化,保持在7.10×10^(-6)℃^(-1)左右。玻璃的软化温度和半球温度呈先降低后升高的趋势,当CuO掺量为8%时,软化温度和半球温度最低。

CuO材料在锂电池及气敏材料以及催化中的晶面、结构、形貌效应

氧化铜(CuO)材料广泛应用于锂电池、气敏材料和催化等领域,是极具前景的新型功能材料。但是对其构效关系的内在本质和作用机制仍然未达成统一认识,制约了新型CuO功能材料的研发。从晶面、微观结构和微观形貌这样不同尺度的视角分析了CuO纳米材料在锂电池、气敏材料和催化中的构效关系,展望了其构效关系研究的挑战和发展方向。

CuO催化拜尔液中有机物的降解

本研究采用以O_(2)为氧化剂、CuO为催化剂的催化湿法氧化技术去除拜尔液中的有机物。首先,在O_(2)添加量为13.98 g/L、氧化温度为220℃、氧化时间为100 min、不添加CuO的条件下,总有机碳、腐植酸钠和草酸钠的去除率分别为86.59%、92.96%和71.36%。在此基础上,研究了O_(2)氧化拜尔液中有机物的自由基链式反应机理。然后,在CuO添加量为6%、O_(2)添加量为13.98 g/L、催化温度为250℃、催化时间为100 min的最佳条件下,总有机碳去除率为98.36%,腐植酸钠和草酸钠基本能够被全部去除。CuO形成的铜羟基络合物([Cu(Ⅱ)(OH)_x]~(2-x))基于络合反应机理是催化有机物降解的主要原因,溶解的CuO直接催化的自由基链式反应是第二个原因。催化湿法氧化技术能够有效去除拜尔液中的有机物,尤其是对氧化铝生产危害较大的草酸钠。

泡沫镍负载CuO纳米花的构筑及电化学硝酸根还原制氨的性能

电化学硝酸根还原制氨(Nitrate reduction to ammonia, NRA)是以硝酸根和水分别作为氮和氢的来源,采用电化学的途径实现室温下氨的绿色合成兼去除水中硝酸盐污染物,对缓解能源危机和环境问题具有重要的研究意义。然而,硝酸根到氨是一个复杂的8e-转移过程且伴随着激烈的析氢副反应,这严重制约了合成氨的选择性和法拉第效率。为此,采用水热合成法及后续的热处理设计制备了泡沫镍负载氧化铜纳米花催化剂并探究其电化学硝酸根还原制氨性能。通过调控硝酸铜与尿素比例、热解温度等合成条件,达到泡沫镍(Ni foam, NF)均匀负载CuO纳米花的目的。结果表明,当Cu(NO3)2、CO(NH2)2的物质的量比为1∶6时,所得到的目标催化剂(CuO-6@NF)在法拉第效率、NH3产率、选择性和硝酸盐转换率方面表现出最佳性能。在-0.23 V vs.RHE情况下,CuO-6@NF NH3的产率达到1.15 mmol·h-1·cm-2,选择性为89.36%,总氮的去除率高达96.71%。此外,该催化剂还表现出良好的再现性、高稳定性以及较宽泛浓度下的适用性。

CuO/CeO_(2) p−n异质结光催化降解亚甲基蓝的性能及机理

采用简单微波回流法和均相沉淀技术合成CuO/CeO_(2) p−n异质结复合材料,并对其光催化降解亚甲基蓝溶液的性能进行研究。CuO/CeO_(2)异质结复合材料的降解效率明显强于CeO_(2)。结果表明,以Cu/Ce摩尔比为1/3制备的复合材料(1/3 Cu/Ce)的光催化活性最高,在180 min内降解效率达到96.2%。CuO和CeO_(2)之间形成的p−n异质结促进了光生载流子的分离和传输,从而提高了其光催化活性。计算了CuO/CeO_(2)异质结的能带位置偏移,其价带偏移(∆EVBO)为1.58 eV,导带偏移(∆ECBO)为−0.48 eV。计算结果进一步证明CuO与CeO_(2)之间形成了p−n异质结。

CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂的制备、表征及其在黄瓜贮藏中的应用

该文以钼酸铵、鸡蛋壳、十六烷基三甲基溴化铵为原材料,通过改变煅烧温度制备了性能更为优良的CaMoO_(4),并以钼酸钙、硫酸铜、硼氢化钠为原料,制备了CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂,同时研究了CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂的用量、培养时间、铜含量对抗菌活性的影响,以及CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂在光反应和暗反应条件下对大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)的抑菌效果。实验结果表明,在650℃煅烧下得到的CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂的抗菌性能最好,铜含量为1.20%时,光照条件下和黑暗条件下的抑菌率均能达到100%。含有CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂的保鲜膜抑菌试验表明,CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂可以有效抑制食品表面的大肠杆菌,食品经贮藏4 d后,抑菌率仍为100%。CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂生物相容性好。CuO/CaMoO_(4)复合抗菌剂能快速高效抑制大肠杆菌,保障食品安全,为食品贮存行业提供了新的思路。

CuO/BiOCl异质结催化剂的合成及其光催化性能研究

以微球状氯氧化铋(BiOCl)为模板,合成了CuO/BiOCl异质结催化剂,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光分光光度计等对催化剂形貌和结构进行了表征;以亚甲基蓝(MB)为降解目标,探究了CuO与BiOCl物质的量比、MB染料初始质量浓度、催化剂质量、溶液pH等对CuO/BiOCl催化性能的影响,并研究了该催化剂的循环再生能力及光催化反应机理。结果表明:在可见光照射下,当CuO与BiOCl物质的量比为1∶15,催化剂质量为0.050g,MB初始质量浓度为25mg/L时,光催化效率最高,吸附过程符合一级动力学模型,且该催化剂具有良好的循环再生能力。在催化过程中空穴h+起主要作用,羟基自由基和超氧自由基均起次要作用。

液滴微流控技术制备B/CuO延期药微球及性能研究

为了探究B和CuO配比对延期药微球性能的影响,采用液滴微流控技术制备了B/CuO延期药微球,对微球的形貌、粒径分布和圆形度进行了表征,测试了微球的流散性、堆积密度、机械感度及燃烧性能,计算了线性燃速与延期精度。结果表明:液滴微流控技术制备的B/CuO微球元素分布均匀、粒径分布窄、流散性好、圆形度高;随着B质量分数从8.3%增大至20%,最大输出火焰温度提高了127.18℃,燃速从10.14 m·s^(-1)升至17.58 m·s^(-1),并在B质量分数为15%~20%时达到一个燃速平台期;当B质量分数为8.3%~11.9%时,反应不完全,有红褐色产物生成;与物理混合制备的样品相比,采用微流控技术制备的样品燃烧面平整,火焰平稳,燃速相对范围较小,延期精度较高。