固相外延生长法制备ZSM-5@Silicalite-1分子筛及其CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化反应的影响

本研究采用固相法在ZSM-5表面外延生长Silicalite-1,制备出ZSM-5@Silicalite-1分子筛。同时制备高活性氧化物ZnZrOx,并与ZSM-5@Silicalite-1物理混合组成ZnZrOx/ZSM-5@Silicalite-1双功能催化剂,研究了CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化催化性能。相比于ZnZrOx/ZSM-5催化剂,分子筛改性后的双功能催化剂提高了对二甲苯(PX)选择性。研究了晶化条件(硅源、晶化过程、晶化次数)对ZSM-5外延生长Silicalite-1的影响,以及Silicalite-1钝化层厚度对CO_(2)加氢耦合甲苯烷基化反应性能的影响。在400℃、3 MPa反应条件下,ZZO/1:3.5Z5-Na-SiO_(2)催化剂的甲苯转化率为12.0%,二甲苯选择性为77.4%,在二甲苯中对二甲苯选择性为73.4%。通过SEM、XRD、N2吸附-脱附、XPS、NH3-TPD、Py-FTIR等表征,研究了分子筛的结构和酸性质。结果表明,通过固相外延生长,延长ZSM-5的孔道,增加间二甲苯(MX)、邻二甲苯(OX)的扩散阻力,同时钝化外表面的酸性,可以有效提高对二甲苯(PX)的选择性。固相外延生长法改性ZSM-5分子筛,摒弃了以往堵塞孔以缩小孔口改性分子筛的缺点,在保证催化剂活性的同时提高了产物选择性。

H_(2)O_(2)刻蚀MoS_(2)纳米片增强CO_(2)催化加氢性能

CO_(2)催化加氢制备高附加值化学品是缓解温室效应,实现人类社会可持续发展的关键技术之一。二维MoS_(2)材料由于其特殊的层状结构和表面丰富可调的S缺陷位,在CO_(2)活化与转化中被广泛关注,将MoS_(2)催化剂用于CO_(2)加氢的关键在于表面S空位的构建。为开发高效构建S空位工艺,以MoS_(2)纳米片为基础,利用H_(2)O_(2)刻蚀法在其表面引入S空位,对比了H_(2)O_(2)刻蚀前后CO_(2)在常压和高压下的反应性能。研究表明,H_(2)O_(2)刻蚀能显著提升S空位含量,且不会改变MoS_(2)的晶相结构,也未影响S空位的化学性质,从而明显提升CO_(2)催化加氢的转化率,但不影响产物分布。在常压条件下,S空位主要催化CO_(2)解离加氢为CO,选择性达96%以上;而在高压(5 MPa)低温(180℃)条件下能以较高的选择性(79%)催化CO_(2)加氢为甲醇,升高反应温度会提升CO_(2)转化率,但甲醇的选择性会显著降低,同时伴随甲烷的生成。本研究提供了一种简便高效的构造S空位的制备工艺,为MoS_(2)催化剂的工业化应用提供一定的理论和技术支撑。

H_(2)O气氛下富油煤热解过程的反应分子动力学模拟

【目的】我国富油煤资源丰富,通过热解技术可将其转化为能源产品(化学品、气体或液体燃料等),缓解我国油气资源的对外依存程度。深入认识热解过程中的产物变化规律和反应机理,对于煤炭清洁高效转化工艺的研究至关重要。【方法】采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究富油煤(长焰煤)热解过程以及H_(2)O气氛对热解产物分布的影响和作用机制。【结果和结论】结果表明,富油煤(长焰煤)热解的温度范围为1200~2800 K,热解过程主要分为热解(1200~2000 K)和缩聚(2000~2800 K)两个阶段。在热解阶段,随着温度的升高,煤分子快速裂解,焦炭产物不断减少,焦油和气体产物不断增加;在缩聚阶段,焦油产物之间发生缩聚反应生成焦炭,同时释放小分子气体,导致焦油产物减少,焦炭和气体产物增加。因此,提高热解温度、延长热解时间可得到更多的气体产物,而提升焦油产量的关键则是抑制缩聚反应发生。在高温缩聚阶段引入H_(2)O气氛热解,结果表明,H_(2)O能够有效地促进煤分子的裂解,随着H_(2)O占比的增加,煤热解体系中C―C键减少,C―H和C―O键增加。分析二者之间的交互作用发现,煤热解产生的自由基与H_(2)O反应,促进H_(2)O分子分解,H_(2)O分解产生的H•和OH•又进一步促进煤裂解,并与煤热解产物反应,生成更多的焦油和气体。研究加深了对富油煤热解过程的理解,对煤炭资源的清洁高效利用具有一定指导意义。

粉煤灰基Y型分子筛的制备及其对CO_(2)加氢性能的研究

以粉煤灰为原料制备Y型分子筛,并探究其CO_(2)加氢活性.采用化学焙烧法活化粉煤灰,以Na_(2)CO_(3)作为化学活化剂,探究焙烧温度、焙烧时间、粉煤灰与碳酸钠的质量比对活化粉煤灰的影响,实验结果表明在焙烧温度800℃、焙烧时间2 h、粉煤灰与Na_(2)CO_(3)质量比为1.0∶0.8条件下,粉煤灰焙烧后产物以霞石为主.以洗涤后产物为原料,采用水热合成法制备Y型分子筛,探究HCl/SiO_(2)比、晶种加入量、H_(2)O/SiO_(2)比、水热温度、水热时间对分子筛结晶度影响,在HCl/SiO_(2)=2.7,晶种加入量为6%,H_(2)O/SiO_(2)=80,水热温度100℃、水热时间12 h所制备的Y型分子筛结晶度最高.将所制备的Y型分子筛进行CO_(2)加氢实验,实验结果表明在反应温度600℃,反应压力为4.0 MPa条件下,CO_(2)转化率达到60%,CH_(4)选择性达44.9%.

醛脱氢酶2与人类疾病的关系及其小分子激动剂研究

醛脱氢酶2(ALDH2)是人体内重要的抗氧化应激损伤因子之一,而较高比例的东亚人携带ALDH2失活突变基因。与ALDH2密切相关的疾病有很多,如心血管疾病、神经退行性疾病和肝脏疾病等。近期研究还发现ALDH2与铁死亡也有联系。正因如此,ALDH2逐渐成为上述相关疾病治疗的潜在靶点,研究者报道了其多个类型的小分子激动剂,展现出一定的应用前景。本文重点介绍ALDH2的结构、功能、与人类疾病的关系以及其激动剂的研究进展。

多相催化加氢反应中H_(2)异裂解离的研究进展

多相催化加氢反应是制备高附加值燃料及化学品的重要途径,而H_(2)异裂解离过程及其形成的氢化物(M—Hδ-)的化学性质与加氢反应活性和选择性密切相关。然而,由于多相催化剂表面结构复杂导致了H_(2)异裂解离过程及M—H^(δ-)化学性质的多样性,为认识H_(2)异裂解离及M—H^(δ-)的化学性质对加氢反应机理的调控规律带来了巨大挑战。综述了H_(2)异裂解离的机理及M—H^(δ-)的化学性质,并介绍了常用于检测M—H^(δ-)的表征技术并分析了各自的优缺点。重点讨论了不同多相催化体系,如负载型金属催化剂、金属氧化物催化剂以及阴离子杂化金属催化剂中,H_(2)异裂解离与催化剂活性位点结构之间的内在关系及其对加氢反应性能的优化,并提出了调控H_(2)异裂解离的有效策略。最后,针对当前H_(2)异裂解离及M—H^(δ-)研究面临的主要挑战进行了总结,同时对未来发展方向进行了展望。

Stadler为美国开发首列氢燃料电池列车FLIRT H_(2)

为美国加利福尼亚州圣贝纳迪诺县交通局(SBCTA)设计的FLIRT H_(2)是Stadler公司替代牵引方案的最新产品。其将是应用于美国铁路客运领域的首列氢燃料电池列车,计划于2024年在加利福尼亚州投入商业运营,装配模块化、可扩展的氢气混合动力包,可为2~4节车厢提供电能。文章重点介绍FLIRT H_(2)的概念设计及技术实现情况,包括车辆结构、牵引系统布局、技术参数、模块化设计、燃料电池、储氢系统、能源效率等,以期为后续氢燃料电池列车的开发设计提供参考和借鉴。

硫化氢气体在金属有机骨架中吸附机理的分子模拟研究

研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_(2)S吸附体系,应用巨正则蒙特卡洛(Rand Canonical Monte Carlo, GCMC)方法及分子动力学(Molecular Dynamics, MD)理论研究了相互作用能、吸附热、金属位点、官能团等的影响,在分子层面讨论了H_(2)S气体在MOFs中的吸附特性及机理。应用等温吸附试验验证了所使用分子模型及力场的可靠性。结果表明:不同金属位点对于吸附量有较大影响,对H_(2)S气体的吸附作用由强到弱依次为Mg^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+);亲水性官能团的引入利于H_(2)S气体的吸附捕捉;UiO-66-Cu因其团簇为网状结构更利于H_(2)S气体的捕捉与吸附。同时,该研究建立了吸附热方程,提供了MOFs吸附效果评判标准,为MOFs材料应用于城市地下有限空间吸附H_(2)S气体提供了理论依据。

C_(2)H_(4)在烟煤中吸附的分子模拟研究

C_(2)H_(4)作为评价煤自燃过程的标志气体,煤对C_(2)H_(4)的吸附会使得矿井空气中C_(2)H_(4)气体体积分数的降低,进而影响对煤自燃过程评估的准确性。为了揭示C_(2)H_(4)在烟煤中吸附的微观机理,构建Wiser烟煤分子模型,利用蒙特卡洛方法,模拟温度为293.15~313.15 K、压力为0.1~3.0MPa时,C_(2)H_(4)在烟煤分子模型中吸附过程,并对吸附过程中吸附热、吸附势能和吸附熵的变化进行分析。结果显示:C_(2)H_(4)在烟煤分子中的吸附量随压力的升高先迅速增加,然后趋于平缓;压力相同时,温度越高,C_(2)H_(4)的吸附量越低;Langmuir-Freundlich模型对C_(2)H_(4)吸附过程拟合效果最好,C_(2)H_(4)的最大吸附量a值随温度的升高而减小;不同温度条件下,C_(2)H_(4)的平均吸附热为35.29~37.65 kJ/mol,表明C_(2)H_(4)在烟煤中的吸附为物理吸附;C_(2)H_(4)的吸附势能和吸附熵随吸附量的增加而减小。

Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR处理NO效能

构建Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR一体化系统,驯化具有同步反硝化及铁还原能力的混合菌种,在维持反应体系稳定反硝化性能的基础上,探究进水Fe(Ⅱ)EDTA浓度、pH值对NO去除效率的影响,分析微生物群落结构.结果表明,Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR还原一体化系统对NO具有稳定去除效能,最大去除效率为99.50%.提高初始Fe(Ⅱ)EDTA浓度有助于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,且体系内的NO平均去除速率随着Fe(Ⅱ)EDTA浓度的提升而提升.在Fe(Ⅱ)EDTA浓度为10mmol/L时,NO最大去除速率达到44.68mg/(m3·h).pH值升高则不利于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,控制pH值为6更适合一体化系统运行.微生物群落结构分析发现一体化阶段优势菌门Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes,在该反应器中承担着重要的功能和作用,其丰度占比分别为50.35%,16.43%,14.98%.

Ni@Silicalite-1催化剂的制备及其催化CO_(2)加氢制CH_(4)与CO性能研究

采用沸石封装策略,合成了用于CO_(2)加氢反应的结构可控的Ni基催化剂,选择性获得CH_(4)或CO产物。采用SiO_(2)纳米球和Silicalite-1(S-1)分子筛作为载体,通过浸渍-再晶化的方法合成了一系列不同载量的Ni/X@S-1催化剂(X为SiO_(2)或S-1分子筛)。SEM结果表明,S-1分子筛作为载体时,其导向作用有利于后续再晶化形成S-1包覆层,在较低模板剂四丙基氢氧化铵(TPAOH)加入量(n(TPAOH)/n(SiO_(2))=0.1)的情况下即可实现S-1分子筛对Ni物种的封装,且封装的金属催化剂外表面平整,呈现规则的六边形板状结构。大分子液相加氢实验与能谱分析结果表明,Ni物种主要分布在S-1分子筛的内部。原位XRD分析和H_(2)-TPR结果表明,S-1分子筛限域封装Ni有效增强了NiO与载体间的相互作用,抑制了NiO向金属Ni的还原(Ni0),有利于构筑稳定的NiO相。CO_(2)加氢反应结果表明,不经H_(2)-预还原,主要活性相为NiO的催化剂(N-5.0%Ni/S-1@S-1)的CO选择性为96.4%;经过400℃H_(2)-预还原处理,活性相为Ni0的催化剂(R-5.0%Ni/S-1@S-1)的CH_(4)的选择性超过98.0%。NiO为生成CO的活性相,而Ni0为生成CH_(4)的活性相,通过调控催化剂预还原温度,可以有效控制活性Ni物种的价态组成,进而实现加氢产物CO与CH_(4)的选择性生成。

湿H_(2)S环境中Q345R(HIC)的氢扩散规律及性能

目的模拟湿H_(2)S环境,采用氢渗透技术对Q345R(HIC)、SA516 Gr70N+316L复合钢板及316L在湿H_(2)S环境下的氢扩散规律及性能进行了研究。方法采用电化学渗氢技术、拉伸、冲击试验和断口分析等方法,比较了不同pH值环境条件下材料中的原子氢浓度、有效扩散系数、强度、韧性和断口形貌等。结果随着溶液pH值的降低,Q345R(HIC)中原子氢浓度(C_(0))、氢有效扩散系数(D_(eff))等均升高,pH值=3时,材料中的C_(0)可达17 mol/m^(3),D_(eff)可达2.22×10^(-10)m^(2)/s。大量原子氢的渗入,使材料产生位错钉扎效果,发生了氢致硬化现象,材料内部出现了氢损伤白点特征,316L未发生氢损伤。结论316L复合层可有效避免扩散氢对基材SA516 Gr70N或Q345R的损伤,对于Q345R(HIC),随着溶液pH值的降低,材料中渗入的原子氢越多,材料性能损伤越大。

含氢空位氢化金刚石2维原子晶体体系与硫酸吲哚酚和水分子相互作用的第一性原理计算

基于立方金刚石晶体结构构建了2种2维原子晶体:氢化立方金刚石(hydrogenated cubic diamond,HCD)和含氢空位氢化立方金刚石(hydrogen vacancy-HCD,Hv-HCD);将含氢空位氢化立方金刚石与单层六方氮化硼(h-BN)和石墨烯(graphene,G)组装构建了2种2维原子晶体范德华异质结构:h-BN/Hv-HCD和G/Hv-HCD.根据第一性原理,对含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系、硫酸吲哚酚和水分子的Fukui函数进行了计算.研究结果显示,含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子具有较大的f+(r)和f-(r)值,表明氢空位碳原子的亲电和亲核反应趋势较为显著.有关能量效应的计算结果表明:水分子与含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子形成氢键;硫酸吲哚酚分子在氢空位碳原子位点发生化学分解,生成3-吲哚酮和二氧化硫,原磺酸基羟基与氢空位碳原子结合形成醇羟基.该体系可以作为基于2维原子晶体研发生物活性分子、人体血液毒素分子吸附清除以及检测分析核心材料的参考依据.

Se掺杂WO_(3)·0.5H_(2)O/g-C_(3)N_(4)光电催化剂的析氢反应性能

以二氰二胺、硒粉和钨酸钠为前驱体,采用一锅法成功制备出Se掺杂WO_(3)·0.5H_(2)O/g-C_(3)N_(4)(Se/WCN)催化剂。并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的物相结构、形貌及化学组成进行表征。与原始的WO_(3)和g-C_(3)N_(4)相比,Se/WCN催化剂的起始电位降到了-0.75 V(vs RHE),电流密度高达70 mA·cm^(-2),表现出更高的电催化活性。而光照后,Se/WCN的催化性能进一步提升,起始电位从-0.75 V(vs RHE)降至-0.65 V(vs RHE),电荷转移电阻由371.4Ω减小到310.0Ω。

基于第一性原理研究H_(2)O分子在双相TiAl合金表面的吸附行为

为研究电场作用对H2O分子在γ-TiAl和α_(2)-Ti_(3)Al表面的吸附行为影响,采用第一性原理方法对H_(2)O分子在γ-TiAl(111)和α2-Ti_(3)Al(0001)表面不同吸附位置的吸附能、态密度、几何结构、电荷布局进行分析。结果发现,H_(2)O分子在γ-TiAl(111)和α_(2)-Ti_(3)Al(0001)表面上的top Ti位置吸附最为稳定,但电场更容易促进H_(2)O分子与α_(2)-Ti_(3)Al(0001)表面的相互作用,即α_(2)-Ti_(3)Al更易与H_(2)O分子发生反应,从而优先形成Ti的致密氧化膜,致使α_(2)-Ti_(3)Al被保护。探究γ-TiAl和α_(2)-Ti3Al单相具有相同溶解速度的条件,对提升双相(γ-TiAl和α_(2)-Ti_(3)Al相)TiAl合金电解加工表面质量具有十分重要的意义。

用量子Monte Carlo方法计算氢分子H_2基态(Χ~1∑_g^+)势能曲线

本文用量子MontoCarlo方法中优化试探波函数Ψ_T计算氢分子H_2基态(X^1∑_g^+)势能曲线.文中采用相当简单的波函数形式,并用固定样点优化技术优化试探波函数的参数.确定优化试探波函数后,分别用变分Monte Carlo及固定节面M0nte Carlo计算势能曲线各点能值.二种方法先后得95%和100%的相关能.因此,在量子M0nte Carlo方法中,用本文作者提出的试探波函数计算分子势能面,将会获得很好的结果.从而对分子散射和动力学的研究有重要意义.

O_(2)/CO_(2)/H_(2)O气氛下CO燃烧机理的分子动力学模拟研究

采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法研究了O_(2)/CO_(2)/H_(2)O气氛下CO的燃烧。结果表明:根据化学平衡原理,高浓度CO_(2)抑制CO的氧化,同时CO_(2)在高温下参与反应CO_(2)+H—→CO+OH,进一步抑制CO氧化。在较低温度条件下,较高浓度H_(2)O的三体效应显著,抑制了CO氧化。另一方面,在较高温度条件下,H_(2)O参与的H_(2)O+H—→H_(2)+OH和H_(2)O+O—→OH+OH反应占据其化学作用的主导地位,进而促进CO氧化。随着O_(2)浓度的增加,CO的氧化速度加快。

C_4H_2等离子体放电产生的中性碳氢团簇(C_nH_m)分子束质谱表征

利用分子束飞行时间质谱和激光电离技术研究C4H2等离子体放电过程产生的中性碳氢团簇(CnHm)的质谱分布、稳定结构和形成机理.实验结果显示,碳氢团簇的质谱峰分布与其所含碳原子的个数有关,当碳原子的个数小于等于8时,偶数碳的碳氢团簇由于共轭效应的影响,其稳定性和质谱峰的强度均大于奇数碳的碳氢团簇;当碳原子的个数大于等于9时,出现偶数和奇数碳氢团簇的相间分布,奇数碳的碳氢团簇的质谱峰强度大于与其相邻的两个偶数碳的碳氢团簇的;当碳原子的个数为6、8、9～15、17时,CnH3出现较强的质谱峰,这与其具有较低电离能有关.随着碳原子个数的增加,碳氢团簇质谱峰的强度总体呈现减弱趋势,这说明碳氢团簇的形成机理可能以碳原子分步加成为主.

H_(2)O对O_(2)/H_(2)O条件下HCN氧化影响的反应分子动力学模拟

采用ReaxFF MD方法研究了高浓度H_(2)O的化学作用对O_(2)/H_(2)O气氛下HCN氧化反应的影响,将不同温度下反应后HCN含量分布的实验结果与ReaxFF MD模拟结果进行对比,分析了O_(2)/N2和O_(2)/H_(2)O气氛下HCN反应速率、O和OH自由基分布以及CO和CO_(2)产物分布,并通过含氮物种的演变路径和分布规律揭示了H_(2)O对NO生成的影响机理。结果表明:在1100~1350K实验温度范围内HCN含量的分布结果与1500~2500K模拟温度范围内的结果相吻合;H_(2)O增加了OH自由基含量,从而促进了HCN的氧化以及CO向CO_(2)的转化;尽管H_(2)O增强了HCN—→HOCN—→NH2—→HNO—→NO路径对NO生成的贡献,却大大减弱了HCN—→CN—→N—→NO路径对NO生成的贡献,从而整体上抑制了NO的生成。

黄芪活性成分结合EphA2的分子对接分析

目的研究黄芪主要活性成分与目标蛋白EphA2的结合模式,并探讨药物分子与目标蛋白之间的相互作用机制。方法本研究使用Autodock4和Autodock vina两种不同的分子对接方法,对黄芪主要活性成分与EphA2蛋白的结合进行了分子对接研究。结果完成了黄芪主要活性成分阿拉伯糖、黄芪皂苷甲和毛蕊异黄酮苷与EphA2的分子对接,分析对接结果得到主要结合位点及残基。结论本研究为靶向EphA2蛋白的药物设计和进一步优化黄芪主要活性成分的结构提供了重要参考。