多孔碳氮材料负载铜基催化剂用于甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的研究

以纤维素、草酸铵、碳酸氢钠为原料,采用发泡法制备了多孔碳氮材料(NHPC)。以NHPC为载体、CuCl为铜源,采用浸渍法制备了CuCl/NHPC催化剂用于甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC),考察了载体、煅烧温度和Cu负载量(质量分数)对催化性能的影响。结果表明,多孔碳材料(HPC)经过草酸铵进行造孔和掺氮后,得到的NHPC比表面积和孔容大幅增加,有利于催化剂中Cu物种的分散和颗粒尺寸缩小,且含氮基团的加入增强了Cu离子和NHPC之间的相互作用,抑制了Cu_(2)(OH)_(3)Cl全部还原为Cu^(0)。以NHPC为载体,Cu负载量为5%时,随着煅烧温度的升高,催化剂中Cu_(2)(OH)_(3)Cl逐渐被还原为低价态的CuCl和单质Cu;其中经300℃煅烧制备的催化剂中Cu^(2+)含量减少,Cu^(+)和Cu^(0)含量增加,在3种Cu物种的协同作用下,催化剂的催化活性最好,此时甲醇转化率、DMC选择性和时空产率分别为13.4%、94.8%和18.8 g/(g·h)。

氮掺杂碳材料MG-T多相催化硝基苯加氢制苯胺

苯胺作为重要的化学中间体,主要通过催化硝基苯加氢反应制备.本文利用三聚氰胺和三聚氰酸制备牺牲模板MCA,以葡萄糖为碳源,合成了前驱体MG,再经高温碳化得到氮掺杂碳材料MG-T(T/℃,表示碳化温度),用于多相催化硝基苯加氢制苯胺反应.结合材料表征和催化评价结果初步探讨了反应机理.实验结果表明,碳化温度影响MG-T中氮物种构型的变化,石墨氮对催化剂的加氢活性起到关键作用.催化剂MG-800在水合肼作还原剂的乙醇溶剂中于80℃反应4h,硝基苯转化率为96%,产物选择性为100%,催化剂可循环使用至少9次,具有良好的稳定性和循环性,是一类可循环使用的硝基苯加氢制苯胺多相催化剂.

氮磷掺杂碳材料的制备及其电催化性能研究

采用湿化学法合成了ZIF-8,将其与磷酸氢二铵混合后,在氩气和氢气的流量比为95∶5(mL•min^(-1))的条件下,经高温热解,合成了氮磷掺杂的碳材料P-N-C。通过XRD、SEM、元素分析等手段,对该材料的物相、微观形貌和元素组成进行了表征,并测试了该材料对电催化氧还原反应(ORR)的性能。结果表明,其氧还原极化曲线的半波电位(E1/2)达到0.8065V,循环3000个周期后仅衰减了4mV。

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂电还原CO_(2)制CO研究进展

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂(Ni-N-C)电催化CO_(2)制CO,因其在较大的电流密度和较大的过电势下仍具有超高的CO选择性,引起了广泛关注。本文综述了Ni-N-C电催化CO_(2)制CO研究进展,包括氮掺杂碳材料基催化剂和Ni-N-C电催化CO_(2)制CO。总结了氮掺杂碳材料基催化剂中不同形态N的催化活性,目前为止,N在该类催化剂电化学还原CO_(2)中的确切作用没有达成共识。此外,还总结了Ni-N-C的催化性能、催化机理及催化性能改性方法,探讨了与Ni配位的N原子和缺陷位对催化活性的影响规律,分析了各类碳载体的优缺点。Ni-N-C电化学还原CO_(2)制CO研究已取得一定的进展,如电流密度可达工业级要求,但是其实现大规模工业化应用还需解决一些关键问题,如开发高活性和高稳定性Ni-N-C的定向制备技术;研发制备简易温和、成本低廉、具有抗腐蚀性、耐高温的先进碳载体材料。

一步法与分步法活化对氮掺杂煤沥青基多孔碳电储能性能的对比

分析了一步法与分步法在制备氮掺杂煤沥青基多孔碳材料的结构和储电效能对比。研究表明,一步法因其简便的操作步骤和低能耗而适用于成本敏感的应用,且在使用三聚氰胺作为氮源时,该方法制备的材料展现出优异的电化学性能;分步法制备过程更为复杂和耗能,但其优势在于能够精确控制材料的微观结构和化学性质,尤其是在使用硫酸铵作为氮源时,显示出更佳的电容特性。

蛋白质衍生氮掺杂碳用作电化学能源材料的研究进展

电化学储能和能源转换技术是解决可持续能源与环境问题的重要途径,其电极材料的成本与性能成为规模化应用的关键。氮掺杂碳材料因其独特的物化性质被广泛应用到电化学能源材料中,其中蛋白质衍生氮掺杂碳材料因其原材料丰富、合成简单、环境友好等优点而备受关注,但明晰前驱体和制备工艺对结构性质的影响机制及在应用中的构效关系成为其走向规模化应用的理论基础和关键步骤。本综述调研了近年来蛋白质衍生氮掺杂碳材料用作电化学能源材料的合成与性能情况,先综合分析各类蛋白质衍生碳材料的概况并总结原材料选择的条件;然后分析了不同制备方法及工艺参数对氮掺杂碳材料结构性质的调控和电化学性能提升的作用机制,并详细讨论了蛋白质衍生氮掺杂碳材料在电化学储能和电催化能源转换应用中的构效关系;最后提出蛋白质衍生氮掺杂碳材料在电化学能源材料规模化应用中所要面临的挑战和发展前景。期望本综述有助于新型电化学能源材料的设计开发与应用。

非贵金属氮碳材料在氧还原方向的研究进展

氧还原反应作为一种重要的电化学过程,在燃料电池、电解水和电池等能源转换器件中扮演关键的角色。随着对能源转换技术的不断探索和研究,氧还原反应已经引起了关注。目前,Pt碳催化剂是最有效的氧还原反应催化剂,但其高成本和稀缺性限制了商业化应用。通过以氮碳材料为载体,开发低成本、高效率的非贵金属催化剂替代Pt碳催化剂,成为氧还原反应研究的热点。聚焦制备低成本、高性能的非贵金属催化剂及在氧还原中的应用。

三嗪基氮掺杂碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究

通过三聚氯氰(TCT)与对苯二胺(PPD)反应,成功合成了基于三嗪结构制备的微孔聚合物,然后在700~1000℃的环境下对微孔材料进行煅烧。结果表明,经900℃碳化的N-CTF-900样品的电化学性能最好,当电流密度为1A/g时,比电容为264.2F/g。经过10000次充放电循环,电容保持率达91.0%,展示出良好的循环稳定性和倍率性能,可作为超级电容器的电极材料。此外,随着碳化温度的升高,样品的碳化程度、电导率、孔隙率和微孔体积均增大。

钴掺杂氮碳材料的制备及其在氧还原反应方面的应用

将三聚氰胺和Co的硝酸盐均质化混合后在N2氛围下热处理,使用H_(2)O_(2)对材料刻蚀后制得一种钴掺杂氮碳材料。经过扫描电镜、X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等测试显示材料为一种碳纳米管结构。电化学性能测试显示催化剂氧还原反应主要依靠四电子反应。线性扫描伏安测试显示半坡电位为832 mV,但是其功率密度为6.0 m A·cm^(-2),显示出该催化剂的氧还原能力,其抗甲醇能力和稳定性也优于商业化的Pt/C催化剂。

离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

以多种氰基离子液体为前驱体,采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料,系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响,并研究其对CO2的吸附性能。结果表明,阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构,比表面积最高达732.6 m^2/g,氮含量最高为9.9wt%,在温度25℃、压力1.8 MPa条件下,CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生,再生稳定性良好。

傅里叶变换红外光谱法检测硼碳氮亚稳态材料的进展

综述了傅里叶变换红外光谱在检测硼碳氮亚稳态材料中的应用,对常见的特征峰、分析方法和容易出现的问题进行了讨论,提出了分析硼碳氮亚稳态材料的红外光谱的常用手段(引述文献24篇)。

负载纳米Pt的生物质氮掺杂碳材料用于甲醇催化性能研究

天然蚕茧经氨水溶液处理后,煅烧得到氮掺杂生物质碳材料,SEM电镜下观察其具有丰富而复杂的类石墨烯多孔结构.之后通过乙二醇还原氯铂酸钾得到负载Pt纳米粒子的生物质氮掺杂碳材料催化剂.对合成材料进行XRD、XPS、SEM等结构表征及电化学性能测试,结果显示该复合材料在酸性甲醇溶液中具有较好的甲醇催化性能和稳定性.

氮掺杂碳材料负载碳化钼的合成及析氢性能研究

过渡金属碳化物被认为是一类可替代贵金属的高效电催化析*氢反应催化剂,提升其催化性能和稳定性能获得了广泛关注和研究。本文以钼酸铵和二氰二胺为前驱体,均匀混合后利用一步高温退火法制备了氮掺杂碳材料负载碳化钼(Mo2C-NC)的复合材料。通过透射电子显微镜,X射线粉末衍射以及X射线光电子能谱等测试对该催化剂形貌,组成及结构进行表征。电化学测试结果表明,Mo2C-CN复合催化剂表现了优异的电催化析氢性能:当电流密度为10 mA cm^-2时,在酸性和碱性体系中,Mo2C-CN催化剂的过电势分别为和130和257 mV s^-1,并且均展示出了优异的稳定性能。

碳氮包覆纳米Fe_(3)O_(4)的非自由基路径光催化去除养殖废水中四环素的机制研究

养殖废水中的四环素(TC)未经有效处理,直排至水环境中将影响生态环境.本研究通过制备纳米四氧化三铁/碳氮复合材料(Fe_(3)O_(4)/CN),采用XRD、FTIR、TEM、Raman和EIS表征材料的物相组成、微观形貌和结构,并探究其光催化去除TC的性能和机理,推测TC的降解路径.结果表明:①以掺杂氮化碳的海藻酸铁水凝胶为前驱体,经高温煅烧衍生制备碳氮包覆的Fe_(3)O_(4)复合材料,该材料碳缺陷程度强,光生电子(e^(-))和空穴(h^(+))的分离效率高.②在pH=7和TC初始浓度为50μmol/L的溶液中投加0.05 g/L的Fe_(3)O_(4)/CN,且光照150 min后,TC的去除率可达95.1%.③ESR和自由基淬灭试验表明,Fe3O4/CN在光照下主要通过产生h+的非自由基路径直接氧化降解TC.④HPLC-MS测试和QSAR预测结果表明,在光催化反应中,TC发生脱氨基、开环等氧化反应,产生的降解产物对水蚤和黑头鱼的生物毒性均低于TC本身.⑤由于Fe_(3)O_(4)/CN具有良好的磁性(饱和磁化强度为13.9 emu/g),反应后的材料可通过磁铁从液相中分离.研究显示,Fe_(3)O_(4)/CN可高效去除TC,为铁氧化物/碳氮复合材料在水处理中的应用提供理论参考.

氮掺杂科琴黑碳材料的制备及电催化氧还原性能研究

氮掺杂碳材料是一种有应用前景的电催化氧还原催化剂。以尿素和三聚氰胺作为氮源,在氮气气氛下高温焙烧,制得两种氮掺杂科琴黑碳材料并将其用于电催化氧还原反应。使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、比表面物理吸附分析仪等对氮掺杂前后的科琴黑的结构和形貌进行了分析。结果表明:氮掺杂之后科琴黑仍保持石墨结构,其形貌和比表面积均无明显改变。在XPS谱图上,氮掺杂后科琴黑上存在氮元素,其中以三聚氰胺为氮源比以尿素为氮源更容易得到吡啶氮。通过循环伏安法和线性扫描伏安法研究了3个样品的电催化氧还原性能。结果表明:氮掺杂能明显提高科琴黑的电催化氧还原性能,未掺杂的科琴黑(AC)的半波电位为0.746 V,而以尿素和三聚氰胺为氮源掺杂后的科琴黑碳材料的半波电位分别提高到了0.756 V(尿素-N/AC)和0.786 V(三聚氰胺-N/AC)。

掺氮碳基材料在费托合成反应中的应用

氮掺杂是一种对碳材料结构和性质进行修饰的重要方法。本文主要介绍了碳基材料掺氮的主要方法(即直接合成法和后处理法)及所得掺氮碳基材料的性质。重点综述了近年来掺氮碳基材料在制备费托合成钴基和铁基催化剂领域中的应用,进一步阐述了掺氮碳基材料作为新型费托合成催化剂载体所具有的主要优点:载体表面含氮基团具有锚定作用可提高金属活性组分分散度,同时,氮的掺杂不仅能够有效地提高催化剂还原度,而且富电子的氮物种可促进CO解离,从而有利于提高催化剂费托合成反应性能。在此基础上,本文也分析了掺氮碳基材料的合成和催化应用方面所存在的问题。

聚吡咯衍生的多孔氮掺杂碳材料的制备及其气体吸附应用

通过物理活化的方法,以导电高分子聚吡咯作为前驱体制备了一系列氮掺杂多孔碳材料。通过扫描电镜、X射线衍射、氮气吸脱附测试、拉曼光谱等手段对样品进行了表征。通过氮气吸脱附测试表明,该氮掺杂多孔碳材料的比表面积可达到745m^2·g^(-1),其比表面积可以通过改变活化时间来调控。所制备的多孔碳材料对二氧化碳具有较好的吸附能力,在273K和0.1 MPa条件下,吸附量可达到7.3%(质量分数)。

氮掺杂碳材料活化过硫酸盐降解4-氯苯酚

为了进一步研究氮掺杂碳材料活化过硫酸盐降解4-氯苯酚的方法,首先以廉价易得的废弃工业糖浆作为碳源,以氨水作为氮源,利用溶胶-凝胶法合成了3种氮掺杂碳材料(NC-700,NC-800和NC-900),并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对氮掺杂碳材料进行表征分析;然后考察了NC-800投加量、过硫酸盐(PDS)投加量和初始pH等因素对4-氯苯酚去除率的影响,并进行了电子自旋共振(ESR)和自由基淬灭实验。结果表明:3种材料均可有效活化PDS降解4-氯苯酚,其中NC-800活化PDS去除4-氯苯酚效率最高;当NC-800投加量为100mg/L、PDS投加量为5mmol/L时,反应30min后,50mg/L的4-氯苯酚的总去除率达99.10%;初始pH对4-氯苯酚去除率无明显影响;NC-800活化过硫酸盐降解4-氯苯酚遵循非自由基途径,单线态氧为降解4-氯苯酚的活性物质。循环使用实验证明NC-800具有一定的稳定性,4次循环使用后,4-氯苯酚去除率仍可达到73.80%。

过渡金属氮碳复合阴极材料研究进展

过渡金属氮碳复合材料具有优异的电催化性能,被广泛应用于燃料电池阴极。综述了过渡金属氮碳复合阴极材料的研究现状和制备方法,讨论了热处理工艺对过渡金属氮碳复合阴极材料电化学性能的影响和可能的催化机理,指出了过渡金属氮碳复合阴极材料目前存在的问题和今后的研究方向。

基于镍/氮掺杂碳复合材料的双功能电催化剂合成及电化学性能研究

通过高温热解氢氧化镍/聚苯胺前驱体,制备了镍/氮掺杂碳复合材料,并作为双功能电催化剂应用于可充电锌-空气电池。利用X射线衍射、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对样品的形貌与结构进行表征,并利用电化学工作站与旋转圆盘电极对样品的氧还原与氧析出电催化性能进行测试。线性扫描伏安曲线的结果表明,在0.1 M KOH水溶液中氧还原起始电位与半波电位分别为0.894 V和0.833 V vs.RHE,接近商业Pt/C。氧析出过电位在电流密度为10 mA·cm^(-2)时为0.356 V vs.RHE,略优于RuO_(2)。