纳米多孔Co-Ni-B/Cu-BTC复合材料的制备及其催化水解氨硼烷的研究

首次通过化学还原法制备了纳米多孔Co-Ni-B/Cu-BTC复合材料,在Co-Ni-B合金中掺入金属框架化合物Cu-BTC后有效地提高了复合材料的比表面积,其形貌由团聚的纳米粒子变成纳米多孔结构,复合材料的催化性能也得到显著的提高,用于催化氨硼烷的水解,表现出良好的催化活性。在30℃时,催化水解氨硼烷制氢的反应速率到达2 670mL/(min·g),其水解反应的活化能为22.4kJ/mol,与文献相比,表现出较大的优势。所制备的复合材料还具有良好的化学稳定性,表现出重要的应用前景。

CTAB改性Cu-BTC材料的合成及其吸附分离二甲苯异构体的性能

通过水热法合成Cu-BTC晶体的过程中添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),通过调节CTAB的添加量对吸附材料的形貌和孔结构进行改性,改性后的Cu-BTC材料与原Cu-BTC相比,其对对二甲苯(PX)的静态吸附量明显提高,且高于间二甲苯(MX)和邻二甲苯(OX),从而提高了异构体的吸附选择性。研究了二甲苯异构体在Cu-BTC-CTAB材料上的静态吸附性能和吸附动力学性能。在298K、318K和338K温度下进行了一系列二甲苯有机蒸气吸附平衡实验,得到了静态吸附速率曲线和吸附等温线。改性材料中CTAB添加量为0.08%的Cu-BTC-CTAB样品对PX的吸附量和选择性最优。动力学研究表明,二甲苯异构体在Cu-BTC-CTAB上的吸附过程可以用一级动力学模型来描述。

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

Cu-BTC和石墨烯改性的高性能染料敏化太阳能电池

采用Cu-BTC和三维网状石墨烯(3DGNs)对光阳极材料进行改性,通过提高光阳极的比表面积以及提供光生电子的快速输运通道,器件的短路电流和光电转换效率实现了显著的提高。采用SEM和XRD对复合光阳极的微结构进行分析,通过电流-电压曲线和入射光电流转化效率分析其光伏特性。通过调整光阳极中Cu-BTC,3DGNs和TiO 2的质量分数实现各种组分的协同作用。优化后,器件的短路电流为(20.5±0.1)mA/cm^(2),开路电压为(680±2)mV,填充因子为(61.9±0.1)%,能量转换效率为(8.63±0.1)%。

金属有机架构物Cu-BTC低温吸附储氢数值模拟研究

物理吸附储氢具有安全性能高、储氢密度大及充放氢速率快的优势,是一种极具应用潜力的储氢方式,其中金属有机架构物(MOFs)材料凭借其高度有序的孔隙结构和可调控特性已成为理想的吸氢材料。为探究吸附储氢过程热效应对储氢性能的影响,首先建立了吸附储氢数值模型并进行验证,随后对比分析了Cu-BTC与活性炭AX-21的储氢特性,并探究不同温度下Cu-BTC的储氢能力。计算结果表明:相较于AX-21,采用Cu-BTC作为吸附剂材料,常温下储氢量提升了12.8%;将储氢温度降至77 K时,Cu-BTC储罐的最高压力降至0.97 MPa,储氢质量相较于常温300 K提升了174%。以上结论可为Cu-BTC材料储氢研究提供参考。

凝胶法制备Cu-BTC块体及其吸附脱除二甲基二硫醚性能

金属有机骨架材料Cu-BTC具有高孔隙率、易调控的骨架结构以及含过渡金属等特点,是吸附脱除硫化物的优异材料。采用凝胶法在常温条件下制备块状样品Cu-BTC-g,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附-脱附等手段对其进行分析表征,同时测定Cu-BTC-g样品对模型硫化物二甲基二硫醚(DMDS)的静态吸附容量、吸附热力学和动力学特性。结果表明:凝胶法制备的Cu-BTC-g样品晶体平均尺寸约为0.2μm、比表面积为901 m^(2)/g、孔体积为0.40 cm^(3)/g,晶体尺寸、比表面积和孔体积均小于溶剂热法合成的样品Cu-BTC-s;在吸附温度298 K下,Cu-BTC-g样品的DMDS吸附容量为110.8 mg/g,比Cu-BTC-s样品提高12%。

形貌可控的石墨烯/Cu-BTC复合物对VOCs吸附性能研究

制备还原氧化石墨烯(RGO)和Cu-BTC,并进一步通过水热反应将两者结合制备高性能吸附剂用于吸附挥发性有机物(VOCs)。通过对水热过程中反应温度和反应时间的调整,实现对复合吸附剂中RGO材料形貌的控制,进而实现对不同气体吸附能力的调控。结果表明:优化后的复合材料对甲醇和乙醇的吸附量分别达到13.6mmol/g和9.68mmol/g。复合材料中RGO的形貌对其在高温下的稳定性具有重要的影响,当RGO为纳米片状时,复合吸附剂的高温稳定性最好。此外,所制备的复合材料具有较大的比表面积和溶液中的高稳定性,复合RGO后其吸附溶液中的罗丹明B量比纯Cu-BTC高18.9%,表明其在污水净化领域也具有潜在的应用。

改性氮化碳/铜基MOF纳米复合材料修饰电极对草甘膦的电化学检测研究

使用铜基MOF材料(Cu-BTC)和含羰基杂环的介孔氮化碳(CN)合成的纳米复合材料修饰电极构建了电化学传感器,采用差分脉冲伏安法检测水环境中的草甘膦。该传感器的检测机理是通过Cu^(2+)与草甘膦发生络合反应,使得响应电流发生降低。所制备的材料通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术、X射线光电子能谱和傅立叶变换红外光谱等进行表征,确认了其形貌与结构。实验结果表明,该传感器具有高的灵敏度,检出限为0.1576 pg/L,线性范围为10^(-6)~10^(-12)g/L,对草甘膦具有良好的选择性。当评估该传感器以检测实际水样中的草甘膦时,回收率达到94%~107%,表现出很高的准确性和实用性。

稀土铈对化学沉积Co-Ni-B合金镀层结构和性能的影响

研究了稀土铈对化学沉积Co Ni B合金层化学组成、结构和性能的影响。结果表明 :微量稀土铈的加入提高了镀层中钴的含量 ,降低了镍和硼的含量 ;使镀层由非晶态转变为晶态 ;稀土铈也明显地提高了镀层的显微硬度 ,在一定的范围内 ,镀液中稀土铈添加量越多 ,镀层的铈含量和显微硬度也越高 ;稀土铈还提高了镀层的饱和磁化强度 ,降低了剩余磁化强度和矫顽力 。

稀土镧对化学镀Co-Ni-B合金沉积速度的影响

向Co-Ni-B合金镀液中加入了稀土La.以沉积速度为评价标准,通过正交试验得到其适宜的镀液基础配方为:10～13 g/L CoCl2 * 6H2O,2.3～4.9 g/L NiCl2 * 6H2O,0.6～1.2 g/L NaBH4,55～65 g/L Na2C4H4O6 * 2H2O,12～16 g/L NH4Cl,1～2 g/L稳定剂,0.8～1.2 g/L La,θ 50～80 ℃,pH 14,负载因子 0.4～0.8 dm2/L.在此基础上,研究了La对沉积速度的影响,结果表明,La能提高Co-Ni-B镀液稳定性、沉积速度,改善镀层表面质量.在一定范围内,La的加入量越多,效果越明显;La的适宜加入量为0.8 g/L.同时探讨了主盐浓度、还原剂浓度、络合剂浓度、缓冲剂浓度对沉积速度的影响.

金属有机骨架材料Cu-BTC降成本及放大合成研究

以工业级均苯三甲酸为配体,采用溶剂热法合成Cu-BTC材料,在0.1,1,10 L三种不同规模的反应釜中对CuBTC材料进行逐级放大,并对10 L反应釜体系进行平行实验,利用XRD、SEM、N_2吸附-脱附等表征手段对合成的CuBTC材料进行表征。实验结果表明,工业级均苯三甲酸完全可替代试剂级配体合成出晶型完整、比表面积高和孔体积大的Cu-BTC材料,能大幅降低原材料成本;逐级放大制备的Cu-BTC材料的比表面积、孔体积、结晶度和甲烷吸附量相差较小,且物化性能优于市售产品Basolite C300;合成Cu-BTC材料反应的重现性较好,适合规模化放大生产。

金属有机骨架材料Cu-BTC的成型及储甲烷性能研究

为探索Cu-BTC材料在天然气吸附存储中的应用,采用滚动成型法对Cu-BTC粉末进行成型,考察了成型前后样品的晶体结构、孔结构和甲烷吸附量,并与活性炭小球进行对比。结果表明,虽然成型后Cu-BTC小球损失了部分比表面积、孔容和23%的甲烷吸附量,但比表面积和总孔容仍高达1 259 m2/g和0. 56 cm^3/g。在298 K、3. 5 MPa下,Cu-BTC小球的甲烷质量吸附量为161 cm^3/g,高于活性炭小球的114 cm^3/g,体积吸附量为110 cm^3/cm^3,可交付使用的甲烷量为145 cm^3/g。

Cu-BTC/Al2O3复合材料的制备及其吸附甲烷性能

采用原位浸渍法合成了Cu-BTC/Al2O3复合材料,利用XRD、SEM、N2吸附-脱附等方法比较了预置有机配体于载体对复合材料的性质及其吸附甲烷性能的影响。实验结果表明,预置有机配体有利于降低Cu^2+和BTC-的竞争吸附,使得较多的Cu-BTC晶体在Al2O3载体内部生成,保留了Cu-BTC的晶体结构特点和微孔结构特点,随着有机配体预置量的增加,复合材料的甲烷吸附量也增加。在298 K和3.5 MPa下,适宜的有机配体预置量为35%(w),Cu-BTC/Al2O3复合材料的最大甲烷吸附量为100.50 cm^3/g。

含铈化学镀Co-Ni-B合金镀覆工艺的研究

研究了Ce加入化学镀钴镍硼合金的工艺。在正交试验的基础上分析了镀液组成对沉积速度的影响,综合考察了镀层表面质量及镀层与基体的结合力。结果表明在化学镀钴镍硼合金的工艺中,Ce加入后,镀液的稳定性、沉积速度和镀层质量能明显提高,并由此得出含Ce化学镀Co-Ni-B镀覆工艺的最佳镀液组成和操作条件。

Cu-BTC@聚氨酯海绵复合材料对水溶液中Ce^3+的吸附

采用原位浸渍法合成了Cu-BTC/PUS复合材料,利用XRD,FTIR,XPS,ICP-OES等方法分析了复合材料结构性质及其吸附Ce^3+的性能。实验结果表明,复合材料对Ce^3+的吸附过程同时存在离子交换反应和络合配位反应,吸附过程符合Langmuir方程和准二级动力学模型。在pH=6、25℃和溶液初始浓度为600 mg/L时,Cu-BTC/PUS复合材料对Ce^3+的最大吸附量为177 mg/g。

含Ce化学沉积Co-Ni-B合金电化学行为的研究

研究了稀土元素Ce对化学沉积Co-Ni-B合金成分和电化学行为等的影响,利用等离子光谱仪分析了沉积层的化学组成,在电子天平上测定了合金的沉积速度,使用LK988Ⅱ型电化学分析系统测定了化学沉积过程阴极极化曲线和循环伏安曲线。结果表明,在水溶液中稀土元素Ce可以与钴基合金实现共沉积,且随着镀液中Ce的浓度的增大,合金镀层中Ce、Co和Ni的含量逐渐升高,B含量降低;且Ce在一定范围内能够明显提高合金的沉积速度;稀土还使Co-Ni-B合金的析出电位发生了正移,减小了极化度。

稀土La对化学沉积Co-Ni-B合金镀层的改性作用

为了得到性能优良的钴基软磁薄膜,利用等离子发射光谱仪、电子能谱仪、显微硬度计等考察和分析了引入稀土金属La时化学沉积Co-N i-B的合金镀层成分、显微硬度和磁性能。结果表明:微量稀土La的加入提高了镀层中Co的含量,降低了N i和B的含量;在一定的范围内,稀土La能明显提高合金镀层的显微硬度,饱和磁化强度,降低剩余磁化强度和矫顽力。因此,Co-N i-B-La镀层显示了良好的软磁性能。

超声波和稀土铈对化学镀Co-Ni-B合金镀层的改性作用

利用等离子发射光谱仪、电子能谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和显微硬度计等考察和分析了引入超声波和稀土金属铈时化学镀Co Ni B合金镀液的沉积速度、Co Ni B合金镀层的化学成分、晶体结构和显微硬度。结果表明 ,超声波和稀土金属铈的介入明显提高了化学镀Co Ni B合金的沉积速度 ,超声波的介入则提高了化学镀Co Ni B Ce合金镀层中稀土铈的含量。在超声波和稀土铈的共同作用下 ,化学镀Co Ni B合金镀层的化学组成发生了改变 ,镀层结构由非晶态向微晶和晶态转化 。

含Ce化学镀Co-Ni-B合金镀层功能特性的研究

借助磨损试验机和振动样品磁强计等研究了稀土金属Ce对化学镀Co -Ni-B合金镀层磨损体积、磁化强度、矫顽力和磁导率的影响。结果表明 :稀土Ce明显地提高了Co -Ni-B合金镀层的耐磨性 ,随镀液中稀土铈添加量增加 ,合金镀层的磨损量是先降后增 ,在镀液里Ce =0 8g/L时最小。稀土铈影响了化学镀Co -Ni-B合金镀层的电子结构和磁矩 ,与非晶态的Co -Ni-B合金镀层相比 ,微晶结构的Co -Ni-B -Ce合金镀层具有较高的饱和磁化强度和磁导率 ,较低的剩余磁化强度和矫顽力 ,显示出了良好的软磁性能。

Cu-BTC吸附剂对模拟油中有机氯化物的脱除性能

采用水热合成法制备了苯-1,3,5-三甲酸铜(Cu-BTC)吸附剂,利用X射线衍射、扫描电镜、N_(2)吸附-脱附和热重分析等手段对其进行表征;通过静态吸附法用Cu-BTC吸附脱除模拟油中的3-氯-2-甲基-1-丙烯(A)、1,4-二氯丁烷(B)、3-氯-2-甲基苯胺(C)和5-氯-2-甲基苯胺(D),考察吸附时间、吸附温度、剂油比、有机氯化物初始质量浓度对氯化物脱除效果的影响,优选吸附条件,并采用Langmuir,Freundlich,Temkin,D-R吸附等温方程拟合吸附数据,研究Cu-BTC对有机氯化物的吸附机理。结果表明:Cu-BTC对有机氯化物优选的吸附时间为240 min,吸附温度为303.15 K,剂油质量比为1∶40,且吸附剂的再生性能好;Langmuir吸附等温方程更适合描述Cu-BTC对有机氯化物的吸附过程,Cu-BTC对A,B,C,D的最大吸附量分别为11.90,5.21,23.81,47.62 mg/g;吸附剂具有较好的吸附选择性,易于吸附含有不饱和键的有机氯化物。