铜铁双金属掺杂TiO_2/膨润土光催化降解直接天蓝染料性能研究

以溶胶-凝胶法制备了Cu-Fe双金属掺杂TiO2/膨润土负载型复合光催化剂,以直接天蓝溶液为模拟染料废水,考察了光照条件、催化剂用量、溶液pH值、反应时间、催化剂再生等条件对催化剂光催化性能的影响。结果表明,该光催化剂对质量浓度为50 mg/L的直接天蓝溶液,在催化剂用量为3 g/L、溶液pH值为3、光照时间为1.5 h的反应条件下,在紫外光和可见光下的脱色率分别高达98.6%和97.3%,且该催化剂具有良好的再生性能,表现出较好的应用前景。

硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明,Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙,颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^(-2)时,其过电势分别为278和309 mV,Tafel斜率为24 mV·dec-1,说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中,电势基本保持在1.55 V(vs RHE),表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。

双金属掺杂改进纳米二氧化钛的SERS性能

通过溶胶-水热法合成了Ni和Zn双金属共掺杂的TiO_2纳米粒子,并以其作为SERS活性基底对吸附在表面的4-巯基苯甲酸(4-MBA)探针分子进行了SERS研究。结果显示,吸附在Ni和Zn共掺杂TiO_2表面上的4-MBA分子展现了不同程度的SERS增强;适当比例的双金属掺杂有利于TiO_2基底对吸附分子的SERS增强。此工作将有助于进一步扩展纳米TiO_2作为SERS活性基底的研究及其应用。

氮掺杂介孔炭负载FeCu双金属催化剂及其CO加氢性能研究

利用氮掺杂介孔炭负载FeCu双金属,改变Fe/Cu组成,考察催化剂结构性质特征及其CO加氢反应性能。结果表明,Fe、Cu与N相互作用存在差异,Cu-N相互作用较强,并直接促进了Cu的分散。在较高的金属负载量(45.0%-50.0%,质量分数)下,Cu仍保持了与N一致的均匀分布特征,催化剂表面Fe/Cu组成也因为Fe、Cu分布特征差异而小于体相,这与常见Fe-Cu体系明显不同。在所用预处理条件(300℃的H2气氛)下,Fe未被完全还原,H主要与Fe-O作用,以Fe-O-H形式存在,而Cu-N作用较强,金属Cu与H作用较弱,使得催化剂表面活性氢碳比降低,导致C5+选择性随Fe/Cu比值的减小逐渐增加。与此同时,载体向负载金属的电子偏移能力也随着Fe/Cu比值的减小逐渐增强,促使催化剂表面碱性随Cu含量的增加逐渐增强,最终导致C5+选择性、醇选择性进一步增加。

双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球的液相合成与电化学储锂性能

使用廉价的硅铝合金前驱体,通过简单的化学沉积方法制备了新型双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球(pSi@SnNi)。pSi@SnNi复合材料的三维多孔结构可以缓冲硅在锂化过程中的巨大体积膨胀,增加储锂活性位点。双金属(Sn/Ni)的掺杂可以提高硅的电子导电性,改进pSi的结构稳定性。由于其独特的组成和微观结构,具有适当Sn/Ni含量的pSi@SnNi复合材料显示了较大的可逆储锂容量(0.1 A·g^(-1)下为2651.7 mAh·g^(-1))、较高的电化学循环稳定性(1 A·g^(-1)下400次循环后为1139 mAh·g^(-1))和优异的倍率性能(2.5 A·g^(-1)下为1235.8 mAh·g^(-1))。

双金属掺杂SBA-15催化合成双酚F及其同分异构体调控

以Al和Zr的金属盐为前驱物、正硅酸乙酯为硅源,通过直接水热法制备了不同n(Si)/n(M)(M=Al、Zr或Al-Zr)的催化剂M-SBA-15。通过X射线衍射、N_(2)吸附-脱附、吡啶红外光谱等手段对制备样品进行了表征,并将其用于催化苯酚、甲醛的羟烷基化反应中合成双酚F。结果表明:Al和Zr原子成功掺杂到SBA-15的骨架中,并且在M-SBA-15上同时存在BrΦnsted酸和Lewis酸位点;当n(Si)/n(M)为20时,催化效果最好,双酚F的收率达到82.4%,此外,可以通过调控原料中的n(Al)/n(Zr),调节4,4’-,2,4’-,2,2’-双酚F含量;最后,提出了M-SBA-15催化合成双酚F的可能反应机理。

低Cu(Ⅰ)掺杂的高效双金属Fe-MOFs催化剂的制备及其催化过硫酸盐降解有机染料的性能研究

本文采用低Cu(Ⅰ)含量掺杂经水热法,构建了具有高效催化活性的双金属FeCu(Ⅰ)-MOFs,并研究了催化过硫酸钾降解罗丹明B的性能。双金属MOFs-FeCu(Ⅰ)BDC-1.5%催化性能最佳,RhB的降解率为98.5%,明显高于单金属FeBDC(68.42%)和Cu(Ⅱ)掺杂的双金属FeCu(Ⅱ)BDC-25%(78.74%)。相应的降解速率常数是FeBDC的5倍,Cu(Ⅱ)掺杂双金属MOFs的4倍。Cu(Ⅰ)掺杂的双金属MOFs催化活性增强的原因为:Cu(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)参与晶格配位,造成配体缺失,导致多种金属离子的配位不饱和位点增多;同时多价态双金属之间的相互协同效应,加快了电子的转移效率,促进了Fe^(3+)/Fe^(2+)和Cu^(2+)/Cu+循环,提高了激活PS产生过硫酸根基自由基的效率。

双金属掺杂石墨烯的析氧反应性能

基于密度泛函理论系统地研究了以氮配位的双金属掺杂石墨烯(M_(1)M_(2)N_(6)-Gr,M_(1)、M_(2)=Fe、Co、Ni、Cu)的析氧反应性能,发现析氧反应活性与OH^(*)的吸附强度相关,且弱OH^(*)吸附强度利于反应的进行.其中,CuCuN_(6)-Gr表现出最好的析氧反应活性,其反应的理论过电势仅为0.44 V,与RuO_(2)的电化学析氧活性相当.

双金属-氮掺杂炭催化剂的制备及其电催化CO_(2)性能

金属-氮掺杂炭是一类新兴的应用于CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的非贵金属电催化剂。目前的制备方法主要采用浸渍法为主的后处理方式,通常涉及较多的步骤,且金属种类单一。以4,4'-联吡啶为配体、硝酸铁和氯化铜为金属节点,通过配位竞争的策略合成FeCu配位聚合物,后经原位热处理得到FeCu-N-C系列催化剂。分别采用SEM、TEM、XRD、N2吸附-脱附等技术对催化剂形貌结构、金属物种状态、孔隙结构等进行了表征。采用三电极体系评价了FeCu-N-C系列催化剂在电催化CO_(2)RR产合成气(CO/H2)中的性能。结果表明,通过调控Fe、Cu的物质的量比、炭化温度、金属组合等条件可调控合成气中n(CO)/n(H2)的比例。在较宽电位范围内(-0.7~-1.3 V)生成的合成气中n(CO)/n(H2)可在0.15~3.33调控,可满足甲醇合成、费托反应及合成气发酵等重要反应的供给气配比。

双金属Co/Fe-N-C催化剂合成及氧还原性能研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其铂基催化剂昂贵和资源稀缺,未能得到大规模应用,过渡金属氮掺杂碳(M-N-C,M=Fe,Ni,Mn,Co)单原子催化剂被认为是有潜力的氧还原反应(ORR)催化剂,其中Fe-N-C催化剂在酸性介质下具有较高的氧还原催化活性,成本低,受到广泛关注,被认为是最具有前途替代铂基催化剂的燃料电池催化剂,然而,大多数报道的Fe-N-C催化剂在燃料电池中的性能仍不如铂基催化剂,并且在酸性介质下稳定性差,而不能被广泛应用,在此,我们报道了一种以ZIF-67为前驱体,在具有稳定高石墨化NC载体上构建Fe-N_(x)和Co-N_(x)双活性位点,得到的Co/Fe-N-C双原子催化剂实现了0.96V(vs.RHE)的起始电位(E_(oneset))和0.79 V(vs.RHE)的半波电位(E_(1/2)),对比Fe-N-C和Co-N-C催化剂有着更显著的稳定性和更优异的ORR活性,为提高Fe-N-C催化活性和耐久性提供一条新思路。

双金属配合氮掺杂石墨烯气凝胶与其电催化析氢构效关系的综合实验研究

电催化析氢及相关催化剂设计是新能源材料与器件"新工科"专业课程体系中的重要内容。该综合实验采用水热、退火和酸浸等方法制备了Fe-Co-N共掺杂石墨烯气凝胶。表征发现,双金属配合氮的引入有利于形成具有高缺陷的多孔结构,提高了质荷传输和氢吸附能力,相较Pt等贵金属催化剂,表现出增强的电催化析氢活性、较低的起始电位、较小的Tafel斜率、低成本和良好的稳定性。在新工科工程教育中,该综合实验支撑了材料结构-性能之间构效关系培养目标和团队协作、经济性等非技术要素培养目标的达成,收效良好。

氮掺杂碳负载Pt-Ni双金属催化剂催化硅烷与醇脱氢偶联反应

在合成镍-1,2,4,5-苯四胺四盐酸盐配位聚合物(Ni-BTA)的过程中加入氯铂酸,采用一锅法合成了催化剂前驱体Pt-Ni-BTA。然后在一定温度条件和氮气氛围下焙烧制得一系列氮掺杂碳负载Pt-Ni双金属催化剂(Pt-Ni-BTA-T),表征了催化剂的结构,探究了其用于硅烷与醇的脱氢偶联反应时的催化活性、循环稳定性和底物适用范围。结果表明,Pt-Ni-BTA-600的催化活性和循环稳定性较佳,30℃反应3 h即能完全将二甲基苯基硅烷转化为二甲基苯基乙氧基硅烷,在连续循环使用7次后催化活性无明显降低;Pt-Ni-BTA-600的底物适用范围较广,对二甲基苯基硅烷、苯硅烷和二苯基硅烷均具有良好催化活性;此外,Pt-Ni-BTA-T的制备条件温和,合成方法简单,符合绿色化学要求,具有广阔的工业化应用前景。

双金属掺杂型二氧化钛催化降解甲基橙水溶液动力学研究

采用溶胶-凝胶法合成了双金属掺杂型二氧化钛,并且在指定条件下,进行了降解甲基橙废水的动力学研究,结果表明:该反应符合一级动力学反应。

双金属掺杂型二氧化钛催化降解甲基橙水溶液动力学研究

采用溶胶-凝胶法合成了双金属掺杂型二氧化钛,用其作催化剂对甲基橙废水进行了处理,探讨了催化剂用量、pH值对甲基橙降解反应的影响,同时对此反应进行了动力学研究。结果表明,该反应符合一级动力学反应。

Cu/SiO_2、Fe/SiO_2和Cu-Fe/SiO_2催化乙酸气相加氢反应的研究

以硝酸铜和硝酸铁为金属前驱体采用等体积浸渍法制备了Cu/Si O_2、Fe/Si O_2和Cu-Fe/Si O_2催化剂,用于催化乙酸气相加氢生成乙醇和乙酸乙酯。在320℃、2.0 MPa、乙酸液时空速0.6 h^(-1)、氢酸摩尔比为5的条件下,Cu-Fe/Si O_2双金属催化剂对乙醇和乙酸乙酯的总选择性达到了93.5%,明显高于Cu/Si O_2和Fe/Si O_2单金属催化剂。同时,C_3产物(丙烷、丙烯、丙酮和异丙醇)、CO_2以及CH_4、CO、C_2H_6和C_2H_4等不凝性气体在双金属催化剂上得到了显著的抑制。对催化剂进行了透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、氢气-程序升温还原(H_2-TPR)和X射线光电能谱(XPS)表征分析,结果表明双金属催化剂上的Cu^0与铁的氧化物之间的协同作用是催化剂具有优越催化性能的主要原因。

铋基双金属光催化剂合成及降解有机污染物研究进展

铋基双金属光催化剂包括铋基双金属氧化物、铋基双金属配合物及铋酸盐。综述了铋基双金属光催化剂分类、制备方法及其在光催化降解水中有机污染物的研究进展。系统介绍了铋基双金属材料制备方法,包括水热法、溶剂热法、化学溶液分解法、熔盐法、沉淀法、高温固相法等。同时重点阐述了铋基双金属光催化剂掺杂和复合改性,并对铋基双金属光催化剂的研究方向进行了展望,目的是为开发高性能的铋基双金属光催化剂提供实用指南。

基于双金属MOFs衍生的NiCo/NC多孔碳催化材料的电化学性能研究

通过普通溶液法制备了双金属NiCo-ZIF-67纳米晶体,并将其作为前驱体,通过采用不同温度的高温热解得到氮掺杂双金属基碳材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)对材料的表面形貌、物相、化学元素分布以及表面化学键价态等进行表征分析;采用线性扫描伏安法(LSV)等电化学测试方法对材料的ORR/OER电催化性能和稳定性进行了研究。结果表明,相比于其他热解温度,在800℃下热解产物NiCo/NC-800的极限电流密度为4.26 mA·cm^(-2),具有接近商用Pt/C的ORR性能;在10 mA·cm^(-2)时NiCo/NC-800的过电势为469.6 mV,且相对应的塔菲尔斜率为98.68 mV·dec^(-1),具有优于商用RuO_(2)的OER性能,且具有良好的稳定性。

Fe基双金属氧还原电催化剂活性研究

采用共掺杂方法制备Fe-M(M=Co,Ni,Cu)双金属有机骨架,并进一步热解获得(Fe,M)-NC双金属掺杂碳氮氧还原电催化剂。X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)线性扫描伏安法等测试结果表明,热解温度与热解时长会显著影响电催化剂性能,950℃热解3 h制得的(Fe,Cu)-NC电催化剂氧还原活性最高,在酸性和碱性条件下均优于Fe-NC和其它两种(Fe,M)-NC电催化剂,且碱性条件下稳定性优于Pt/C。

铜铁共掺杂TiO_2/膨润土光催化剂的制备及光催化性能

以溶胶-凝胶法、液相沉淀法和机械混合法制备了Cu-Fe双金属掺杂的TiO2/膨润土复合光催化剂,采用XRD、FTIR对其进行了结构表征,以紫外光和可见光催化降解直接天蓝染料废水为模型,考察了制备方法对催化剂光催化性能的影响。结果表明:各催化剂中均有锐钛矿型TiO2生成,且部分TiO2进入了膨润土的蒙脱石层间,改变了其层间的有序性,生成了Ti—O—Si键,实现了TiO2粒子与膨润土的复合。溶胶-凝胶法制备的催化剂中TiO2与膨润土的复合程度最高,Cu2+和Fe3+成功掺入了TiO2晶格,形成了复合半导体,拓宽了TiO2的光谱响应范围,使该催化剂表现出最优的光催化活性,并且该催化剂性能稳定,易于沉降分离,经高温活化再生后仍具有良好的催化活性,可重复多次使用,表现出良好的再生性能。

稀土镝掺杂炭黑填充型粉末NR的硫化特性和硫化机理研究

采用液相化学沉积法和凝聚共沉法制备稀土镝掺杂炭黑填充型粉末NR[P(NR/HAF-Dy)],研究其在氧化锌配合和无氧化锌配合下的硫化特性,并对其硫化机理进行探讨。结果表明,在胶料中添加Dy可以提高胶料交联度,但提高幅度较氧化锌小,说明Dy对硫化反应的活化作用有限,不能代替氧化锌单独作活性剂使用;Dy可以延长焦烧时间,提高硫化速率和交联密度。在对胶料硫化特性和DSC曲线分析的基础上,提出Dy3+-Zn2+双金属活性中心硫化机理模型,认为该活性中心具有较大的位阻效应,延缓了其与S8的反应,并加快了多硫化物的断键速度,从而使P(NR/HAF-Dy)具有较长的t10和较快的硫化速率。