高含量氮掺杂碳纳米管的合成及NO电氧化

为研制NO检测灵敏度高的电极修饰材料,以吡啶和尿素为碳源和氮源,以Fe-MgO为催化剂,在NH3下于800～900℃采用CVD法原位合成了氮掺杂碳纳米管(CNx-NTs),确定了氮的原子分数为7.05CNx-NTs的最佳合成条件.通过对透射电镜(TEM)、x-射线光电子能谱(XPS)、x-射线衍射分析仪(XRD)和Raman光谱进行研究,结果表明所合成的CNx-NTs随着反应温度的降低有序度减小,管壁缺陷增加.循环伏安法研究的NO在碳纳米管修饰电极上的电氧化行为结果表明:NO在CNx-NTs修饰电极上的电氧化活性均高于未掺杂氮的多壁碳纳米管(MWCNTs),其中,氮原子分数为7.05的CNx-NTs修饰电极的电氧化峰电位最小,峰电流密度最大,反应活性较大.该电极上NO检测的灵敏度最高,是一种比较理想的电极修饰材料.

NO在多壁碳纳米管修饰电极的电氧化行为

为研制生物医学和环境检测的NO电化学传感器,用碱和硝酸对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行功能化。采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗法（EIS）研究NO在多壁碳纳米管修饰电极上的电氧化行为,并探讨相应的反应机理。研究结果表明：当氧化电位较低（0.50~0.65 V）时,NO的电氧化受电极电位驱动,氧化速度随着电极电位的升高而加快;当电极电位达到一定值（0.70~0.80 V）时,其电极反应受电荷转移和扩散混合控制;当电极电位较高（0.85 V）时,NO的电极反应受扩散控制;与MWCNTs修饰电极相比,MWCNT-COOH修饰电极上反应的活化能（氧化峰电位）明显降低,其峰电流密度（反应速度）是MWCNTs修饰电极的1.4倍,说明MWCNT-COOH修饰电极能够有效地提高NO氧化的电催化活性和检测灵敏度。

β-环糊精改性的多壁碳纳米管对NO的吸附性能研究

为开发NO气敏传感器,采用β-环糊精对模板法制备的多壁碳纳米管进行了表面修饰改性.利用扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射、热分析-质谱等表征手段研究了改性的MWCNTs的结构性能,并对NO的吸附-脱附作用机理进行了讨论.结果表明:环糊精的小口端易与多壁碳纳米管的管壁相互作用并结合在一起,使环糊精包覆在多壁碳纳米管的表面.多壁碳纳米管外或内层的环糊精可以通过氢键与环糊精以层与层的方式进行连接,达到对MWCNTs的多层改性修饰作用.XRD研究证明经环糊精改性的多壁碳纳米管其结构并没有发生变化.热分析质谱研究发现,β-环糊精改性的MWCNTs对NO的吸附-脱附能力均大于未改性的MWCNTs,其中MWCNTs吸附NO主要是表面物理吸附和管体空腔内的化学吸附;而经β-环糊精修饰的MWCNTs除本身能够吸附NO外,其表面包覆的β-环糊精空腔也能够吸附NO分子,并与NO形成非共价键吸附.β-环糊精与MWCNTs质量比为10∶1时,其吸附NO的量最大,是未改性MWCNTs的1.69倍.

纳米ZSM-5分子筛的液相沉积改性及其催化己烯-1芳构化反应性能

烯烃芳构化是催化裂化(FCC)汽油改质、高辛烷值燃料油的重要手段。采用预制晶种法合成了纳米ZSM-5分子筛,并采用液相沉积法制备了Ga沉积量不同的系列改性纳米ZSM-5分子筛,分别采用XRD、N2物理吸附、SEM、TEM、XPS、H2-TPR和Py-IR等表征手段对改性前后的纳米ZSM-5分子筛的形貌、织构特性和酸性等进行了表征,并采用固定床微型反应器对其催化己烯-1芳构化反应性能进行了评价,研究了Ga改性对纳米ZSM-5分子筛的物理化学性质及催化性能的影响规律。Ga液相沉积改性的ZSM-5分子筛中Ga物种主要以Ga_(2)O_(3)和提供强Lewis酸性位的GaO^(+)形式存在,由于Ga改性提高了分子筛的脱氢反应活性,己烯-1芳构化反应的芳烃选择性显著提高,以Ga沉积量适宜的Ga4.2/NZ5为催化剂时,芳烃选择性高达55.4%。

Fenton试剂作为·OH引发剂的超细纳米ZSM-5分子筛的合成及其催化MTG反应性能

通过向合成ZSM-5分子筛的初始凝胶中加入Fenton试剂作为羟基自由基(·OH)引发剂,在90℃下合成了系列不同晶化时间的超细纳米ZSM-5分子筛(NZ5-Fx)。作为对比,采用传统模板法在170℃下晶化合成了纳米ZSM-5分子筛(NZ5-T)。采用XRD、SEM、TEM、N_(2)物理吸附、^(29)Si MAS NMR、^(27)Al MAS NMR、EPR、NH_(3)-TPD和Py-IR等方法对分子筛进行了表征,并研究了·OH的引入对所合成的NZ5-Fx系列ZSM-5分子筛的物化性质及甲醇制汽油(MTG)催化反应性能的影响。结果表明,与样品NZ5-T相比,·OH促进下低温合成的NZ5-Fx系列ZSM-5分子筛具有更小的晶粒尺寸、更大的介孔孔容,位于孔道交叉处的骨架Al原子所占的比例更高,而且具有更加温和的酸性,在催化MTG反应中表现出更异优的催化性能。以纳米ZSM-5分子筛样品NZ5-F12d为MTG反应的催化剂,甲醇转化率为96.2%时,汽油的选择性高达66.5%。

三嗪类污染物光催化降解研究进展

三嗪类污染物是农业生产中广泛存在的环境激素类农药,其广泛且稳定的环境残留对生物体通常造成不可逆的伤害。利用光催化技术降解三嗪类污染物具有廉价、效率高、环保可持续等优势。研究发现,不同光催化剂材料降解不同结构的三嗪类污染物的光催化机制各不相同。目前,对于三嗪类污染物的结构性质缺少总结,对于光催化降解机制,还缺乏系统的总结和归纳。基于此,本文系统总结了三嗪类污染物的理化性质,以活性物种(ROS)进行分类,归纳了羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O_(2)^(-))、空穴(h^(+))、单线态氧(1O_(2))及多活性物种协同的五种光催化降解机制,总结了光催化剂能带结构与所产生的活性物种之间的关联,以及不同活性物种对污染物降解机制的影响。探讨了降解三嗪类污染物的机制探究的欠缺及研究难点,展望了今后光催化降解三嗪类污染物可能的研究方向和重点。