稻壳基碳材料负载钌催化剂的制备及其对氨硼烷水解制氢的催化性能

本研究采用简单的浸渍还原法,在N_(2)气氛下高温焙烧三聚氰胺和稻壳来制备氮掺杂稻壳活性炭载体(N-RHC),再采用RuCl_(3)溶液通过浸渍法将活性组分Ru负载到N-RHC载体上,得到Ru/N-RHC催化剂,探究了其对氨硼烷制氢的催化性能。结果表明,Ru负载量为5%(质量分数)的Ru/N-RHC催化剂具有较好的氨硼烷制氢催化性能,反应转化频率(TOF)达83.71 min^(-1),在光的照射下,该催化剂上氨硼烷水解的活化能从88.9 kJ/mol降到64.9 kJ/mol,且制氢速率与氨硼烷浓度以及催化剂浓度呈现正相关。

高熵合金在电催化氧还原反应中的应用及发展

开发用于氧气还原反应(ORR)的高效催化剂是提高燃料电池和金属-空气电池性能的关键。然而,ORR是动力学缓慢反应,存在着很高的过电势,从而降低了燃料电池和金属-空气电池的能量转换效率。高熵合金是由5种或5种以上金属元素等(近)物质的量比形成的一种新型合金材料。凭借其独特的组分与结构优势,高熵合金能够高效加速ORR、降低ORR过电势,表现出对ORR的显著催化作用。文章主要综述了高熵合金的结构、性能特点、制备方法以及在催化ORR方面的应用,并提出了挑战和发展展望。

Cu/SiO_(2)复合材料体系的构建及其高效催化醇类脱氢性能研究

铜基催化剂对环己醇的非氧化脱氢具有较高的选择性,但转化率仍然不足,且铜基催化剂的稳定性因铜烧结而需要提高。通过湿化学法制备了Cu/SiO_(2)纳米颗粒,并对催化剂进行了XRD、SEM、TEM、FT-IR、BET、XPS和UV-Vis表征。结果表明,在280℃和WHSV为11.62 h^(-1)的条件下,该催化剂对环己醇脱氢制环己酮的选择性接近100%,摩尔转化率为81%。此外,该催化剂对苯甲醇脱氢制苯甲醛也有良好的性能,在260℃、WHSV为12.48 h^(-1)时,苯甲醇的摩尔转化率为75%,苯甲醛的收率为61%;该条件下,催化剂的活性在48 h内保持稳定。

NiPd/TiO_(2)催化剂的制备及催化甲酸分解制氢

高效、清洁且无毒无害的催化剂是实现以甲酸(HCOOH)为化学储氢材料分解制氢的重点。首先,通过水热法453 K下制备了TiO_(2)载体;然后,通过浸渍法将活性组分Ni、Pd负载到TiO_(2)载体上合成了NiPd/TiO_(2)催化剂。采用SEM、TEM、N2吸附-脱附、XRD、XPS、UV-Vis DRS对催化剂样品进行了表征。探究了由不同n(Ni)∶n(Pd)制备的催化剂对催化甲酸分解制氢性能的影响。结果表明,NiPd金属粒子对TiO_(2)的改性不仅扩大了TiO_(2)的光吸收范围,还有助于电荷分离,加速光催化反应的进行。在光照下,当NiPd/TiO_(2)催化剂中n(Ni)∶n(Pd)=2∶8时,催化剂的反应转化频率(TOF)最大,为3528 h^(–1)(323 K下),甲酸分解的活化能(E_(a))为53.9 kJ/mol。

双模板剂合成CO_(2)P纳米片及其催化氨硼烷水解性能的研究

开发一种在温和条件下具有高活性、高选择性的催化剂是实现氨硼烷水解制氢应用的关键。以构建具有P掺杂材料为出发点,以两种不同比例的金属盐作为模板剂,以过渡非贵金属Co为中心金属,合成出制作方法简便、性能优异的催化剂。通过乙酸钴和氨水制备出Co_(3)O_(4)前躯体,将Co_(3)O_(4)前躯体与NaH_(2)PO_(2),NaCl,LiCl混合,在N_(2)气氛下焙烧,然后进行水洗将两种盐模板剂去除,得到纳米片催化剂CO_(2)P-NaLi。试验结果表明,当n(NaCl)∶n(LiCl)=1∶0.15时制备的催化剂CO_(2)P-NaLi_(0.15)催化活性最高,其在298 K、光照条件下催化氨硼烷水解反应的初始转化率(TOF)为31.2 min^(-1),且该催化剂上氨硼烷分解的活化能(E_(a))为60.8 kJ/mol。循环5次后,催化剂依然保持良好活性,表明其拥有良好的稳定性。

层状多孔炭片负载钌催化剂的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能研究

本研究以煤沥青为炭材料,氯化钠为模板剂,碳酸钾为活化剂,在氩气气氛下高温煅烧得到载体层状多孔炭片(LPCS),通过浸渍法向其中加入RuCl3金属溶液,将活性组分Ru负载到LPCS载体上合成Ru/LPCS催化剂,并对其催化氨硼烷水解制氢的性能进行了研究。结果表明,Ru/LPCS催化剂中,当煅烧温度为1123 K时,Ru的负载量为2%时,催化剂的反应转化频率(TOF)值最大,此时有光下催化剂的TOF为334.8 min^(-1),是无光照时TOF的1.38倍。在光照下,催化剂的活化能(Ea)从90.60 kJ/mol下降到70.33 kJ/mol。氨硼烷水解制氢速率相对于其浓度的级数为0.75,而相对于催化剂的用量满足于一级动力学关系。

ZnO/氧化石墨烯复合材料的制备及其可见光催化性能

以均匀沉淀法制备纳米ZnO,并将其负载在氧化石墨烯(GO)上制得了ZnO/GO复合材料。XRD、TEM、UV、PL等证实在GO表面分散着颗粒均匀的ZnO纳米颗粒,GO与ZnO纳米颗粒之间存在电子转移效应,抑制ZnO中光生电子空穴对的复合,提高了ZnO的可见光催化性能;考察了复合材料在模拟太阳光条件下降解亚甲基蓝的光催化性能,当GO添加量为10%时,模拟太阳光照射90 min后,对亚甲基蓝的降解率达到97.2%,经过10次循环使用后降解率没有明显降低,复合材料的可见光催化活性明显优于纯的纳米ZnO,同时ZnO/GO复合材料对部分工业染料也有很好的降解活性。

简便方法合成含铁石墨相氮化碳材料及其催化苯直接羟基化制苯酚（英文）

苯酚是一种重要的基本有机化工原料.全球近90%的苯酚都是经"三步异丙苯法"工艺合成而得,但是该工艺存在单程苯酚收率低(<5%)、酸污染严重等不足.同时由于联产丙酮,苯酚的产量也受丙酮市场所制约.由苯经氧化或羟基化一步法合成苯酚是催化化学领域中一项极具挑战的课题.由于苯分子较难活化,而苯酚易于深度氧化,因此研发和设计具有高活性和高选择性的催化剂是该课题的研究核心.因具有诸多特殊的理化性质,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作为一种新型碳质材料近年来在光催化、热催化、燃料电池和气体吸附等领域展示出广阔的应用前景.g-C_3N_4的类石墨层基本单元为大π共轭的三均三嗪环,对苯分子具有良好的吸附和活化能力.目前,g-C_3N_4(尤其是具有高比表面的介孔材料)在苯Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应、苯的CO2氧化等反应中均显示了良好的催化活性.尽管如此,由于缺乏合适的氧化活性中心,纯的g-C_3N_4对苯直接羟基化几乎无催化活性.本课题组曾将乙酰丙酮氧钒和氧化钒负载至介孔g-C_3N_4,发现该类催化剂在H2O2参与的苯直接羟基化反应中,苯转化率高达18%,而苯酚选择性大于95%.然而,此类介孔g-C_3N_4均采用硬模板法合成,制备周期长且需要HF溶液蚀刻氧化硅模板.另外,钒基组分在介孔g-C_3N_4表面也存在着部分溶脱现象.本文以FeCl_3和二氰二胺为前驱体,通过一步热解法直接合成了含铁的g-C_3N_4材料(Fe-g-C_3N_4).采用N2吸附-脱附、XRD、TG、FT-IR、UV-vis、XPS光谱和TEM对材料的理化性质进行表征.结果显示,Fe的原位引入能显著提高g-C_3N_4的比表面积和孔体积,且使其依然保持石墨相结构.同时,富N的g-C_3N_4材料能有效地锚定Fe离子,使其均匀地分散在载体表面.作为多相催化剂,Fe-g-C_3N_4在H_2O_2环境下对苯羟基化合成苯酚的反应表现出较高的催化活性.当反应温度为60°C,其苯酚收率最高可达17.5%,且回收使用多次催化剂活性表现稳定.与之前报道的含铁和负载氧化钒或乙酰丙酮氧钒的g-C_3N_4催化剂材料相比,Fe-g-C_3N_4催化剂制备工艺更加简便.

电催化氮还原合成氨MOF基催化剂研究进展

室温下电催化氮还原合成氨(nitrogen reduction reaction,NRR)因其较低的能耗而受到广泛关注。到目前为止,设计高效电催化剂以提高NRR性能是研究重点。其中,金属有机骨架(metal organic framework,MOF)及衍生材料因其独特的多孔结构和可控成分等优势促进了其在气体捕获、分离和催化中的应用。本文首先讨论NRR的反应机制,然后重点讨论MOF及衍生材料用作NRR电催化剂的研究进展,最后,对MOF基NRR电催化剂的设计策略、存在问题及NRR催化面临挑战进行了总结与展望。此外,文中指出:①自支撑MOF基电催化剂的合理设计对NRR性能有质的提升;②机器学习、DFT计算及原位测试技术的有效结合对NRR机理、催化剂的高效设计及筛选等具有重要指导意义。因此这些也将成为NRR催化未来研究趋势。

ZnFe_(2)O_(4)/NiAl/RGO复合材料的制备及其光催化降解抗生素性能

通过简单的溶剂热法制备了可磁分离的石墨烯基铁酸锌/镍铝层状双氢氧化物(ZnFe_(2)O_(4)/NiAl/RGO)光催化剂,实现了ZnFe_(2)O_(4)/NiAl/RGO纳米复合物的可控生长与氧化石墨烯(GO)的还原同步进行,并将所制备的催化剂用于环丙沙星(CIP)的催化降解。采用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)对光催化剂复合物的组成与形貌进行了分析。结果表明:ZnFe_(2)O_(4)/NiAl颗粒成功负载在石墨烯表面,NiAl层状双金属氢氧化物的复合可有效增强ZnFe_(2)O_(4)在可见光范围的响应,还原氧化石墨烯(RGO)可抑制ZnFe_(2)O_(4)/NiAl异质结的团聚,提高光催化性能。在模拟可见光照射下CIP的光降解效率约为96.2%,准一级动力学常数分别是ZnFe_(2)O_(4)/NiAl和ZnFe_(2)O_(4)的3.6倍和10.1倍,异质结的构建和RGO的负载可有效抑制ZnFe_(2)O_(4)的团聚,增加活性位点数量,提高光生电荷的分离和传输效率,延长光生在载流子寿命,从而有效增强ZnFe_(2)O_(4)的光催化活性。

可见光活性CuMOF/CdS复合光催化剂的合成

以二水合醋酸镉、硫代乙酰胺、乙二胺为原料,采用水热法合成了CdS纳米颗粒;以三水合硝酸铜、均苯三甲酸为原料,采用溶剂热法合成了CuMOF。通过对2种晶体超声分散、混合制备CuMOF/CdS复合光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis DRS及FT-IR分析方法对合成的CuMOF/CdS复合光催化剂进行表征。以亚甲基蓝为模拟的待降解有机污染物,考察了CuMOF复合量对光催化降解效率的影响。结果表明,当CuMOF与CdS质量比为1∶1时,CuMOF/CdS光催化剂对亚甲基蓝(MB)溶液表现了最佳的光催化降解效果;与单纯CdS和CuMOF晶体相比,其在相同条件下对MB的光催化降解效率分别提高了502%和287%。

C@Co_(3)O_(4)的制备及电催化耦合电絮凝法除氯研究

目前广泛使用的烟气脱硫技术主要采用石灰石-石膏湿法。该技术会产生大量的高氯废水,使得设备和管道被严重腐蚀。因此,脱硫废水除氯是目前迫切需要解决的问题。采用电催化法除氯时,生成的氯气返溶会生成盐酸和次氯酸,从而腐蚀电催化剂,导致析氯性能下降。因此,开发一种耐腐蚀的新型析氯电催化剂具有重要意义。本文制备了一种碳层包覆四氧化三钴的新型析氯电催化剂(C@Co_(3)O_(4))用于电催化耦合电絮凝法进行除氯。实验结果表明,C@Co_(3)O_(4)不仅除氯性能优于形稳性阳极(DSA),而且具有良好的稳定性;电压为5 V时,氯离子的去除率达到95%以上。

介孔氮化碳材料合成的研究进展

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一种新型的无金属材料,因其具有众多特殊的理化性质,在多相催化、光催化、燃料电池和气体储存等领域显示出了潜在的应用前景。与直接热聚合法制得的块状g-C_3N_4相比,介孔gC3N4拥有高比表面和丰富的介孔孔道,能暴露更多的表面活性位,继而提升其在催化反应等应用方面的性能。热聚合法是合成g-C_3N_4的最为便利的方法。其中,热聚合法合成介孔g-C_3N_4的工艺分为硬模板法、软模板法和无模板法。本文对近十年来国内外这三种合成工艺的研究进展进行了综述。特别是针对硬模板法,从前驱体合成机理、产品理化性质等多角度评述了硬模板法合成介孔g-C_3N_4的关键问题。此外,针对新型的软模板法和无模板法进行了介绍,并与硬模板法进行了细致的对比和讨论。最后,对介孔g-C_3N_4合成工艺的未来发展趋势进行了展望。

苯加氢烷基化合成环己基苯催化剂研究

以分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备具有双功能的分子筛催化剂。以苯为原料,在双功能催化剂的作用下采用加氢烷基化的方法合成环己基苯(CHB)。考察了不同载体酸性、反应温度、氢气压力和催化剂的金属担载量等因素对反应的影响。实验结果表明:Ru/Hβ双功能催化剂为最佳的催化剂,最佳反应条件为:2.5 MPa氢气压力,200℃下反应4 h。在此条件下苯的转化率可达67.6%,CHB的选择性可达47.8%。催化剂的金属活性和酸性是苯加氢烷基化的关键。

聚酰亚胺/UIO-66薄层纳米复合膜的制备及其纳滤性能

传统纳滤膜面临“trade-off”效应,不能够在保证截留的情况下提高膜通量.为解决这一问题,将UiO-66和UiO-66-NH 22种金属有机框架(MOFs)纳米材料分别引入水相和有机相,通过界面聚合反应,辅以亚胺化处理制备4种不同的聚酰亚胺(PI)复合纳滤(NF)膜,研究UiO-66的氨基化及不同添加方式对膜的结构及分离性能的影响.结果表明,与纯PI NF膜相比,4种PI复合NF膜具有更好的亲水性.UiO-66-NH 2添加水相具有最佳的纳滤性能,对CaSO_(4)的截留为91%,水通量为219 L/(m^(2)·h·MPa).4种PI复合NF膜在有机溶剂(THF、DMAc、MT、NMP)中浸泡48 h后,其通量衰减<0.1%,CaSO_(4)的截留率变化<1%;在120 h的长期运行中,通量衰减量在9~17 L/(m^(2)·h·MPa)之间,具有较好的稳定性.

氨水改性氧化石墨烯高效催化Knoevenagel缩合反应

通过浸渍法制备了氨水改性氧化石墨烯，考察了其在苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel缩合反应中的催化性能。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、NH3程序升温脱附（NH3-TPD）、元素分析等对催化剂进行了表征，考察了工艺条件对其催化剂性能的影响。结果表明：氨水改性氧化石墨烯可以有效地将NH＋4固载于氧化石墨烯表面；氧化石墨烯经氨水改性后在苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel缩合反应中表现出良好的催化性能，随着改性实验中氨水质量分数的增加，催化剂的活性不断增加。以质量分数5％的氨水为改性剂制备的催化剂（AW-GO-5％）在60℃、4h下催化苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel缩合反应，苯甲醛的转化率高达93．6％，产物苄亚基丙二腈的选择性为94．8％，该催化剂重复使用4次后催化活性仍较高。

Cu-石墨烯类Fenton催化剂的制备及催化活性

通过一步水热法制备了Cu-石墨烯(Cu-RGO)催化剂,实现了Cu纳米颗粒的可控生长和氧化石墨烯(GO)还原的同步进行,并将所制备的Cu-RGO用于亚甲基蓝(MB)的催化降解研究。在H2O2存在条件下,当GO与Cu的质量比为3∶17时,经过4 h催化反应,Cu-RGO催化剂对亚甲基蓝的降解率可达到99.5%,经过6次循环使用对亚甲基蓝的降解率仍保持在98.1%以上,CuRGO催化剂展现了较高的催化活性及良好的稳定性。

硼酸改性MCM-22分子筛催化甲苯烷基化合成对二甲苯

以硼酸为前体、低碳脂肪醇为溶剂,通过浸渍法制备了一系列硼酸改性MCM-22微孔分子筛择形催化剂,在连续流动固定床反应器上考察了甲苯与碳酸二甲酯烷基化合成对二甲苯的择形催化性能。通过XRD、FTIR、N_2吸附脱附、NH_3-TPD、吡啶吸附FTIR等手段对催化剂进行表征,并通过异丙苯和1,3,5-三异丙苯的裂解反应考察了硼酸改性对MCM-22微孔分子筛催化剂的内、外表面酸性质的影响。实验结果表明:以硼酸为前体、正丙醇为溶剂制备的硼改性MCM-22催化剂在甲苯与碳酸二甲酯烷基化合成对二甲苯过程中不仅表现出优异的择形性能,而且还保持了较高的催化活性。这可能是由于在浸渍过程中,硼酸与正丙醇反应生成分子尺寸较大的有机硼酸酯,从而实现了在覆盖分子筛外表面酸性位的同时不影响其孔内酸性质。

Mo/P-SiO_2催化合成丙酮酸乙酯的研究

用浸渍法制备Mo/P-Si O2固体酸催化剂,用X射线衍射、红外光谱、NH3程序升温脱附等方法对催化剂进行表征。结果表明,催化剂具有较好的稳定性和酸性,活性组分能较好的分布于载体Si O2上。在催化合成丙酮酸乙酯的反应中具有较高的活性。当n(Mo)∶n(P)=2∶1,焙烧温度为450℃时,催化剂活性较好。当反应温度为25℃,反应时间为4 h,催化剂的质量分数为3.6%时,丙酮酸乙酯收率达72%。

乙醇酸低聚物解聚催化剂的筛选及催化热解动力学研究

通过对多种金属氧化物及其盐类催化解聚乙醇酸低聚物(PGA)的对比研究发现,乙酰丙酮锌作催化剂可以明显降低反应体系的解聚温度,减轻乙交酯制备过程中的结焦现象,提高乙交酯的收率。进一步将其应用于PGA的溶剂共沸解聚工艺中,可以防止共沸溶剂在较高温度下发生热劣化现象。对乙酰丙酮锌与传统金属氧化物在催化机理上进行了探讨,并且利用热重分析对PGA低聚物的降解过程进行了动力学分析。结果表明,乙酰丙酮锌作为催化剂反应体系的解聚温度仅为200℃,加入量为低聚物质量的0.4%,乙交酯收率最高可达95%,且PGA低聚物在其催化作用下与传统催化剂三氧化二锑相比所需的活化能更低,裂解更容易进行。