碱土金属Mg外掺杂硼笼B40Mg6的储氢性能

对外掺杂碱土金属Mg的B₄₀硼笼的储氢性能进行了密度泛函理论研究. 结果表明, B₄₀笼含有2个六元环与4个七元环. 多个Mg原子对B₄₀笼进行外掺杂时不会发生成簇现象, 有利于进一步储氢. Mg原子外掺杂的B₄₀笼对H₂分子的平均吸附能介于物理吸附与化学吸附之间(0.1~0.8 eV). 体系的储氢密度达到7.60%(质量分数). 储氢结构能在常温常压下释放H₂分子, 因此, Mg原子外掺杂的B₄₀笼比Mg合金具有更好的储氢性能.     

SIFSIX-3-Ni膜的制备及氢气分离性质

利用(NH₄)₂SiF₆修饰大孔玻璃基底后, 在溶剂热条件下制备了SIFSIX-3-Ni膜, 并研究了温度和浓度对制备SIFSIX-3-Ni膜的影响. 能谱分析(XPS)结果表明大孔玻璃表面引入了氟元素. SIFSIX-3-Ni膜的粉末X射线衍射(PXRD)峰位置和模拟结果一致, 表明成功制备出SIFSIX-3-Ni膜. 从扫描电子显微镜(SEM)照片中观察到膜连续均匀, 厚度约为20 μm. 热重分析(TGA)结果表明, 活化前的膜没有客体分子. 单组分测试结果表明, 膜的H₂, CO₂和N₂渗透量分别为6.83×10 ^-6, 7.42×10 ^-7和8.89×10 ^-7 mol·m ^-2·s ^-1·Pa ^-1, H₂/CO₂和H₂/N₂的理想分离比分别为9.20和7.68. 在连续测试5 h后, H₂, CO₂和N₂渗透量基本保持不变, 表明SIFSIX-3-Ni膜具有很好的稳定性.     

DNA碱基(对)及其Zn2+复合物对CO2,N2,H2小分子的吸附

用M062X/6-31+G^*方法探讨了腺嘌呤(A)、 胸腺嘧啶(T)、 鸟嘌呤(G)、 胞嘧啶(C)及其碱基对(AT, GC)以及Zn²⁺复合物(AAA-Zn²⁺, AAT-Zn²⁺和GGC-Zn²⁺)对混合小分子H₂, N₂, CO₂的吸附情况, 系统研究了其相互作用模式及吸附强度, 预测了常见混合气体分子与碱基(对)及复合物的吸附位置. 研究表明, CO₂倾向于以氢键的形式结合到碱基(对)的氨基氢或亚氨基氢上, 而N₂和H₂分子则倾向于结合到这些碱基(对)的平面π电子上, 以堆垛的形式存在. 根据吸附强度大小, 预测了由这些碱基为骨架合成的金属有机骨架(MOF)吸附材料对小分子的选择性吸附顺序为H₂22. 研究表明, 以AT对结合金属Zn²⁺为节点的纯天然碱基对构成的MOF要比实验合成的AA碱基对与Zn²⁺结合的MOF具备更好的吸附和分离性能.     

新型类沸石金属-有机骨架材料用于天然气中CO2的分离

研究了在usf型类沸石金属-有机骨架材料(usf-ZMOF)中不同金属离子(Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Al³⁺)对天然气分离(以CO₂/CH₄, CO₂/H₂, CO₂/N₂为研究对象)的不同影响. 结果表明, 此类材料对于3种体系的分离选择性均高于现有材料. 其中性能最好的是Al-usf-ZMOF, 其对CO₂/CH₄, CO₂/N₂和CO₂/H₂的分离选择性分别为290, 1700和16800. 同时, 对于经不同的离子交换后的usf-ZMOF, 吸附选择性随着离子电荷值的增加而增大; 对于同一主族的离子, 选择性随着原子序数的增加而减小. 而上述现象的产生是由阳离子和CO₂间的强静电作用所致.     

O2/CO2气氛下CO2和H2O气化反应对煤及煤焦燃烧特性的影响

利用热天平对比研究了大同煤及煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧行为,探讨CO₂和H₂O气化反应对其富氧燃烧特性的影响。结果表明,在5%氧气浓度下,煤粉在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧速率按顺序依次降低。氧气浓度降低到2%,由于CO₂和H₂O气化反应的作用,煤粉在高温区的整体反应速率按顺序依次增大。当氧气浓度为5%时,煤焦在O₂/CO₂中的燃烧速率要低于O₂/N₂中的燃烧速率,但燃烧反应推迟后气化反应的参与使得煤焦在O₂/H₂O/CO₂中的整体反应速率显著升高。当氧气浓度降低到2%后,随着温度的升高,在CO₂气化反应的作用下,煤焦在O₂/CO₂中的整体反应速率逐渐高于O₂/N₂中的燃烧速率。在O₂/H₂O/CO₂中,由于H₂O在共气化中起主要作用,煤焦在O₂/H₂O/CO₂高温区的整体反应速率进一步升高。动力学分析表明,在5%氧浓度时,煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的表观活化能依次升高。随着氧气浓度的降低,在不同反应气氛中的表观活化能均有所下降。     

甲酸辅助Cu-ZnO-Al2O3催化剂制备及其CO2加氢制甲醇性能研究

采用共沉淀法制备Cu/Zn/Al前驱体,经甲酸处理后N₂气氛焙烧得到Cu-ZnO-Al₂O₃催化剂(CZA)用于CO₂加氢制甲醇反应。使用XRD、BET、TG-DSC、SEM、H₂-TPR、N₂O滴定、XPS-AES、CO₂-TPD表征技术对催化剂的物相组成、结构性质以及Cu物种的比表面积、分散度以及价态分布进行分析和讨论。结果表明,甲酸处理调节了催化剂中Cu⁺与Cu⁰的比例,同时增加催化剂的中强碱性,并提高甲醇选择性。在W/F(H₂/CO₂=70/23)=10 g·h/mol、t=200℃、p=3 MPa反应条件下,使用HCOOH/Cu(物质的量比)=0.8甲酸处理获得的催化剂,CO₂转化率6.7%,甲醇选择性达76.3%。     

顺式二氯二氨合铂与核苷作用的13C核磁共振研究

本文用¹³C NMR法系统研究了溶液中顺式二氯二氨合铂与胸苷、胞苷、鸟苷和5'-腺嘌呤单核苷酸的作用,确定了不同条件下形成配合物的组成及其分子申铂原子与配体的成键方式。在中性介质中顺铂分别与胸苷、胞苷作用,生成N₃配位的顺-[Pt(NH₃)₂(ThyH_-1)₂]和顺-[Pt(NH₃)₂(Cyt)₂]²⁺;与鸟苷随摩尔比不同相应生成顺-[Pt(NH₃)₂(N₂-Guo)₂]²⁺和[Pt(NH₃)₂(N₂,N₁-GuoH_-1)]_nⁿ⁺,当pH=3和摩尔比为1时,尚有微量[Pt(NH₃)₂(N₇,O(C₆)Guo)]²⁺生成;在中性介质中顺铂与5'-AMP亦随摩尔比不同,生成顺-[Pt(NH₃)₂(N₇-5'-AMP)₂]^2-或兼生成顺-[Pt(NH₃)₂(N₇,N₁-5'-AMP)]_n。根据所得结果讨论了顺铂抗癌作用机制,提出了顺铂可能与DNA同一链上相邻二个鸟嘌呤基上的N₇N₁键合形成链内交联的新机制。     

氮笼N12的量子化学研究

采用量子化学从头算方法研究了7个氮笼N₁₂,其中包括以前文献中研究过的两个氮笼N₁₂.在RHF/6-31G^*理论水平下进行全构型优化、振动频率分析和热化学计算.计算结果表明,7个结构均是势能面上的局域极小点.N₁₂(D_3d)是所有7个笼状异构体中最稳定的.能量分析表明,如果这些分子能够被合成,将会成为潜在的高能量密度材料.     

基于柔性四羧酸的三个一维/二维/三维Zn(Ⅱ)/Co(Ⅱ)配合物的晶体结构及荧光性质

通过水热/溶剂热合成的方法制备了3个Zn(Ⅱ)/Co(Ⅱ)配合物{[Zn(H₂L)(H₂O)₃]·H₂O·0.5H₄L}_n(1)、{[Co(L)_0.5(4,4'-bpy)]·0.5H₂O}_n(2)和{[Co(L)_0.5(pbmb)(H₂O)]·H₂O}_n(3)(H₄L=5,5'-(hexane-1,6-diyl)-bis(oxy)diisophthalic acid,4,4'-bpy=4,4'-bipyridine,pbmb=1,1'-(1,3-propane)bis-(2-methylbenzimidazole))。结构分析表明配合物1为一维链结构。2为拓扑符号为(6⁴·7·8)(6·7²)的三重穿插网络结构。3是拓扑符号为(4·6²)(4²·6²·8²)的(3,4)-连接的二维网络结构。配合物1呈现出较好的荧光性质。     

气体分子在二维石墨烯纳米孔中的选择性渗透特性

二维石墨烯纳米孔中气体分子的选择性渗透对多孔石墨烯分离膜非常重要。本文采用分子动力学方法研究了气体分子在氮氢修饰石墨烯纳米孔中的渗透特性,从分子的大小和结构、纳米孔的构型以及分子与石墨烯之间的作用强度等角度阐明了分子出现选择性渗透的原因。结果表明,不同分子的渗透率不同,即H₂O＞H₂S＞CO₂＞N₂＞CH₄。渗透率跟分子的质量和直径以及分子在石墨烯表面上的吸附密度有关;根据气体分子动理学理论,渗透率跟分子质量成反比关系;而分子在石墨烯表面上的高吸附密度对渗透起促进作用。对于H₂O和CH₄分子,分子直径起主导作用;H₂O分子直径最小,其渗透率最大;同理,CH₄分子的渗透率最小。对于H₂S和CO₂分子,H₂S分子的直径较大,但其与石墨烯之间的作用强度较大(吸附密度较高),导致渗透率较高;对于CO₂和N₂分子,CO₂分子的直径较小,并且与石墨烯之间的作用强度较大,渗透率较高。同时发现,分子在纳米孔中的渗透使得其在石墨烯表面的密度分布极不均匀。纳米孔左右两侧的功能化氮原子使CH₄分子容易从孔两侧区域穿过,而其它分子由于直径较小在纳米孔中心区域穿过的概率最大。分子与石墨烯之间的作用越强,导致分子在石墨烯表面区域内停留的时间越长,最终使其在渗透纳米孔的过程中所经历的时间越长。本文所采用的氮氢修饰石墨烯纳米孔中,分子渗透速率达到~10^-3 mol·s^-1·m^-2·Pa^-1,并且其它分子相对于CH₄分子的选择性也很高,说明基于该类型纳米孔的多孔石墨烯分离膜在天然气处理等工业气体分离领域具有很好的应用前景。     

一种新型的共价有机骨架膜的制备与气体分离性能

选用2,5-二甲氧基对苯二甲醛和四胺基四苯甲烷利用溶剂热的方法在反应釜中制备得到一种新型的含有醚氧基团的3D共价有机骨架（DMTA-COF）.通过理论模拟,粉末X射线衍射（PXRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）以及N₂吸附-脱附曲线等表征证实了其结构、热稳定性以及多孔性.随后在聚苯胺（PANI）修饰的多孔氧化铝基底表面原位生长了一层致密连续的DMTA-COF膜.通过XRD和扫描电子显微镜（SEM）的表征证实了DMTA-COF膜具有较高的结晶性以及良好的共生性.由于极性的醚氧基团与电四极矩分子CO₂之间较强的相互作用进一步提高了希弗碱类型的DMTA-COF对CO₂的亲和力,从而增强了DMTA-COF膜的吸附扩散效应.在常温常压下,DMTA-COF膜的H₂/CO₂双组分分离系数为8.3,所对应的H₂渗透通量高达6.3×10^－7 mol·m^－2·s^－1·Pa^－1.     

六核环状钴配合物用于光催化CO2到CO转化(英文)

自然界中的光合作用被认为是非常重要的生化反应,它不仅为植物生长提供能量,为动物提供食物来源,而且它还维持了大气中CO₂和O₂含量相对稳定.每年自然界通过光合作用利用的太阳能约是人类生产生活所需能量的10倍.目前,人工光合作用越来越引起人们关注.光合作用主要包括光反应放O₂和暗反应CO₂固定(Calvin循环),涉及水氧化(6H₂O-12e-→12 H⁺+3 O₂)和CO₂还原反应(6CO₂+12H⁺+6H₂O+12e^-→C6_H12O₆+3O₂+6H₂O).目前,为了满足能源需求和减少温室效应, CO₂还原反应(CO₂RR)制备碳氢燃料成为前沿与热点研究方向.在自然界光合作用中...     

铜配合物修饰的Dawson型钨磷酸盐的合成、晶体结构和催化性能

在水热条件下,Cu(Ⅱ)-H₂biim配合物与Dawson型钨磷酸盐构筑了1个无机-有机杂化化合物[Cu(H₂biim)₂(H₂O)][{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]·11H₂O(1)(H₂biim=2,2'-联咪唑)。 通过单晶X射线衍射、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、元素分析、电化学分析等技术手段对其进行了表征。 结构分析表明,在化合物1分子中,[P₂W₁₈O₆₂]^6-单元作为双齿配体与2个Cu²⁺离子配位形成双支撑的杂多阴离子[{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]^2-,在其外部有1个游离的[Cu(H₂biim)₂(H₂O)]²⁺ 和11个H₂O分子。 H₂biim分子与杂多阴离子/H₂O分子间存在氢键,通过氢键、静电和π-π堆积作用,进一步构成具有3D结构的晶体材料。 该晶体化合物对H₂O₂和NaNO₂的还原具有良好的电催化作用;同时,作为酸催化剂用于合成环己酮乙二醇缩酮反应,催化活性高,可重复使用。     

一种多孔配位聚合物的氢键协同客体响应

由硝酸锌、 吡唑-3,5-二羧酸（H₃pzdc）和2-氨基对苯二甲酸（H₂abdc）在溶剂热条件下反应得到一种多孔配位聚合物(Me₂NH₂)[Zn₂(pzdc)(abdc)]·H₂O·DMF(1·g), 其中Me₂NH₂⁺由溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）水解得到, 1可视为平行排列的平整带状{Zn₂(pzdc)}⁺链被abdc^2-柱子交错支撑而成的三维多孔框架. 通过脱附/吸附溶剂分子, 中心对称的配位聚合物1·g可以可逆转变成手性的(Me₂NH₂)[Zn₂(pzdc)(abdc)](1′). 单晶结构分析表明, 在客体响应过程中, 基于框架、 抗衡离子和客体分子之间的氢键协作与竞争, 抗衡离子发生了显著的移动 和转动, 导致{Zn₂(pzdc)}⁺链扭曲和转动, 伴随着超过10%的晶胞体积和孔洞率变化. 气体吸附测试表明, 化合物1'对N₂和CO₂存在不同的结构响应行为.     

4-(4-羧基苯氧基)间苯二甲酸构筑的过渡金属配位聚合物: 合成、 晶体结构、 荧光传感与光催化

采用水热法合成了4个配位聚合物[Zn(Hcpoia)(2,2'-bpy)·H₂O]_n(1)和[M(Hcpoia)(phen)]_n·nH₂O[M=Zn(2), Mn(3), Co(4); H₃cpoia=4-(4-羧基苯氧基)间苯二甲酸; 2,2'-bpy=2,2'-联吡啶; phen=1,10-邻菲罗啉], 利用X射线单晶衍射分析确定了配合物的晶体结构. 配合物1为一维链状结构, 中心Zn ²⁺离子的配位环境为[ZnO₄N₂]扭曲的八面体构型, 配体Hcpoia ^2-以μ₁∶η ¹η ⁰和μ₁∶η ¹η ¹配位模式桥连相邻的Zn ²⁺离子. 配合物2和4的结构与配合物1类似, 是由配体Hcpoia ^2-以μ₁∶η ¹η ⁰和μ₁∶η ¹η ¹配位模式联接[MO₄N₂]结构单元而形成的一维链状结构. 配合物1, 2和4中均存在分子间氢键(O—H…O), 氢键的存在使一维链连接形成二维超分子结构. 配合物3为二维网状结构, Mn ²⁺离子的配位环境为[MnO₄N₂]扭曲的八面体构型, 配体Hcpoia ^2-以μ₂∶η ¹η ¹配位模式桥连相邻Mn ²⁺离子形成[Mn₂COO₂]结构单元, 该结构单元被Hcpoia ^2-连接形成二维结构. 在4个配合物中, 2,2'-bpy和phen配体均以端基的形式与金属离子螯合配位. 研究了水溶液中抗生素分子和Fe ³⁺离子对配合物1与荧光强度的影响, 实验结果表明, 甲硝唑、 Fe ³⁺离子对配合物1有荧光猝灭作用, 并进一步考察了甲硝唑浓度和Fe ³⁺离子浓度对配合物1荧光强度的影响. 基于荧光猝灭机理, 配合物1可以用作荧光传感器检测水溶液中的甲硝唑和Fe ³⁺离子. 研究了配合物4对罗丹明B(RhB)的催化降解性能, 发现在氙灯照射和H₂O₂存在条件下, 配合物4对RhB具有较好的光催化降解作用.     

一个钼钒二聚体簇合物的合成及其性能

以NH₄VO₃, H₃PMo₁₂O₄₀·xH₂O, Cu(NO₃)₂和哌嗪为主要原料,采用水热方法,合成了一个新的钼钒二聚体簇合物--(H₂NC₄H₈NH₂)₆［Mo^VI₁₆V^V₁₂P₂O₈₄］·5H₂O(1),其结构和性能经UV-Vis, IR, X-射线衍射、光电子能谱及热重分析表征。1属单斜晶系,P2(1)/c空间群, 晶胞参数a=20.450(4) , b=24.989(5) , c=20.450(4) , β=93.89 °, V=10 427(4) ³, Fw=4 159.18, Dc=2.650 g·cm^-3, μ=3.018 mm^-1, F(000)=7 952, Gof=1.029。晶体结构解析表明：1由两个单元Keggin型簇核［PMo₈V₆O₄₂］^7-聚合而成一个二聚体簇［P₂Mo_l6V₁₂O₈₄］^14-,该二聚体簇核和有机配体哌嗪之间通过复杂的氢键相互作用,展示三维超分子网络结构。     

二维钨-钒簇聚物[Cu(en)2]2·[VⅤO44{Cu(en)2(H2O)}2]·3H2O的合成与表征

采用水热法合成了一个钨-钒簇聚物[Cu(en)₂]₂[V^Ⅴ{Cu(en)₂(H₂O)}₂]·3H₂O(1, en=乙二胺), 并通过X射线单晶衍射、 元素分析、 傅里叶变换红外光谱、 X射线粉末衍射、 热重分析、 价键计算、 X射线光电子能谱、 电子顺磁共振和磁性分析对其结构和性能进行了表征. 结果表明, 化合物1是以双支撑的四帽Keggin结构 [(V^ⅤO₄){Cu(en)₂(H₂O)}₂]^4- 钨-钒簇合物阴离子为基本结构单元, 与4个[Cu(en)₂]²⁺配合物阳离子以共价键和弱键相连接形成二维层状结构, 相邻层又通过氢键连接成三维超分子网络. 研究了化合物1的磁性及光催化降解罗丹明B的活性.     

Sc,Ti,V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究

3d过渡金属修饰是改善石墨烯储氢性能的最有效途径, 但仍存在金属团聚和H₂解离导致难以脱附的问题. 提出了B/N掺杂单缺陷石墨烯(BMG/NMG)的策略来避免以上两个问题. 密度泛函理论计算结果表明, N掺杂可以使Sc, Ti, V与石墨烯的结合能提高3~4倍, B掺杂可以将Sc与石墨烯的结合能提高3倍. Sc/BMG和Sc/NMG吸附的第一个H₂不会解离. Sc/BMG中Sc吸附5个H₂, 平均氢分子结合能为-0.18～-0.43 eV, 并且可以通过在同侧锚定多个Sc原子形成Sc/C₃B₂五元环增加H₂吸附位点. Sc/NMG中每个Sc吸附6个H₂, 平均氢分子结合能为-0.17～-0.29 eV, 还可以通过在异侧修饰形成Sc/N₃/Sc单元进一步提高储氢能力. 研究结果将为设计基于3d过渡金属修饰碳材料的储氢材料提供理论基础.     

通过实验和理论验证Pt0/SrTiO3-δ复合催化剂双反应路径促进CO2还原(英文)

在以H₂O为质子源的光催化二氧化碳还原反应(CO₂RR)过程中,光解H₂O产氢气(H₂)被认为是一个竞争反应.因此,光催化CO₂RR过程需要抑制H₂的产生,以提高碳氢产物的选择性和产率.以CO₂和H₂为反应物的逆水气变换反应(RWGS)是常见的CO₂加氢反应,在较高的温度和催化剂作用下生成CO和H₂O.目前,光催化CO₂RR研究主要聚焦于产物的选择性,而有关光解H₂O产生的还原性气体H₂在光热效应的促进下成为CO₂RR中新的质子源研究较少.光热催化是一种新的高效催化反应方式,在反应过程中需要光照和加热.光照能够促进半导体光生载流子的激发,热效应则能降低反应物分子的活化势垒,并能够促进中间产物的表面迁移以及生成物的脱附.利用光热催化热力学和动力学上的有利条件,为以H₂     

碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究

通过简单的一步碳化方法, 以含氮的多孔有机骨架JUC-Z2为碳前驱物制备出氮掺杂多孔碳材料. 与原始JUC-Z2材料相比, 制备的多孔碳材料显示出明显提高的气体吸附量和增强的吸附焓. 其中JUC-Z2-900的CO₂吸附量高达113 cm³·g^-1, H₂吸附量也达到246 cm³·g^-1, 超过了大部分报道的多孔材料. 尤其是JUC-Z2-900的CH₄吸附量在273 K, 1 bar下高达60 cm³·g^-1, 据我们所知, 这一值为目前报道材料的最高值. 除此之外, 样品还显示出选择性吸附CO₂的能力, 273 K下, JUC-Z2-900的CO₂/N₂的选择性高达10, CO₂/H₂的选择性也高达66. 另外, 样品具有很高的热稳定性, 有望应用在碳捕获和清洁能源储存等领域.