用于高效去除水中孔雀石绿的三层结构磁性复合材料Fe3O4@聚丙烯酸@ZiF-8的制备

设计并合成了一种以磁性纳米粒子为核,聚合物为中间层,金属有机骨架材料为外层的三层结构磁性复合材料(Fe₃O₄@PAA@ZIF-8)。首先利用溶剂热法制备Fe₃O₄纳米粒子,然后通过蒸馏沉淀聚合法在Fe₃O₄纳米粒子表面包覆聚丙烯酸(PAA)层,最后通过原位沉积法在PAA外部包覆ZIF-8。在对Fe₃O₄@PAA@ZIF-8的组成和结构进行表征的基础上,深入研究其对孔雀石绿(MG)的吸附性能。透射电子显微镜(TEM)显示Fe₃O₄@PAA@ZIF-8具有明显的三层结构,Fe₃O₄的平均粒径为117nm,PAA层厚度约为17 nm,ZIF-8层的厚度约为14 nm。Fe₃O₄@PAA@ZIF-8对MG的吸附量随着p H的升高而增大,吸附过程符合准二阶动力学模型和Langmuir等温吸附模...     

Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰（10%）的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950 ℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体在850和900 ℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950 ℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体相比较,在900 ℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

煤化学链燃烧Fe2O3载氧体的反应性研究

利用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、反应时间、循环数对Fe₂O₃载氧体反应性的影响。实验表明,载氧体与煤气化产物的反应性随温度升高而增强,且温度越高,反应受化学反应控制时间越短。当温度高于900℃时,煤中碳转化为CO₂的比率大于90%,载氧体体现了很好的反应性,但反应温度低于850℃时,比率小于75%。反应温度900℃时,CO₂干基浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH₄浓度增加,且CH₄浓度值大于CO。利用XRD、SEM分析了固体反应产物成分与微观形态结构。分析表明,Fe₂O₃的还原产物为Fe₃O₄,载氧体颗粒随循环数增加而逐渐烧结。     

磁性Fe3O4纳米粒子的功能化修饰研究进展

Fe₃O₄纳米粒子因其独特的磁学性能和良好的生物相容性,在生物医药、催化剂、环境治理等领域具有良好的应用前景。然而,磁性Fe₃O₄纳米粒子易团聚、在潮湿的空气中易氧化,制约了Fe₃O₄纳米粒子的深度应用。本文结合课题组在磁性Fe₃O₄纳米粒子应用方面的研究成果,综述了磁性Fe₃O₄纳米粒子的功能化修饰,并讨论了磁性Fe₃O₄复合纳米材料发展面临的机遇和挑战。      

Fe3O4纳米催化剂的制备及其F-T合成性能研究

基于溶剂热合成体系,制备了不同形貌的Fe₃O₄微球和纳米片催化剂,考察了水热合成条件对Fe₃O₄晶粒形貌的影响,并研究了Fe₃O₄纳米催化剂的费托合成(F-T)性能。结果表明,成核和晶体生长速率是控制Fe₃O₄晶体形貌的关键。与传统的沉淀铁催化剂相比,Fe₃O₄纳米催化剂更容易还原和向活性相转变,因此,具有更高的F-T反应活性、低碳烯烃选择性及C₅₊选择性;Fe₃O₄微球催化剂比纳米片催化剂更易维晶粒的稳定,具有更高的反应活性和稳定性。     

三维有序大孔Fe2O3为载氧体的生物质热解气化实验研究

采用无皂乳液聚合法制备单分散聚苯乙烯(PS)微球,并以硝酸盐为原料、柠檬酸为络合剂制备前驱体溶液,通过浸渍和焙烧得到三维有序大孔(3DOM) Fe₂O₃,并通过SEM、XRD、BET和压汞仪对3DOM Fe₂O₃进行表征。采用热重-质谱联用的方法,以3DOM Fe₂O₃为载氧体,对生物质在氦气气氛下的热解气化进行研究,探讨3DOM Fe₂O₃载氧体在生物质热解气化过程中代替纯氧、富氧空气或水蒸气作为生物质气化剂的可能性,并与普通分析纯Fe₂O₃与生物质热解气化的实验结果进行对比,分析3DOM Fe₂O₃在提高载氧体反应活性方面的作用。结果表明,制备的3DOM Fe₂O₃呈现排列规整的三维有序多孔形貌,层与层间通过三维孔道相连,并呈交替排列。通过与分析纯Fe₂O₃的XRD谱图对比,发现制得的3DOM Fe₂O₃为纯Fe₂O₃,无其他杂质相的存在。热重-质谱分析结果表明,Fe₂O₃作为载氧体在高温段促成了生物质气化反应的发生。与分析纯的Fe₂O₃作对比,当载氧体为三维有序大孔结构时,生物质的最大失重率提高了7.1%,气化阶段的最大失重速率提高了0.29%/min,CO、CO₂、CH₄在高温段出现两个连续的析出峰。     

Fe3O4@MIL-101(Fe)类芬顿降解盐酸四环素性能研究

通过水热合成法制备了Fe₃O₄@MIL-101(Fe)复合材料。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪对其表面形貌和结构进行表征;以盐酸四环素(TC)为目标污染物,考察了反应温度、H₂O₂浓度、Fe₃O₄@MIL-101(Fe)投加量和pH对TC降解的影响和在不同离子存在条件下对TC降解性能的影响进行了探讨。结果表明:Fe₃O₄@MIL-101(Fe)晶体结构完整、结晶度良好、并呈现典型的八面体结构;当TC初始浓度100 mg/L,反应温度40℃,H₂O₂浓度20 mmol/L,Fe₃O₄@MIL-101(Fe)投加量0.15 g/L,TC溶液初始pH5时,TC的降解率达到89.50%;5次循环实验后,Fe₃O₄@MIL-101(Fe)对TC的降解率仍达56.51%,具有...     

Pt/Au/Fe3O4的制备及其电化学性能

以制得的纳米Fe₃O₄颗粒作为载体,用还原法将还原出的Au与Pt分别负载到Fe₃O₄颗粒表面,制得纳米Pt/Au/Fe₃O₄复合材料。对Pt/Au/Fe₃O₄进行紫外可见光吸收光谱、透射电子显微镜、X射线衍射及光电子能谱等物理表征,结果表明,Au与Pt均匀地沉积到了Fe₃O₄纳米颗粒表面。对纳米Pt/Au/Fe₃O₄复合材料进行循环伏安扫描,当H₂PtCl₆的加入量达到8 mL时,Pt/Au/Fe₃O₄催化性能最佳;正扫电流峰i_p与扫描速率的平方根v^1/2线性相关,Pt/Au/Fe₃O₄催化氧化甲醇的过程受扩散控制;对催化剂进行201次循环伏安扫描,催化剂仍然能保持较好的催化性能且稳定性良好。因此,所合成催化剂Pt/Au/Fe₃O₄是一种具有良好化学稳定性的阳极催化剂材料。     

理想与还原Fe2O3[001]表面上汞吸附协同催化CO分解作用

煤化学链燃烧必然释放汞,汞与载氧体表面相互作用,影响表界面的氧化还原反应。本文采用密度泛函理论计算,研究汞（Hg⁰）在理想表面（Fe₂O₃[001]）和一系列被还原表面（Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5、Fe₂O_2.25、Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe）的吸附,以及Hg⁰对Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe等表面催化CO分解反应的协同作用机理。Hg⁰物理吸附在理想Fe₂O₃[001]表面。随着Fe₂O₃[001]表面不断被还原,Hg⁰发生化学吸附。Hg⁰吸附降低了CO与Fe₂O₃、Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5和Fe₂O_2.25等表面之间的相互作用,抑制O传递氧化CO为CO₂的反应;载氧体进一步还原过程中,Hg⁰吸附促进了CO与Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375及Fe等表面之间的相互作用,进而促进了表面对CO的催化分解反应,加速了载氧体表面的积碳,降低了化学链燃烧效率。因此,合理控制载氧体的还原程度既可以减弱Hg⁰的吸附,也可以抑制积碳的形成,这对化学链燃烧的操作优化至关重要。     

磁光Fe3O4@SiO2@CdS复合材料的制备及表征

采用水解三氯化铁得到Fe₃O₄磁核,然后水解四乙氧基硅烷(TEOS)得到Fe₃O₄@SiO₂,再在其表面包覆半导体CdS即可得到良好的磁性光电信标Fe₃O₄@SiO₂@CdS。材料形貌、组成分析及光电化学测试表明成功地合成了具有超顺磁性的Fe₃O₄@SiO₂@CdS纳米复合材料。该材料分散均匀、具有良好的光学性能、在光电化学传感及光电催化等领域具有良好的应用前景。     

过渡金属修饰Fe2O3/Al2O3氧载体的Redox性能研究

采用冷冻干燥法分别制备了经Cu、Co、Mn、Ni修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。利用化学吸附仪,通过程序升温还原(H₂-TPR)和程序升温氧化(TPO)来研究经不同过渡金属修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃与H₂和O₂的反应性能。实验发现,在Fe₂O₃/Al₂O₃中加入Cu、Co、Ni以后,氧载体与H₂的反应性都有提高,但是当在Fe₂O₃/Al₂O₃中加入Mn以后,氧载体的反应性和载氧能力反而下降。经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃与H₂的反应性最高,且具有很好的反应稳定性,适合用于化学链燃烧。     

基于Fe3O4@SiO2@Ag/GCE传感器检测土霉素

合成了具有核壳结构的Fe₃O₄@SiO₂纳米复合材料,在Fe₃O₄@SiO₂表面负载银纳米离子,制备了一种新型的Fe₃O₄@SiO₂@Ag复合材料,并采用玻碳电极(GCE)构建Fe₃O₄@SiO₂@Ag/GCE传感器,对土霉素(OTC)进行定量检测。优化了电解质溶液的种类和pH,Fe₃O₄@SiO₂@Ag用量以及富集时间和富集电位等实验条件。在最佳条件下,OTC浓度(c)与峰电流(I_p)在0.01～120μmol/L范围内呈线性关系,线性方程为I_p=0.9307c-0.0033,线性相关系数R²=0.9986,检出限为8.2 nmol/L。该传感器对牛奶中OTC的检测结果与国标法结果一致。     

光还原法合成Pt/Fe2O3/氮掺杂还原氧化石墨烯催化剂及其抗烧结性能

采用静电纺丝法获得的多孔Fe₂O₃纳米棒与氮掺杂还原氧化石墨烯(N?RGO)的复合材料作为载体,通过光还原法成功制备清洁、高活性的Pt/Fe₂O₃/N?RGO催化剂,并进一步研究其中的光还原反应机理和催化剂的抗烧结性能。研究结果表明,在可见光照射下,Fe₂O₃对光的强吸收作用促使光生电子和空穴的产生,N?RGO有效延长光生载流子的寿命,使得电子从O^2-转移到Fe³⁺。Fe₂O₃/N?RGO中部分还原的Fe²⁺具有较强的还原能力,可使PtCl₆^2-在Fe₂O₃表面还原并迅速成核,生长为粒径约2.13 nm的Pt纳米颗粒。此外,甲醇作为空穴清除剂可以快速有效地消耗掉扩散到载体表面的光生空穴,使导带中积累的电子与PtCl₆^2-发生还原反应,从而提高Pt纳米颗粒的光还原速率。电纺Fe₂O₃纳米棒独特的粗糙表面为Pt纳米颗粒异相成核提供了大量活性位点。富含点缺陷的N?RGO片层能缩短Fe₂O₃的光生载流子扩散路径,提高光沉积的效率;同时,其特征褶皱结构可以作为物理屏障,防止Pt纳米颗粒聚集。得益于金属与载体间的强相互作用,在500℃高温老化后,Pt纳米颗粒仍能维持较小的尺寸(2.67 nm),表现出优良的抗烧结性能。在对硝基苯酚加氢反应中,Pt/Fe₂O₃/N?RGO在400℃老化后仍具有高达22.2 L·g^-1·s^-1的反应速率常数,约为老化前的1.6倍。     

ZnO/Gd2O3复合中空微球的制备及其电磁性能研究

以水热法一步合成的C/ZnO微球为基材,通过煅烧处理得到ZnO中空多孔微球,随后利用尿素均相沉积方法及煅烧处理成功制备了ZnO/Gd₂O₃复合吸波材料。通过对样品的形貌、组成、磁性能与电磁特性的表征,讨论了调控尿素的加入量对产物吸波性能的影响,同时,探讨了该复合体系的吸波机理。结果显示,将磁性Gd₂O₃与介电损耗型ZnO相结合设计异质结构,磁损耗的引入能改善阻抗匹配特性。由于双重损耗机制、异质结构和中空多孔结构的协同作用,ZnO/Gd₂O₃展示了高效的电磁波吸收能力。磁导率和匹配特性随着Gd₂O₃含量的增加而增大,而高介电常数和衰减特性随着Gd₂O₃含量的增加而减小。当尿素的加入量为0.5 g时,所得ZnO/Gd₂O₃-2展示出优良的宽带、高吸收特性,当匹配厚度为3.5 mm时,对应有效吸收带宽为7.08 GHz,其最大吸收为...     

超顺磁性Fe3O4/Au@Ag复合材料的合成及其SERS性能研究

利用溶剂热法和种子生长法分别合成Fe₃O₄磁性纳米粒子和Au@Ag核壳纳米粒子, 利用静电吸附方法成功将聚乙酰亚胺(PEI)修饰到Fe₃O₄表面并通过N-Ag共价键将Au@Ag核壳纳米粒子组装到Fe₃O₄表面, 制备Fe₃O₄/Au@Ag复合材料. 通过控制Au@Ag复合粒子的加入量, 来调节Fe₃O₄/Au@Ag复合材料的表面增强拉曼(SERS)活性. 以对巯基苯胺(p-ATP)为拉曼活性探针分子来考察该复合纳米材料的SERS性能, 检测限可以低至2×10^-9 mol/L. 同时, 将该复合材料应用于农药分子福美双的检测, 检测限可以低至10^-6 mol/L. 这种功能性复合材料既具有良好的SERS活性, 又具有Fe₃O₄磁性内核, 可以通过外加磁场实现对待测分子的分离、富集, 具有更广泛的应用前景.     

高指数晶面结构氧化铁化学链燃烧反应活性及深层还原反应机理

采用密度泛函理论计算和实验研究形貌可控制备氧化铁作为高效载氧体用于化学链燃烧的可行性. 首先从理论上对比分析Fe₂O₃高指数晶面[104]和低指数晶面[001]的反应活性及深层还原反应机理. 表面反应结果显示, Fe₂O₃[104]氧化CO的反应活性远高于Fe₂O₃[001], Fe₂O₃[104]被还原成为低价的铁氧化物或单质, 这些低价的铁氧化物或单质可被O₂氧化再生. 载氧体和CO深层反应结果显示Fe₂O₃[104]可被CO彻底还原成Fe单质, Fe₂O₃[104]释放氧能力强, 反应活性高; 而Fe₂O₃[001]还原到一定程度后反应能垒高, 抑制表面进一步还原, 释放氧能力有限. 最后, 实验结果进一步证明了Fe₂O₃[104]作为载氧体用于化学链燃烧的高反应活性及稳定性.     

石墨烯负载的Fe3O4模型催化剂的制备以及费-托合成性能研究

选用多层石墨烯为载体，调变铁盐的浸渍量，通过高温焙烧得到了一系列石墨烯负载的Fe₃O₄模型催化剂.其中Fe₃O₄颗粒呈现不规则的多面体，且大于200 nm,较大的尺寸大大抑制了其在反应过程中向碳化铁物种的转化.性能测试结果表明，尽管Fe₃O₄催化活性不如碳化铁物种，但是Fe₃O₄本身具有费-托合成活性，且在270℃具有较低的甲烷选择性和较高的C₅₊选择性.     

碱土Sr对Co/Al2O3催化剂甲烷部分氧化反应的影响

以γ-Al₂O₃为载体,采用共浸渍法制备了Sr-Co/Al₂O₃系列催化剂,研究了助剂Sr对Co/Al₂O₃催化剂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的影响,并利用N₂物理吸附、X射线衍射、H₂-程序升温还原和热重等技术对催化剂的理化性质进行了表征。结果表明,未添加助剂的Co/Al₂O₃和800℃焙烧的Sr-Co/Al₂O₃催化剂在POM反应初期催化活性很低,然而,当添加Sr的质量分数高于2%时,催化剂表现出很好的催化活性和稳定性。焙烧后的新鲜催化剂上主要存在两类Co物种,一类是与载体相互作用较弱、易被H₂还原为单质的Co₃O₄;另一类是与载体相互作用较强、难还原、无催化活性的CoAl₂O₄尖晶石。在焙烧过程中,Sr易形成Sr₄Al₁₄O₂₅,从而削弱Co与Al₂O₃之间的相互作用,能在一定程度上抑制CoAl₂O₄物种的形成,提高催化剂的稳定性和活性。未添加Sr的Co/Al₂O₃在反应时易发生物相改变生成尖晶石,导致催化剂迅速失活;但当焙烧温度达到800℃时,添加有限量的Sr还是无法阻止CoAl₂O₄的产生。     

丙烷在Ce-Fe/Al2O3/cordierite上选择性催化还原NO

利用凝胶溶胶法和浸渍法制备了Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,实验研究了其催化丙烷选择性还原NO的特性。结果表明,当铈的负载量从1%增加至5%时,Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite的C₃H₈-SCR性能先增强后减弱,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite具有最佳的脱硝性能,在有氧条件下,600℃时可实现96.5%的脱硝效率。Ce的加入能够提升Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂的抗硫性能。烟气中通入0.02%的SO₂后,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化丙烷还原NO的转化率始终维持在93%,而没有经过Ce修饰的Fe/Al₂O₃/cordierite的NO转化率从88%下降为80%左右。利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、H₂-TPR、吡啶吸附红外光谱等手段研究了催化剂的物理化学性质。结果表明,加入助剂铈能与Fe形成了固溶体,增加催化剂表面Lewis酸浓度和氧化还原能力,从而提高了催化丙烷还原NO的性能。过多的铈引入会减少Fe₂O₃结晶体的形成,不利于在C₃H₈-SCR反应中形成NO₂/NO₃^-物种,从而导致NO还原效率下降。     

表面分子印迹磁性纳米粒子的制备及其血红蛋白传感应用

以Fe₃O₄磁性纳米粒子为载体、多巴胺（DA）为功能单体、血红蛋白（Hb）为模板分子,用氯铂酸氧化DA生成聚多巴胺（PDA）,同时氯铂酸还原为铂纳米粒子（PtNPs）,与Hb一起负载于Fe₃O₄纳米粒子表面,洗脱Hb后合成了表面分子印迹磁性纳米粒子（印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs）. 将印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs修饰于磁性玻碳基底表面,制得印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs修饰电极. 实验结果表明,印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs具有良好的水溶性,粒径分布均匀,生成的PtNPs具有良好的导电性和刚性. 用印迹Fe₃O₄/PDA-PtNPs构建的传感器对Hb具有良好的识别性,在0.14 ~ 2.7 μg·mL^-1 Hb浓度范围与交流阻抗变化值呈良好的线性关系,检出限（S/N=3）为0.05 μg·mL^-1.