二维金属-六亚氨基苯框架材料的气体吸附效应

利用密度泛函理论研究了气体分子(NH₃, H₂O, H₂S, NO₂)吸附在二维M₃(HIB)₂(M=Ni, Cu; HIB为六亚氨基苯)薄膜上体系的几何结构和电子结构的变化. 结果表明, 2种薄膜对气体分子的响应不同. 其中NH₃, H₂O和H₂S在M₃(HIB)₂薄膜表面的吸附较弱, 主要与薄膜的亚氨基形成氢键, 吸附能均小于-0.36 eV, 吸附对体系电子性质的影响很小. 但是 NO₂分子在薄膜表面形成化学吸附, 吸附能在-0.65~-1.72 eV范围内. 吸附NO₂分子使其电子结构发生明显改变, 如Cu₃(HIB)₂在费米能级处打开带隙, 由金属性质转变为半导体性质. 这是由于NO₂分子的p_z轨道与金属原子$d_{z}^{2}$ 轨道发生了强烈的轨道杂化. 此外, 研究发现高浓度的NO₂分子吸附能够使Ni₃(HIB)₂薄膜由非磁性变为磁性体系, 由普通金属性质变为半金属性质; 而高浓度的NO₂分子使Cu₃(HIB)₂薄膜由金属性质变为半导体性质, 薄膜电导率降低.     

二维Ti2C与Ti3C2表面OH、O、F、Au的吸附活性

较高的比表面积与稳定性使得二维Ti₂C与Ti₃C₂结构在贵金属催化剂载体、锂离子电池、储氢材料等领域具有重要的应用前景. 研究Ti₂C、Ti₃C₂的表面吸附活性有助于认识其表面特征. 第一性原理计算研究显示:Ti₂C与Ti₃C₂对O、OH、F具有较强的吸附活性. 通过比较Ti₂C、Ti₃C₂、Ti(001)、TiC(001)的表面电子结构, 我们发现Ti₂C与Ti₃C₂较强的表面吸附活性来自于表面Ti 原子未极化的3d轨道. 这使得Ti₂C、Ti₃C₂表面通常覆盖有O、F、OH. 吸附了O、OH基团的Ti₂C与Ti₃C₂结构(Ti₂CO_2-2x(OH)_2x、Ti₃C₂O_2-2x(OH)_2x)对Au原子的吸附能随OH比例的增大而增大.     

短碳链醇/水混合溶剂中表面活性剂的表面性质

对不同类型表面活性剂(阳离子型、阴离子型、非离子型、正负混合型)在短碳链醇/水混合溶剂中的表面物化性质进行了较为系统的研究,探讨了短碳链醇加入对体系Υcmc值和cmc值的影响。发现各类体系的Υcmc随短碳链醇加入的变化规律并非决定于表面活性剂类型而取决于该表面活性剂在水溶液中的饱和吸附量和Υcmc值的大小。     

正离子Gemini表面活性剂/负离子聚电解质相互作用的研究

摘要 采用荧光探针法和电导法研究了正离子偶联表面活性剂(C₁₂H₂₅(CH₃)₂N-(CH₂)₆-N(CH₃)₂C₁₂H₂₅•2Br) (12-6-12• 2Br^－)和带相反电荷聚电解质聚丙烯酸钠(NaPA)的相互作用, 结果表明: 由于静电相互作用, 12-6-12•2Br^－和NaPA之间可以形成类胶束或复合物. 对比十二烷基三甲基溴化铵(DTMAB)与NaPA复配体系的荧光光谱, 发现偶联表面活性剂与NaPA的相互作用强于传统表面活性剂. 此外, 还研究了盐和醇对偶联表面活性剂/聚丙烯酸钠的复配体系微极性的影响, 发现盐和醇对表面活性剂在聚电解质上形成类胶束和复合物的溶解都有一定的促进作用.     

阴离子磺酸盐型Gemini表面活性剂与PEO-PPO-PEO嵌段共聚物相互作用的研究

用差示扫描微量热、等温滴定微量量热、动态光散射和核磁共振(NOESY,弛豫时间)技术,研究了在pH＝9时阴离子磺酸盐型Gemini表面活性剂12-3-12(SO₃)₂与PEO-PPO-PEO嵌段共聚物F127 (EO₉₇PO₆₉EO₉₇)和P123 (EO₂₀PO₇₀EO₂₀)之间的相互作用. 研究发现,随着12-3-12(SO₃)₂浓度的增大,聚合物的临界胶束温度(CMT)降低. 与传统的单链离子表面活性剂相比,12-3-12(SO₃)₂具有更强的降低共聚物CMT的能力. 此外,在低于聚合物的CMT时,12-3-12(SO₃)₂与聚合物单体可以形成聚合物/表面活性剂胶束聚集体;在高于聚合物的CMT时,12-3-12(SO₃)₂的加入首先与聚合物单体和胶束的混合物或聚合物胶束形成聚合物/12-3-12(SO₃)₂混合胶束,然后随着12-3-12(SO₃)₂浓度的增大,混合胶束逐步解离为小的聚集体,但是,即使在很高的12-3-12(SO₃)₂浓度时,混合胶束也未完全解离.     

聚丙烯酸在纳米TiO2表面吸附行为的研究

讨论了聚丙烯酸在纳米TiO₂水悬浮体系中的吸附行为.红外光谱分析和吸附实验结果表明,纳米TiO₂通过氢键吸附PAA.PAA吸附量随着浓度的升高而增大直至饱和吸附量,且分子量越大,饱和吸附量越大.pH值增大,则饱和吸附量减小.在相同条件下,表面吸附层的厚度随PAA分子量、浓度和pH值增大而增大.这是由PAA在颗粒表面构型的变化所致.吸附PAA后的纳米TiO₂的表面电荷密度和ζ电位发生变化,pHiep值向低值方向移动.表面吸附自由能的计算结果说明,PAA在纳米TiO₂表面的吸附是自发过程.     

提高氧化铁光电催化分解水效率的策略进展

为了解决能源危机与环境污染问题,发展一种可再生的清洁能源至关重要.太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,而氢气是一种良好的能源载体.利用太阳能光电催化水分解制氢,是一项有望能够解决能源与环境问题的技术,具有很大的应用前景.其中,氧化铁因为具有合适的能带位置与带隙、良好的稳定性与廉价无毒等优点,成为一种理想的光阳极材料.但是,在实际的测试中,氧化铁仅仅只能得到一个较低的光电转换效率,这可能是因为其较短的空穴扩散距离、较低的电导率以及极度缓慢的水氧化反应动力学所致.整个光电催化水氧化可分为三个过程,即光吸收过程、电荷分离过程以及表面空穴注入过程.这三个过程的效率共同决定了器件的太阳能转化效率.鉴于此,本文将从如何提高这三个效率的角度出发,总结近期研究报道中提高氧化铁光电催化分解水效率的一些策略.光吸收过程是指半导体中价带的电子在吸收具有一定能量的光子后发生跃迁,产生空穴-电子对的过程.其光子的损失主要来源于光的反射、透射以及半导体吸收边的限制.提高光吸收效率的主要策略包括制备具有特定纳米结构的氧化铁电极、利用表面等离子体共振效应以及组成双光吸收系统和掺杂等.电荷分离过程指的是受光激发产生的空穴电子对,在内建电场的作用下发生电荷分离,即光生空穴流向电极表面,光生电子流向半导体内部并从外电路导出.电荷分离效率的损失主要来源于光生载流子在迁移过程中的复合.因此,为了提高电荷分离效率,常见的策略是提高载流子在电荷分离过程中的复合时间τ₁和减少电荷迁移到表面(空穴)或者基底(电子)的时间τ₂.具体的策略包括制备特定的纳米结构(缩短体表相距离,减少τ₂)、构建异质结(增强能带弯曲,提高τ₁和减少τ₂)、掺杂(减少τ₂)和钝化复合中心(提高τ₁)等.表面空穴注入是指到达表面的光生空穴发生水氧化反应生成氧气的过程.除了空穴注入外,表面还可能存在复合与逆反应过程.因此,为了提高表面空穴注入效率,我们既可以提高水氧化反应动力学,具体的手段包括引入水氧化催化剂、F掺杂和碱处理等;也可以采用减少复合反应的策略,具体的方法包括引入钝化层、酸处理和高温热处理等;还可以采用减少逆反应的方法,最常见的手段就是在基底与氧化铁层之间引入电子阻挡层.上述三种途径都能提高表面空穴注入效率.最后,通过结合上述的一些策略,目前得到的最高性能的氧化铁电极在1.23 V(相对于可逆氢电极)能够达到6 mA cm^?2的光电催化分解水电流,但这个值依然明显低于氧化铁的理论值(12.6 mA cm^?2).这可能是由于体相复合所致.除此之外,氧化铁表面的水氧化机理现在依然不清晰,这些都是需要我们在未来解决的问题.     

十二烷基混合糖苷与其它表面活性剂二元体系表面吸附和胶束形成的顺序研究

摘要绿色表面活性剂烷基糖苷C₁₂G _1.46具有混合糖苷组成, 将其分别与十二烷基三氧乙烯磺酸钠C₁₂E₃S、 十二烷基三甲基氯化铵C₁₂TAC、 三硅氧烷非离子表面活性剂BE-6、 聚醚类表面活性剂 TMN-6复配, 在25 ℃下测定它们在0.1 mol/L NaCl溶液中的表面活性, 通过其混合表面层和混合胶束的分子交换能(ε, ε_m)的计算得出如下结论: (1) C₁₂G_1.46的活性高于C₁₂G₁和C₁₂G₂, 即烷基混合糖苷的活性高于相同烷基的纯糖苷的结论得到了进一步证实. 利用MM2分子力场计算的能量数据可合理地解释这种混合产品活性提高的原因. (2) 在该烷基混合糖苷的二元体系溶液中, 对其表面吸附和胶束化两个过程的顺序问题进行探讨, 一种情况是先建立表面吸附, 再形成胶束(C₁₂G_1.46/BE-6 和 C₁₂G_1.46/TMN-6 体系); 另一种情况是表面吸附和胶束化同时进行(C₁₂G_1.46/C₁₂TAC和C₁₂G_1.46/C₁₂E₃S体系).     

三维Cu-MOF对亚甲蓝的吸附和光催化降解及其机理

本文报道了[Cu₃(ppda)₃(tib)₂(H₂O)₄]·6H₂O(Cu-MOF)的合成、结构、吸附和光催化降解性能。在Cu-MOF中,1,4-苯二乙酸(H₂ppda)和1,3,5-三(1-咪唑基)苯(tib)配体交替连接Cu离子形成二维层,层与层之间通过trans-ppda^2-相互穿插形成稳定的三维结构。Cu-MOF对亚甲蓝(MB)的催化效率为97%,最高反应速率常数为0.019 7 min^-1。光催化降解机理：在光的激发下,催化剂表面的光生电子和空穴对发生分离,并与O₂、H₂O、H₂O₂反应生成活性物质,将染料降解为CO₂和H₂O。在MB溶液中加入NaCl(200 g·L^-1)后,Cu-MOF的吸附量有所提升(87.23 mg·g     

石墨烯/纳米管复合结构吸附分离CO2/CH4混合物的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法探讨了石墨烯/碳纳米管三维骨架结构(GNHS)对等摩尔CO₂/CH₄二元混合物的吸附分离性能. 模拟结果表明CO₂比CH₄更易吸附于GNHS中, GNHS与(6, 6)SWCNT (单壁碳纳米管)相比具有更高的分离性能. 随着温度升高, CO₂的吸附量快速降低, 而CH₄的吸附量则呈现出先升高后降低的趋势. 最后采用分子动力学方法计算了CO₂与CH₄的自扩散系数及停留时间等动力学相关参数, 发现CO₂在GNHS内扩散的阻力更大. 而各组分在吸附剂外部吸附层内的扩散过程对混合物的分离也存在一定影响.     

分子自组装法制备具有可控浸润性的铜表面

通过简单浸泡的方法在铜基底上制备出了具有微纳米复合结构的氧化铜, 再利用混合硫醇溶液[含HS(CH₂)₉CH₃和 HS(CH₂)₁₁OH]对浸泡后的表面进行修饰, 通过控制溶液中HS(CH₂)₁₁OH的浓度, 制备出一系列具有不同浸润性的铜表面, 实现表面从超疏水到超亲水的有效调控. 研究发现, 表面浸润的可控性源于表面复合结构与不同化学组成的协同作用, 微纳米复合结构的存在为表面浸润性的调节提供了必要的条件.     

钽掺杂六方相氧化钨对Sr2+的吸附:Zeta电位的测量及吸附机理的研究

研究Ta掺杂六方相氧化钨(hex-WO₃)材料在吸附Sr²⁺过程中其表面zeta电位的变化情况,并进一步探讨了吸附过程的热力学及吸附机理。结果表明：(1)在实验pH值范围内,Ta掺杂hex-WO₃悬浮液的zeta电位值随溶液中电解质的价态增大而增大;(2)且zeta电位随体系中离子强度的增加而增大;(3) Ta掺杂hex-WO₃对Sr²⁺的吸附容量随着温度降低而增大,随着离子强度的增加而减少;(4)吸附过程的吸附焓为－47 kJ·mol^-1,且Sr²⁺离子与材料表面之间主要为化学相互作用;(5) Ta掺杂hex-WO₃对Sr²⁺吸附过程主要为材料表面吸附及材料孔道内离子交换共同作用。     

新型含硅表面活性剂的合成及性能研究

含有双胺基的三硅氧烷中的伯胺基与D-葡萄糖酸-δ-内酯进行酰胺化,仲胺基与低聚乙二醇甲醚缩水甘油醚、二缩水甘油醚进行烷基化,制备了新型含硅表面活性剂Me₃SiOSiMeR¹OSiMe₃ [R¹=(CH₂)₃NR²(CH₂)₂NHCO(CHOH)₄CH₂OH; R²=H, CH₂CH(OH)CH₂O(CH₂CH₂O)_xCH₃, x=1, 2, 3] (1a, 2a～2c)和(CH₂OCH₂)_y(Me₃SiOSiMeR³OSiMe₃)₂ [R³=(CH₂)₃NR⁴～(CH₂)₂NHCO(CHOH)₄CH₂OH; R⁴=CH₂CH(OH)CH₂OCH₂, y=0, 1, 2] (3a～3c).这些化合物的结构用¹H, ¹³C核磁共振仪和元素分析仪进行鉴定.研究了这些新型含硅表面活性剂的界面性能,在浓度分别为10^-4和10^-5 mol·L^-1时可以将水的表面张力降低至约21 mN·m^-1.     

亚微米级多刺状星形氧化铜的制备

在阳离子gemini表面活性剂[C₁₆H₃₃(CH₃)₂N^＋(CH₂)₄N^＋(CH₃)₂C₁₆H₃₃]•2Br^－ (16-4-16)存在条件下, 以六次甲基四胺为沉淀剂, 利用水热合成法制备了大量多刺状星形亚微米级氧化铜. 用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等多种手段对制备产物的表征结果表明, 所得产物是具有单斜结构多刺状星形氧化铜. 考察了表面活性剂浓度、温度以及铜源对产物物相及其形貌的影响.     

NMR研究溶液中正十四烷基硫酸钠/正十四烷基聚氧乙烯醚(3)表面活性剂之间的相互作用

采用¹HNMR弛豫、自扩散系数和二维相敏(2DNOESY)实验研究了正十四烷基硫酸钠[n-CH₃(CH₂)₁₃OSO₃Na(STS)]和正十四烷基聚氧乙烯醚(3)[n-CH₃(CH₂)₁₃O(C₂H₄O)₃H(C₁₄E₃)]在溶液中的自聚集以及二者混合后的相互作用.结果表明,STS与C₁₄E₃混合后存在相互作用,并形成混合胶束;弛豫实验表明,混合胶束中STS疏水链质子运动更加受阻,C₁₄E₃的α-(4″)和β-CH₂(3″)处链堆积紧密.C₁₄E₃的亲水端(CH₂CH₂0)₃链卷曲紧贴在疏水壳表面外链堆积较紧密处.自扩散系数测量表明,混合胶束比单一阴离子表面活性剂形成的胶束大.单一非离子型胶束和混合胶束的亲水端(CH₂CH₂0)₃(5″)链构成相应较软和松散的外壳.单一C₁₄E₃在极性溶剂氯仿溶液中,质子运动比在水中自由度大,但2DNOESY谱中出现了少量分子间的交叉峰,也可能形成了一些小的聚集体.     

汽油活性炭基脱硫吸附剂的制备与评价

以250℃温度下浓硫酸改性后的活性炭为载体,采用浸渍法制备了以MnO₂为活性组分的活性炭基的汽油脱硫吸附剂MnO₂/AC,考察了吸附剂的制备条件及脱硫条件对脱硫效果的影响。研究结果表明,适宜的吸附剂制备条件为,以Mn(NO₃)₂为活性组分前驱物,Mn(NO)₂浸渍液浓度0.15mol/L、常温下浸渍24h、焙烧温度350℃、焙烧时间2h。该吸附剂在静态吸附温度120℃、吸附时间2h、剂油质量比0.10的条件下可使原料油硫的质量分数从628.6×10^-6降至221.5×10^-6,脱硫率达到64.8%;在动态吸附温度60℃、空速1.76h^-1的条件下,初始流出汽油硫的质量分数降至21.8×10^-6,初始脱硫率达到96.5%。     

CeO2对CuCl/活性炭吸附剂C2H4/C2H6吸附分离性能促进作用

通过等体积浸渍方法制备了添加CeO₂助剂的用于C₂H₄/C₂H₆吸附分离的CuCl/活性炭(AC)吸附剂,使用氮气吸附-脱附曲线、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDX)等分析方法对吸附剂进行了表征.结果表明,吸附剂表面Cu(II)在氮气气氛焙烧过程中被部分还原成Cu(I).重点研究了Ce元素的添加对于吸附剂的C₂H₄/C₂H₆吸附分离性能的影响,等温吸附曲线结果表明添加了CeO₂的吸附剂通过降低乙烷的吸附容量从而显著提高了吸附分离性能. XRD及XPS结果表明,和未添加助剂样品相比,其表面晶体团簇较小,分散性更好, Cu(II)还原程度更高.添加CeO₂的吸附剂样品5Ce50Cu(CeO₂和CuCl2的质量分数(w)分别为5%和50%)获得了最好的吸附分离效果,相对于未添加CeO₂的样品50Cu,其在660 kPa下的吸附选择性由4.2提升到8.7.     

锗－芦丁极谱络合吸附波的研究

在醋酸盐缓冲底液中,可获得Ge-芦丁的2个灵敏的络合吸附波P₁和P₂,分别对应于络合物中Ge(Ⅳ)还原至Ge(Ⅱ)再还原至Ge(0).两波的检出限分别为8.0×10^-8和4.0×10^-8mol/L.测得电活性络合物的组成为Ge:Rt=1:3,表面电极反应的速率常数(k_s)₁=10.5s^-1,(k_s)₂=1.9s^-1.还测定了有机锗口服液中锗的含量。     

基于尺寸识别和离子交换实现有机染料分离的一例阴离子型MOF

在溶剂热的条件下, 利用5-氨基间苯二甲酸(H₂aip)配体和硝酸铟[In(NO₃)₃·5H₂O]定向构筑了一例二维结构的阴离子型金属有机框架材料, {(Me₂NH₂)·[In(aip)₂]}·xG (1, G=客体分子). 采用X射线单晶衍射、热分析仪(TGA)和X射线粉末衍射(PXRD)等方法对该化合物进行了结构表征. 经过活化后样品1-ht几乎不吸附氮气, 但却能有效地吸附氢气和二氧化碳. 此外, 化合物1还可以通过离子交换和尺寸识别的方式来吸附阳离子亚甲基蓝(MB)染料, 而很难吸附阴离子甲基橙(MO)染料和分子尺寸更大的阳离子罗丹明B (RhB)染料, 实现水相中MB/MO和MB/RhB的选择性分离.     

H2,CO和H2/CO在ZrO2催化剂上吸附行为研究

用insituFTIR法研究了H₂、CO及CO/H₂在ZrO₂表面的吸附行为.结果表明,H₂在ZrO₂表面吸附存在两种形态的羟基(即ZrOH和ZrOHZr),吸附温度增加,羟基数量增加.CO在200℃易与ZrO₂表面羟基作用形成甲酸盐物种,吸附温度升高时,该物种逐渐分解生成CO和ZrOH.当CO和H₂共存时,表面甲酸盐的量明显增加,并随温度增加,逐渐加氢形成甲氧基,最后生成甲烷.甲氧基的加氢过程较慢,所需反应温度也较高,被认为是CO加氢合成醇的速控步骤.