石墨烯氧化过程中的热分析—质谱以及脉冲热分析方法研究（英文）

本文由氧化石墨烯通过水热法制备直接获得石墨烯。采用热重-差热分析方法检测了石墨烯受热过程中的质量变化和氧化温度。利用热分析-质谱联用技术在400-650°C温度区间得到了水和二氧化碳正离子质谱峰,这说明石墨烯氧化过程中的质量损失是由羟基水和二氧化碳脱除造成的。同时,还采用非等温热分析动力学方法,利用5、10、15°C?min~(-1)三种不同升温速率获得了石墨烯材料在空气气氛下的热分析动力学参数。通过Kissinger方法计算出石墨烯氧化过程中的活化能(Ea)和指前因子的对数(lg(A/s-1))分别为155.11 k J?mol~(-1)和6.90。利用Ozawa-Flynn-Wall(FWO)方法还建立了活化能和指前因子与反应转化率之间的关系。基于以上研究结果,本工作将对石墨烯在热界面、导热和先进复合材料等领域的应用提供参考价值。     

稀土尾矿中氟碳铈矿分解反应动力学研究

分解反应动力学可以深入分析氟碳铈矿分解反应过程,基于程序升温热重和质谱数据,采用Li Chung-Hsiung方法和Malek方法确定了氟碳铈矿分解反应过程的最概然机理函数、活化能和指前因子。热重实验结果表明,氟碳铈矿在空气和N₂气氛围下400～600℃温度范围内分解,空气氛围更有利于氟碳铈矿分解反应的进行,分解过程可用A模型很好地描述,即氟碳铈矿分解反应的速率控制步骤包含产物成核、核增长和核吸收长大。空气氛围下,氟碳铈矿分解反应过程活化能和指前因子分别为17.657～24.885 kJ·mol^-1和6.223～29.653 min^-1;N₂气氛围下,氟碳铈矿分解反应过程活化能和指前因子分别为25.532～30.236 kJ·mol^-1和36.882～64.250 min^-1,基于最概然机理函数、活化能和指前因子,建立了N₂气和空气氛围下的稀土尾矿中氟碳铈矿的分解反应动力学模型。     

3-硝基胍-6-(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪的晶体结构及热行为

合成了3-硝基胍-6-(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(NDT),在二甲基甲酰胺(DMF)中培养出NDT的单晶(NDT·DMF),该晶体属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为a=0.7070(4) nm,b=0.8468(6) nm,c=1.4123(9) nm,α=73.281(8)°,β=80.423(11)°,γ=81.740(9)°,Z=2。 利用DSC和TG-DTG研究了NDT的热分解行为,其放热过程的表观活化能和指前因子分别为288.245 kJ/mol和10^29.04 s^-1。 对NDT的热安全性进行了研究,获得NDT的自加速分解温度T_SADT为212.19 ℃,热点火温度T_be为213.52 ℃,热爆炸临界温度T_bp为214.95 ℃,绝热至爆时间范围在5.43~6.26 s。     

生物质焦油热裂解动力学参数实验研究

基于进样过程中焦油蒸发的不稳定性以及反应温度的测定和控制难度,设计了移动床焦油进样系统,使用样品槽携带焦油进入具有线性温度分布的炉膛空间,以样品槽的运动进样代替焦油流动进样,以获得稳定的焦油蒸发进样和更容易控制的反应温度。在此基础上,研究了不同进样速率下的焦油热裂解及其动力学特性。结果表明,在573~1 123 K,焦油的裂解率随温度的升高而加速升高,并在1 123 K时达到58%的裂解率;焦油热裂解遵循一级动力学反应,其平均活化能为39.5 kJ/mol,指前因子为1.58 min^-1。     

十二烷基芳炔硅烷单体的合成及固化动力学研究

以十二烷基三氯硅烷、镁条、溴乙烷和苯乙炔为原料,通过格利雅反应首次合成了十二烷基三苯乙炔基硅烷单体（DTPES）,其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, ²⁹Si NMR和FT-IR表征。采用非等温差示扫描量热法（DSC）对单体的热固化动力学进行了研究,并运用Kissinger、 Ozawa和Flynn-Wall-Ozawa法计算了DTPES的固化反应活化能,Friedman法推测了固化机理和固化动力学模型。结果表明：DTPES的固化过程符合自催化动力学模型。固化反应的表观活化能为160.10 kJ·mol^-1,反应级数n和m的平均值分别为0.83和0.30,指前因子lnA平均值为29.48 s^-1。     

硫酸锌与组氨酸固液反应的热动力学研究

用微热量计对硫酸锌与组氨酸在水中的固液反应进行了热动力学研究。通过实验和计算得出了该反应的热动力学参数（活化焓,活化熵及活化自由能）,速率常数和动力学参数（活化能,指前因子及反应级数）,并对温度改变对该反应的影响及配合物的合成条件进行了讨论。     

低阶煤半焦利用热重在O2/CO2、O2/N2和O2/Ar气氛下燃烧特性研究

利用热重研究了两种中国西北典型低阶煤半焦的燃烧特性。探究了不同气氛（O₂/CO₂、O₂/N₂和O₂/Ar）和不同氧气浓度对其燃烧特性的影响。实验结果表明,无论是反应气氛还是氧气浓度都会对低阶煤半焦的燃烧产生影响。相比于N₂和Ar,CO₂明显有利于燃烧反应进行：当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/Ar时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了63.7和68.8℃;而当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/N₂时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了135.9和129.6℃。在研究范围内,氧气浓度的提高也能明显提高半焦的燃烧性能。与此同时,半焦燃烧特性的动力学分析表明,随着氧气浓度提高,两种半焦燃烧反应的表观活化能E和指前因子A均呈增大趋势。通过对E和A两者关系的分析结果表明,半焦富氧燃烧的活化能和指前因子存在动力学补偿效应。     

生物质秸秆热重分析及几种动力学模型结果比较

利用热重分析在不同升温速率和氮气气氛下对两种生物质（玉米秸秆和稻秆）的热失重行为进行了研究。根据热重实验数据，采用四种利用热分析获取动力学参数的方法（Coats-Redfern法，Doyle法，最大速率法和分布活化能模型(DAEM)），计算生物质秸秆热分解反应活化能E、反应级数n及频率因子A，并进行比较。结果表明，采用不同的处理方法，得出的热分解动力学参数不同。利用Coats-Redfern法，玉米秸秆和稻秆在热解主要阶段（失重约5 w%～80 w%时）可由一段一级反应过程描述，升温速率10 K/min时活化能值分别为68.8 kJ/mol和70.0 kJ/mol。Doyle法和DAEM模型得到的结果较为接近，可以得到生物质热解过程中的活化能随失重率的变化曲线。生物质秸秆热解包含分子键能断裂的一系列复杂、连续反应过程。     

热分析法与分子模拟技术研究芦丁的热降解机理及其分解动力学

利用热重-微分热重技术测得芦丁在氮气气氛中不同升温速率β下的热分解曲线,使用Achar法、Coats-Redfern法、Kissinger法和Ozawa法4种方法同时进行动力学分析,根据第一步热分解的表观活化能Eα和指前因子A计算推断芦丁在不同温度下的贮存期。研究表明,随着升温速率的提高,芦丁的热分解温度逐渐升高;芦丁三步热分解的机理依次是随机成核与随后生长控制、三维扩散控制、随机成核与随后生长控制,分别对应的函数是Avrami-Erofeev方程、Z.-L.-T.方程和Avrami-Erofeev方程;经Gaussian模拟和热重数据结合分析,芦丁在第一步分解时,失去3个O原子;第二步分解时失去10个O原子;第三步分解时失去烷烃分子链和1个苯环。根据第一步热分解的表观活化能Eα和指前因子A推断,在室温25℃下,芦丁的贮存期为1.5～2年。     

植物焦炭氧化中的平行反应及其动力学解析

通过建立多组分平行反应模型和开展非线性动力学解析, 理论上探索植物焦炭氧化中的平行反应以及其对焦炭氧化反应活性影响的机制. 运用高温管式炉并通入高纯氮气制备植物焦炭, 热处理温度分别设定为450、520和800 ℃. 运用同步热分析仪开展空气气氛中植物焦炭线性升温氧化实验, 并通过对热重和质量损失速率实验数据进行拟合以获取焦炭氧化动力学参数值. 解析结果证实, 对于低中热处理温度(450和520 ℃)制得的焦炭, 其质量损失速率及对应的热流率曲线的变化特征主要是由残留木质素、无定形碳及粗脂肪和粗蛋白等其它反应物质的平行氧化反应叠加而成; 当热处理温度达到800 ℃时, 焦炭中活性物质基本为无定形碳, 氧化则可简化为无定形碳的单步反应. 残留木质素氧化反应的活化能最低, 范围为86～147 kJ·mol^-1, 相应的温度作用区间为300～480 ℃; 无定形碳的活化能为174～208 kJ·mol^-1, 反应温度在370～520 ℃之间; 其它物质的反应活化能为214～225 kJ·mol^-1, 温度作用区间在420～510 ℃之间. 焦炭的氧化活性主要由残留木质素含量决定. 随着热处理温度升高, 残留木质素含量降低, 同时另两个反应组分的氧化活化能均有所增大, 导致焦炭的氧化反应活性下降.     

辅助配体调控的荧光Cd-MOFs: 乙酰丙酮的荧光增强和Cr(Ⅵ)的荧光猝灭

将柔性苄氨基三羧酸配体5-(3-羧基-4-甲氧基苄氨基)间苯二甲酸(H₃L)与硝酸镉和不同含氮配体在溶剂热条件下反应, 制得了配合物{[Cd(HL)(bpea)·H₂O]·H₂O·DMF}_n(1)、 {[Cd(HL)(bpp)·H₂O]·2H₂O·DMF}_n(2)和 {[Cd(HL)(dmbpy)]·DMF}_n(3)[bpea=bis(4-pyridyl)ethane; bpp=1,3-bis(4-pyridyl)propane; dmbpy=5,5′-dimethyl-2,2′-bipyridine]. 3个配合物分别表现出有趣的2D→2D穿插结构和一维带状结构. 荧光性质测试结果表明, 所有配合物的荧光均可被Cr₂O₇^2?猝灭, 而在乙酰丙酮的DMF溶液中, 只有配合物1表现出明显的荧光增强. 羧酸配体的柔性、 含氮配体的类型和结构可以调控配合物的结构和荧光性能.     

(Fe1-xNix)ZrF6固溶体晶体结构与可调控的热膨胀性质

绝大部分物质具有热胀冷缩的基本性质,然而近年来的研究发现一些化合物具有反常的负热膨胀性质,其为有效调节物质热膨胀系数(CTE)提供了可行性,尤其调控各向同性化合物热膨胀性质是一个重要的研究方向。本文以双ReO₃结构的固溶体(Fe_1-xNi_x)ZrF₆为研究对象,对(Fe_1-xNi_x)ZrF₆固溶体的制备、晶体结构以及热膨胀调控开展了深入研究。(Fe_1-xNi_x)ZrF₆固溶体呈现全程固溶特性,通过Ni²⁺对Fe²⁺进行化学替代的方法实现了(Fe_1-xNi_x)ZrF₆热膨胀系数在大范围内的有效调控(−3.24×10⁻⁶– +18.23 × 10⁻⁶ K⁻¹,300–675 K),尤其,在(Fe_0.5Ni_0.5)ZrF₆化合物中得到了零膨胀性能。作为一种典型的框架结构化合物,晶胞中F原子横向热振动的差异是导致各自不同热膨胀差异的本质原因。该研究给我们提供了一个基于开放式框架结构化合物的热膨胀调控方法。     

羧基功能化石墨烯增强TiO2光催化产氢性能

The use of semiconductor photocatalysts (CdS, g-C₃N₄, TiO₂, etc.) to generate hydrogen (H₂) is a prospective strategy that can convert solar energy into hydrogen energy, thereby meeting future energy demands. Among the numerous photocatalysts, TiO₂ has attracted significant attention because of its suitable reduction potential and excellent chemical stability. However, the photoexcited electrons and holes of TiO₂ are easily quenched, leading to limited photocatalytic performance. Furthermore, graphene has been used as an effective electron cocatalyst in the accelerated transport of photoinduced electrons to enhance the H₂-production performance of TiO₂, owing to its excellent conductivity and high charge carrier mobility. For an efficient graphene-based photocatalyst, the rapid transfer of photogenerated electrons is extremely important along with an effectual interfacial H₂-production reaction on the graphene surface. Therefore, it is necessary to further optimize the graphene microstructures (functionalized graphene) to improve the H₂-production performance of graphene-based TiO₂ photocatalysts. The introduction of H₂-evolution active sites onto the graphene surface is an effective strategy for the functionalization of graphene. Compared with the noncovalent functionalization of graphene (such as loading Pt, MoS_x, and CoS_x on the graphene surface), its covalent functionalization can provide a strong interaction between graphene and organic molecules in the form of H₂-evolution active sites that are produced by chemical reactions. In this study, carboxyl-functionalized graphene (rGO-COOH) was successfully modified via ring-opening and esterification reactions on the TiO₂ surface by using an ultrasound-assisted self-assembly method to prepare a high-activity TiO₂/rGO-COOH photocatalyst. The Fourier transform infrared (FTIR) spectra, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and thermogravimetric (TG) curves revealed the successful covalent functionalization of GO to rGO-COOH by significantly enhanced ―COOH groups in FTIR and increased peak area of carboxyl groups in XPS. A series of characterizations, including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), XPS, and UV-Vis adsorption spectra, were performed to demonstrate the successful synthesis of TiO₂/rGO-COOH photocatalysts. The experimental data for the hydrogen-evolution rate showed that the TiO₂/rGO-COOH displayed an extremely high hydrogen-generation activity (254.2 μmol∙h⁻¹∙g⁻¹), which was 2.06- and 4.48-fold higher than those of TiO₂/GO and TiO₂, respectively. The enhanced photocatalytic activity of TiO₂/rGO-COOH is ascribed to the carboxyl groups of carboxyl-functionalized graphene, which act as effective hydrogen-generation active sites and enrich hydrogen ions owing to their excellent nucleophilicity that facilitates the interfacial hydrogen production reaction of TiO₂. This study provides novel insights into the development of high-activity graphene-supported photocatalysts in the hydrogen-generation field.      

基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物的合成和光催化活性

采用水热合成方法制备了2个基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物, 化学式分别为{[Cu₂(4,4′- bipy)₄(H₂O)₄](SiMo₁₂O₄₀)·18H₂O}_n(1)和{[Cu₂(4,4′-bipy)₄(H₂O)₄](PMo₆W₆O₄₀)·18H₂O}_n(2)(bipy=bipyridine). 结构分析 表明2个化合物同构, Cu²⁺是六配位, 分别与4个4,4′-bipy上的N原子和2个水分子上的O原子结合, 形成 [Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺二维层状结构. 杂多阴离子通过静电与配位阳离子[Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺作用交叉排列在层间. 通过红外光谱、 粉末X射线衍射和固体紫外-可见漫反射光谱等对化合物的性质进行了表征. 研究了所合成化合物对水溶性染料亚甲基蓝的降解活性, 发现2种化合物对于亚甲基蓝均表现出显著的光降解活性, 并对它们的催化机理进行了讨论.     

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(Sn O2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(Sn O2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,Sn O2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 m A?g~(-1)的大电流密度下循环60次容量稳定在500 m Ah?g~(-1),电流减小到50 m A?g~(-1)循环80次后容量仍高达865 m Ah?g~(-1)。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免Sn O2纳米颗粒团聚,缓冲Sn O2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。     

具有螺旋结构的金属镍有机-无机配位聚合物的合成及表征

在水热体系中合成了3个中心金属为镍离子, 以六配位扭曲八面体构型形成的具有螺旋结构的配位聚合物{[Ni₂L₂(bib)₂·2H₂O]·5H₂O}_n(1), [Ni₂L₂(bpy)]_n(2)和{[Ni₂L₂(bibpip)₂·2H₂O]·6H₂O}_n(3)[H₂L=4,4'-三苯胺二甲酸; bib=1,3-二(咪唑基)苯; bpy=4,4-联吡啶; bibpip=1,4-二(4-咪唑苄基)哌嗪]. 通过单晶及粉末X射线衍射、 红外光谱、 元素分析和热重分析对这3种化合物进行了表征. 结果表明, 化合物1属于单斜晶系, C2/c空间群, 其骨架为具有{4²·6⁵·8}拓扑结构的二维层结构; 化合物2属于斜方晶系, Fdd2空间群, 其骨架为具有{4⁸·5⁴·6³}拓扑结构的三维超分子网络; 化合物3属于三斜晶系, P\begin{array}{c}\bar{1}\end{array}空间群, 为1个五重穿插的三维超分子网络, 其骨架具有{4⁴·6²}拓扑结构.     

高性能AlPO4-14分子筛膜的制备及气体分离性能

制备了高性能的AlPO₄-14分子筛膜. 首先通过控制反应溶胶中水和模板剂的含量制备了形貌均一的AlPO₄-14分子筛, 分子筛的尺寸为15~18 mm; 然后采用晶种法即在反应凝胶中加入分子筛作为晶种进一步调控分子筛的大小, 使得AlPO₄-14分子筛的尺寸从15~18 mm减小到2~3 mm, 得到形貌均一的纯相片状晶体, 同时有效缩短了制备时间; 最后以多孔管状莫来石为支撑体, 采用二次生长法制备AlPO₄-14分子筛膜. 考察了2种不同大小的晶种对膜形貌和性能的影响, 发现以大尺寸的分子筛(15~18 mm)作为晶种制备的分子筛膜的分离层存在较多缺陷, 而采用小尺寸的晶种(2~3 mm)制备的膜层较均一致密. AlPO₄-14分子筛膜经高温脱除模板剂后仍然保持着纯相的AlPO₄-14晶型, 表明二次生长法促进了AlPO₄-14晶体在膜层中的生长且使其具有更高的结晶度和热稳定性. 在25 ℃, 100 kPa下, AlPO₄-14分子筛膜对H₂/CH₄, CO₂/CH₄和H₂/CF₄的理想分离因子分别为28, 40和1047, 且H₂和CO₂的渗透速率分别为6.3×10 ^-7和9×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1; 对等摩尔CO₂/CH₄混合气体的分离因子为81.5, 且CO₂的渗透速率为8.8×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1.     

系列Sm3+配合物的合成、结构及光物理性能

采用水热方法合成了4种Sm³⁺配合物, 即{[SmZn(2,5-pdc)₂(tp)_0.5(H₂O)]·2H₂O}_n(1), [Sm₂Zn₂(C₆H₅COO)₁₀(Imh)₂(H₂O)₂](2), {[Sm₂(NO₂C₆H₄COO)₆(H₂O)₄]·H₂O}_n(3)和{[SmN(CH₂COO)₃(H₂O)₂]·H₂O}_n(4)[2,5-pdc=2,5-吡啶二羧酸根, tp=对苯二甲酸根, C₆H₅COO=苯甲酸根, Imh=咪唑, NO₂C₆H₄COO=对硝基苯甲酸根, N(CH₂COO)₃=氨三乙酸根]. 通过单晶X射线衍射确定了其晶体结构. 在室温下测定了其红外光谱、 紫外-可见-近红外光谱以及在近红外区和可见区的发射光谱. 结果表明, 4种配合物在近红外区或可见区均出现Sm³⁺离子的特征发射. 这是形成配合物后, Zn-配体部分和配体对Sm³⁺离子发光的敏化作用所致. 此外, 讨论了不同有机配体或d过渡金属离子对Sm³⁺离子发光的影响, 并分析了配合物中Sm³⁺离子的近红外发射带位移、 劈裂和加宽的原因.     

H2WO4/GO的制备及其超声-氧化脱除模拟油中的硫化物

以钨酸和氧化石墨烯为原料,利用浸渍法将钨酸负载到氧化石墨烯上制得H₂WO₄/GO。采用XRD、FT-IR、SEM、BET表征确定H₂WO₄/GO的形态及其结构。以H₂WO₄/GO作为催化剂,H₂O₂作为氧化剂,乙腈作为萃取剂超声氧化脱除模拟油中的二苯并噻吩（DBT）。实验表明,在模拟油为5 mL,钨酸的负载量为30%（质量分数）,催化剂为0.02 g,乙腈为1 mL,H₂O₂/S（mol ratio）为8,反应温度为50℃,超声功率为150 W的最佳反应条件下,二苯并噻吩（DBT）、4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）、苯并噻吩（BT）的脱除率分别达到96.6%、81.2%、72.8%。同时,考察了催化剂的循环使用性能,并对超声氧化脱硫机理进行了研究。     

The determination of glycopeptides by liquid chromatography/mass spectrometry with collision-induced dissociation

Glycopeptides derived from ribonuclease B and ovomucoid have been subjected to collision-induced dissociation (CID) in the second quadrupole of a triple quadrupole mass spectrometer. Doubly charged parent ions gave predictable fragmentation that yielded partial sequence information of the attached oligosaccharide as Hex and HexNAc units. Common oxonium ions are observed in the product ion mass spectra of the glycopeptides that correspond to HexNAc⁺ (m/z 204) and HexHexNAc⁺ (m/z 366). A strategy for locating the glycopeptides in the proteolytic digest mixtures of glycoproteins by ions spray liquid chromatography mass spectrometry (LC/MS) is described by utilizing CID in the declustering region of the atmospheric pressure ionization mass spectrometer to produce these characteristic oxonium ions. This LC/CID/MS approach is used to identify glycopeptides in proteolytic digest mixtures of ovomucoid, asialofetuin, and fetuin. LC/CID/MS in the selected ion monitoring mode may be used to identify putative glycopeptides from the proteolytic digest of fetuin.