有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶的软模板合成及其表征

报道了在有序介孔碳基体中一步合成负载Fe、Co、Ni纳米晶的方法. 以间二苯酚和甲醛为碳源, F127为模板剂, Fe、Co、Ni的硝酸盐为前驱体, 通过软模板组装路线在酸性条件下合成了负载型有序介孔碳复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和氮气吸附等手段对所合成材料进行了表征. 结果表明: 合成的材料具有类似于SBA-15的有序介孔结构, 有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶复合材料的比表面积分别为586、626和698 m²·g^-1. XRD和TEM表征结果证实了金属物种以高分散纳米晶的形式分布在介孔碳基体中.     

介孔炭的孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂性能的影响

采用模板法合成了介孔炭(MC),研究了其孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂Ba-Ru-K/MC性能的影响,采用N₂吸附脱附、扫描电镜和透射电镜等手段对介孔炭的孔结构进行了表征.研究发现,介孔炭载体的孔结构取决于模板剂的用量,当SiO₂/C质量比为1.0时,所制介孔炭比表面积最大.介孔炭负载的Ba-Ru-K催化剂活性与其介孔比表面积相关.在425℃,10MPa和10000h^-1条件下,合成氨的反应速率为139mmol/(g_cat·h).     

MCM-41负载S2O82-/TiO2固体超强酸的制备和酯化性能研究

采用液相沉积法制备了由MCM-41介孔分子筛负载S₂O₈^2-/TiO₂的固体超强酸催化剂。探讨了成酸机理，并以乙酸和异戊醇的酯化反应作为探针反应考察了焙烧温度、浸渍溶液浓度等制备条件对催化剂催化活性的影响，得到了较佳的制备条件。XRD、N₂吸附-脱附和FTIR结果表明，固体超强酸保持了MCM-41的介孔结构，BET表面积高达211 m²·g^-1，且具有强酸性(H_o<-12.70)。     

介孔氧化铝负载Ni-Co氧化物催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯

以非离子型三嵌段共聚物作为模板剂, 异丙醇铝为氧化铝的前驱物, 采用一锅法合成了一系列介孔氧化铝负载镍氧化物、钴氧化物以及镍-钴双金属氧化物催化剂, 并以介孔氧化铝为载体, 采用浸渍法制备了负载Ni-Co 氧化物催化剂. 采用N₂吸附-脱附、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线粉末衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)以及激光拉曼光谱(LRS)等技术对催化剂的结构与性质进行表征, 并考察了催化剂的丙烷氧化脱氢反应性能. 结果表明: 一锅法制备的各催化剂均有大的比表面积和规整的孔道结构, 且负载的金属氧化物高度分散; 而浸渍法制备的催化剂, 其载体的介孔结构被破坏并有Co₃O₄晶相生成. 在考察的催化剂中, 一锅法合成的介孔氧化铝负载Ni-Co 氧化物催化剂表现出最佳的丙烷氧化脱氢性能. 在450 °C、C₃H₈:O₂:N₂的摩尔比为1:1:4和空速(GHSV)为10000 mL·g^-1·h^-1条件下, 该催化剂上丙烯产率为10.3%, 远高于浸渍法制备的催化剂上所获得的丙烯产率(2.4%). 关联催化剂表征和反应结果, 讨论了催化剂结构与性能之间的关系.     

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(II)、Cr(VI)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂, 酚醛树脂为碳源, 正硅酸乙酯为硅源, 三组分共组装合成介孔碳?氧化 硅纳米复合物, 再经HF去除氧化硅, 得到有序介孔碳(OMC). X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温 N2吸脱附(BET)等测试表明, 所得样品具有高度有序的介孔结构, 比表面积和孔容分别为1330 m²·g^-1和2.13 cm³·g^-1, 平均孔径6.4 nm. 对其先氧化、后氯化、再胺化, 得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH₂(m), m为加入的乙二胺的质量(g)). 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实, 胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持. 以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(II)、Cr(VI)进行选择性吸附研究. 结果表明: 功能化修饰前, 样品对Cu(II)、Cr(VI)饱和吸附量分别为213.33、241.55 mg·g^-1; 修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21 mg·g^-1. 功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(II)的能力.     

大孔-介孔Ag/PDA/MMS复合材料的制备及其催化性能

用双模板法制备了介孔纳米薄膜构筑的毫米级尺寸的大孔-介孔SiO₂(MMS)，通过多巴胺(DA)在其孔道表面氧化自聚合成聚多巴胺(PDA)，得到 PDA 修饰的 MMS(PDA/MMS)，再经 PDA 原位还原 Ag⁺制得大孔-介孔 Ag/PDA/MMS 复合材料。应用扫描电镜、透射电镜、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱、X射线衍射、UV-Vis、FT-IR和热重技术对所制得的材料进行表征。结果表明，MMS兼具纳米介孔材料和宏观尺寸大孔材料的优点。Ag/PDA/MMS在催化还原对硝基苯酚(4-NP)反应中展现出高催化活性，转化频率(TOF)达2.97 min^-1。这归因于其独特的结构：相互连通的大孔孔道大大降低了传质阻力，短孔道的介孔显著增加了活性位点的可达性，大的比表面积为反应物提供了大量的活性位点。而且，毫米级尺寸的Ag/PDA/MMS可以很容易从反应体系中分离出来，在5次循环后仍能将4-NP完全转化为对氨基苯酚(4-AP)。另外，Ag/PDA/MMS对亚甲基蓝(MB)的还原也有良好的催化效果。     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

氮掺杂有序介孔碳-Ni纳米复合材料的制备及电化学性能

以F₁₂₇为模板剂,NiCl₂为镍源,尿素为氮源,间苯二酚甲醛原位聚合树脂为碳源,分别采用均相法和两相法制备Ni-N-OMC-1,Ni-N-OMC-2纳米复合材料.X射线衍射(XRD)、激光拉曼以及透射电子显微镜(TEM)等测试结果表明,复合材料具有有序介孔结构,Ni以金属微粒形式嵌于碳骨架中,提高了有序介孔碳的石墨化程度.X射线光电子能谱测试(XPS)表明尿素热解后以4种形式存在:sp³杂化与C结合的N原子,吡啶N原子,sp²杂化与C结合的N原子以及quaternary-N原子.Ni-N的共改性改变了碳载体的理化性质,有利于Pt纳米粒子的负载与分散.均相法制备的Ni-N-OMC-1复合材料微波负载Pt后,氧还原极限电流密度为5.32mA·cm^-2,氢氧化电化学活性面积高达138.53m²·g^-1,电化学催化活性优于商业20%Pt/C材料(4.49mA·cm^-2,96.98m²·g^-1).     

淀粉基炭负载纳米铜催化合成碳酸二甲酯

以硝酸铜和可溶性淀粉为原料, 经过溶胶-凝胶化过程、高温炭化和KOH活化得到炭负载铜催化剂(Cu/C), 采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、热重-差热分析仪、N₂吸附和CO程序升温脱附对催化剂结构进行了表征, 并考察了它在甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中的催化活性. 结果表明, 活化温度和KOH用量对催化剂的表面结构及金属铜粒子尺寸影响显著, 当活化温度为850℃, KOH:C=1 (质量比)时, Cu/C催化剂的比表面积达到1690 m²/g, 铜纳米粒子平均晶粒尺寸为30.4 nm, 催化活性最高, DMC时空收率达到235.7 mg·g^-1·h^-1, 甲醇转化率和DMC选择性分别为1.6%和76.5%.     

由微孔棒状羟基磷灰石为模板合成的新型层次孔炭材料的电化学电容性能

电化学电容器已经成为极具潜力的可满足高功率需求的储能系统器件. 多孔炭具有大比表面积、高导电性、化学惰性、廉价及可调孔结构等优势, 因此成为电化学电容器最为常用的电极材料. 本文报道由微孔棒状羟基磷灰石为模板及蔗糖为碳源合成的新型具有层次孔道结构的孔炭材料的电化学电容器的性能. 采用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱及BET表面分析仪表征了合成的多孔炭的形貌及表面特性. 采用循环伏安法、交流阻抗图谱分析及恒流充放电评价多孔炭材料在1 mol·L^-1硫酸中的电化学电容性能. 多孔炭具有高的比表面积(719.7 m²·g^-1)和大的孔容(1.32 cm³·g^-1), 其无序的孔道由任意分布的微孔、坍塌的中孔及类模板形状的相互交织的棒状中孔组成. 随着炭化温度的增加, 微孔及棒状中孔的密度随之降低, 在炭化温度高达900℃时, 孔径分布图上出现了三个峰. 正是由于这些特殊的结构特征, 由900℃炭化得到的多孔炭制成的电极展示出很好的电化学电容性能.     

全硅MCM-41担载的加氢脱硫催化剂的TPR研究

用TRP技术研究了以全硅MCM-41(Si-MCM-41)和HNO3交换的全硅MCM-41(H-MCM-41)为载体制备的Ni-Mo、Co-Mo和Ni-W加氢脱硫(HDS)催化剂的还原性能，并以0．8(wt)％二苯并噻吩(DBT)的十氢萘溶液为模型化合物，在高压固定床反应器上考察了上述催化剂的加氢脱硫(HDS)反应性能。结果表明，Si-MCM-41经稀HNO3交换后，所担载的Ni-Mo和Ni-W催化剂还原性能、HDS活性和加氢活性有显著变化，但对Co-Mo催化剂影响不大。这说明在Ni-Mo／H-MCM-41和Ni-W／H-MCM-41中可能存在氢溢流现象，DBT的HDS活性与载体表面酸性和氢溢流有关。     

杂原子介孔Co-MCM-41分子筛的制备及其柴油深度吸附脱碱氮性能

以硝酸钴为钴源,采用水热法合成了MCM-41和不同Co含量的Co-MCM-41分子筛,并利用XRD、FT-IR和低温N2吸附-脱附等方法对合成的分子筛进行表征。当加入的Co/Si物质的量比达到0.1时,依然能够成功合成具有规整有序的介孔结构的Co-MCM-41。MCM-41和Co-MCM-41静态吸附脱除0#柴油中碱氮的实验结果表明,Co/Si物质的量比为0.06的Co-MCM-41(2)分子筛的吸附容量最大,达到5.324 mg(N)/g分子筛,明显高于MCM-41分子筛的吸附容量2.532 mg(N)/g,说明Co进入MCM-41分子筛骨架后显著提高了分子筛的吸附脱除碱氮能力。当加入的Co/Si物质的量比大于0.06时,分子筛吸附脱除柴油中碱氮的能力反而下降,这是由于加入过多Co会使其以Co3O4形式高度分散在分子筛孔道中,堵塞了吸附活性位,使其无法与碱性氮化物接触造成吸附脱氮能力下降。动态吸附脱除0#柴油中碱性氮化物的结果表明,每克CoM CM-41(2)分子筛可将35 m L柴油的碱氮从147.54μg/g吸附脱除到10μg/g以下,吸附容量为4.2 mg(N)/g(吸附剂),由于动态吸附的接触时间较短使MCM-41失去了吸附脱氮能力,说明Co-MCM-41(2)对柴油中的碱氮具有较好的选择性。     

Synthesis, structure, and acidic properties of MCM-41 functionalized with phosphate and titanium phosphate groups

Mesoporous molecular sieves Si-MCM-41 (purely siliceous) and Ti-MCM-41 (partly covered with a surface layer of TiO2) were functionalized with phosphate groups by treatment with POCl3 (denoted -MCM-41(P)and Ti-MCM-41(P), respectively). With the use of TEM, X-ray diffraction, and N2 adsorption, it was shown that the initial hexagonal structure, the high specific surface area, and porosity are retained in the functionalized materials but are not as good as in the starting materials. 1H MAS NMR and 31P MAS NMR revealed that the surface of Si-MCM-41(P) consists of silicon phosphate and pyrophosphate species. That of Ti-MCM-41(P) additionally contains titanium dihydro-, hydro-, and pyrophosphate species, the latter being predominant. TPD of adsorbed ammonia for Si-MCM-41(P) and Ti-MCM-41(P) showed that functionalization leads to the creation of moderate and strong acid sites. A combination of mesoporous structure with acidic properties makes the MCM-41 functionalized with phosphate groups promising for use as solid acid catalysts.     

杂原子介孔Co-MCM-41分子筛的制备及其吸附脱氮性能

采用水热法合成了介孔MCM-41和Co-MCM-41分子筛,并利用XRD、FT-IR、低温N₂吸附-脱附和NH₃-TPD等方法对合成的分子筛进行了表征。考察了晶化时间、晶化温度、陈化时间对合成介孔Co-MCM-41分子筛的影响,确定较适宜的合成条件为陈化时间1 h,晶化温度110 ℃,晶化时间2 d。XRD 和FT-IR表征结果说明,Co原子已经进入MCM-41的骨架。MCM-41和Co-MCM-41的平均孔径均为2.82 nm,BET比表面积分别为986.42和 637.69 m²/g,孔容分别为0.762 1和0.537 2 m³/g。NH₃-TPD的表征结果表明,MCM-41和Co-MCM-41的酸性都较弱,但Co-MCM-41的酸性明显强于MCM-41。在此基础上,利用合成的MCM-41和Co-MCM-41吸附脱除氮含量为1 737.35 μg/g的模拟燃料中的喹啉。喹啉分子尺寸的模拟结果为0.711 6 nm × 0.500 2 nm,说明其可以很容易地进入MCM-41和Co-MCM-41的介孔孔道中。Co-MCM-41分子筛的氮脱除率明显高于MCM-41,这是由于其较强的酸性及与喹啉之间的化学吸附,而且,Co-MCM-41吸附脱氮具有较好的再生性能。     

Adsorption of urease on PE-MCM-41 and its catalytic effect on hydrolysis of urea

Pore-expanded MCM-41 (PE-MCM-41) silica exhibits a unique combination of high specific surface area (ca. 1000 m(2)/g), pore size (up to 25 nm) and pore volume (up to 3.5 cm(3)/g). As such, this material is highly suitable for the adsorption of large biomolecules. The current study focused primarily on the application of PE-MCM-41 material as suitable host for urease (nickel-based large metalloenzyme) in controlled hydrolysis of urea. Urease adsorbed on PE-MCM-41, regular MCM-41 and silica gel (SGA) were used as catalysts for urea hydrolysis reaction. Adsorption studies of urease on these materials from aqueous solution at pH 7.2 revealed that the adsorption capacity of PE-MCM-41 (102 mg/g) is significantly higher than that of MCM-41 (56 mg/g) and SGA (21 mg/g). The equilibrium adsorption data were well fitted using the Langmuir-Freundlich model. Furthermore, the kinetic study revealed that the uptake of urease follow the pseudo-first order kinetics. The in vitro urea hydrolysis reaction on pristine urease and different urease-loaded catalysts showed that the rate of hydrolysis reaction is significantly slower on U/PE-MCM-41 compared to that of bulk urease and urease on MCM-41 and SGA. This technique could be an alternative means to the use of urease inhibitors to control the ammonia release from urea fertilizer.     

杂原子介孔Ce-MCM-41分子筛的制备及其吸附脱除甲硫醚性能

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,硝酸铈为铈源,采用水热法合成了杂原子介孔分子筛Ce-MCM-41。XRD和FT-IR表征结果表明,当加入的Ce/Si物质的量比小于0.04时合成了规整有序的介孔结构,并将Ce原子引入到MCM-41骨架中。N₂吸附-脱附测试获得MCM-41和Ce-MCM-41(Ce/Si物质的量比为0.04)的平均孔径分别为2.82和2.46 nm,孔容分别为0.762 1和 0.689 4 m³/g,BET比表面积分别为986.42和756.8 m²/g。NH₃-TPD表征结果表明,Ce-MCM-41的酸性要明显强于MCM-41,但两种分子筛的酸性均较弱。利用合成的MCM-41和Ce-MCM-41吸附脱除甲硫醚浓度为58 μg(甲硫醚)/g的甲硫醚/氮气混合气中的甲硫醚。甲硫醚分子尺寸的模拟结果为0.464 8 nm,可以很容易地进入分子筛的介孔孔道中。由于Ce-MCM-41分子筛具有较多的酸量,其硫吸附容量7.52 mg(S)/g明显高于MCM-41的4.57 mg(S)/g。MCM-41和Ce-MCM-41都具有较好的再生性能,再生3次后硫吸附容量仍可恢复到初始容量的80%,分别为3.52和 5.86 mg(S)/g。     

Incorporation of CdS Nanoparticles Formed in Reverse Micelles into Mesoporous Silica

The incorporation of CdS nanoparticles, prepared in reverse micellar systems, into thiol-modified mesoporous silica, such as FM41 (functionalized MCM-41) and FM48 (functionalized MCM-48), has been investigated. The nanoparticles were immobilized in the mesopores via the incorporation of water droplets of the reverse micelles. A particle-sieving effect for FM41 having large (L-FM41, 3.8 nm) and medium (M-FM41, 3.6 nm) pore size was observed, in that the incorporation of the CdS nanoparticles was decreased with increasing particle size and with decreasing pore size of the FM41. Chemical vapor deposition treatment employed to narrow the mesopores of the CdS-FM41 enhanced the stability of CdS nanoparticles against heat treatment. The CdS-FM41 composites demonstrated photocatalytic activity for H(2) generation from 2-propanol aqueous solution, the better photocatalytic activity being obtained with the larger pore size for CdS-L-FM41. Copyright 2001 Academic Press.     

杂原子介孔MCM-41分子筛的制备及其对含喹啉模拟柴油的吸附脱氮性能

制备了介孔MCM-41分子筛和三种杂原子(Zn、Ba和Ce)介孔MCM-41分子筛,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、低温N_2吸附-脱附等手段对其进行表征,研究了几种介孔分子筛对氮含量为1732μg/g含喹啉模拟柴油的吸附脱氮性能。结果表明,所制备的几种分子筛均具有典型的介孔结构,且杂原子已进入到分子筛骨架中。利用Materials Studio软件构建介孔分子筛模型,模拟的XRD谱图与实验结果基本相符;进一步模拟了喹啉分子在杂原子介孔分子筛团簇上的吸附,计算了吸附能及被吸附分子和吸附中心的距离(d_((N-M)))。几种分子筛的吸附脱氮性能顺序依次为Zn-MCM-41 Ce-MCM-41 Ba-MCM-41 MCM-41;Zn-MCM-41的吸附性能最好,吸附能最大,吸附分子和吸附中心的距离d_((N-M))最小。吸附时间对杂原子介孔分子筛的吸附脱氮性能具有较大影响,而吸附温度的影响相对较小;Zn-MCM-41、Ba-MCM-41和Ce-MCM-41分子筛的最佳吸附时间分别为40、10和30 min,最佳吸附温度分别为40、30和40℃。     

新戊基钛在MCM-41表面的接枝反应及产物性质

采用原位红外光谱法在真空系统中考察了MCM-41分子筛表面与四新戊基钛Ti(CH2CMe3)4的反应,发现这个反应可在室温下定量进行,得到表面新戊基钛(≡Si－O)2Ti(CH2CMe3)2. 这种表面新戊基钛很容易与CH3OH、H2O和O2进一步发生反应分别得到(≡Si－O)2Ti(OCH3)2、(≡Si－O)2Ti(OH)2和(≡Si－O)2Ti(OCH2CMe3)2等表面化合物.在氧气中焙烧由(≡Si－O)2Ti(CH2CMe3)2水解所得的(≡Si－O)2Ti(OH)2可制得表面含钛MCM-41介孔分子筛（Ti-MCM-41）.元素分析、低温N2吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱、X射线粉末衍射和FTIR等表征结果表明,接枝反应和后续的处理不破坏分子筛的介孔结构; Ti-MCM-41的比表面积和孔直径较MCM-41略有降低; Ti原子在Ti-MCM-41表面以TiO4四面体配位状态分散,并对乙烯氧化有较明显的光催化活性.论文还通过对Ti-MCM-41与水热合成骨架含钛[Ti]-MCM-41结构和光催化活性的比较,对分子筛类材料光催化作用机制进行了分析探讨.     

介孔材料Co-MCM-41的合成及其吸附脱除各种碱性氮化物

采用水热法合成了MCM-41和不同Co/Si物质的量比的Co-MCM-41介孔材料,并采用XRD、FT-IR和低温氮气吸附-脱附方法对样品进行了表征。FT-IR及XRD表征结果说明,Co原子已经进入了介孔材料的孔壁。合成的MCM-41及Co/Si(物质的量比)为0.18以下的Co-M CM-41都具有六方有序排列的介孔结构。当加入的Co/Si(物质的量比)为0.22时,样品的(100)峰完全消失,不具备六方有序排列的介孔结构,说明以硝酸钴为钴源合成Co-MCM-41的最大Co加入量为Co/Si(物质的量比)为0.18左右。与MCM-41相比,各Co-MCM-41样品的XRD(100)峰随着Co加入量的增加逐渐变宽变弱,比表面积和孔容变小,平均孔径增大。当加入的Co/Si物质的量比大于0.06时,Co-MCM-41的介孔孔道中存在少量聚集态的Co3O4。利用合成的Co-MCM-41吸附脱除氮含量为1737.35μg/g模拟燃料中的碱性氮化物喹啉、苯胺或吡啶,结果表明,所有样品的吸附脱氮效果顺序为苯胺吡啶喹啉。Co-MCM-41(0.06)的吸附容量和氮脱除率明显要高于其他样品,对苯胺、吡啶和喹啉的吸附容量分别为42.17、35.66和29.18 mg(N)/g,去除率分别为82.38%、73.53%和61.11%。添加到模拟燃料中的芳烃化合物萘、苯或甲苯对其吸附脱氮没有影响,表明介孔材料Co-MCM-41对各种含氮化合物的吸附主要是N原子与Co的配位络合吸附,而不是π-π络合作用。采用焙烧或乙醇溶剂洗涤再生后的Co-MCM-41(0.06)恢复了吸附脱氮能力,说明其具有较好的再生性能。