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.     

有序介孔C/NiO复合材料的合成及其电化学性能

以嵌段共聚物F127(Mw=12600, PEO106PPO70PEO106)为模板剂, Ni(Ac)2·4H2O为Ni源, 低分子量的酚醛树酯为碳源, 通过溶胶-凝胶三元共组装方法合成高度有序介孔C/NiO复合材料. 对样品进行X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附等结构表征及循环伏安(CV)等电化学性能测试. 结果显示, NiO晶体和碳组成了C/NiO复合材料的基本骨架, 该复合材料具有高度有序的介孔结构. NiO晶体的存在极大地提高了复合材料的电化学性能, 当C/NiO达到4:1(苯酚与Ni(Ac)2·4H2O的摩尔比)时复合材料的比电容达到444.1 F·g-1, 而有序的介孔结构并没有被破坏, 使得该材料具有较好的应用前景.     

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m2·g-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 m L·min-1·g-1,活化能为29.1 k J·mol-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。     

薄壁中孔碳材料的精细控制合成

利用γ-氧化铝为模板, 精细控制合成了一系列具有不同孔径的中孔碳材料. 在优化的条件下, 所得的碳材料具有孔径分布窄、比表面积高(>1000 m²·g^-1)、孔容大(最高3.82 cm³·g^-1)、中孔率高(>99%)的特点, 并且孔壁厚度仅有1-2个石墨层. 选用了三种不同来源的氧化铝为模板, 考察了模板与所得碳材料织构的相关性, 并提出用无序模板可控制备碳材料的机理. 即在碳包覆氧化铝的复合物前体中, 若碳层完整覆盖氧化铝表面并且足够强韧, 则所得碳材料可近似复制模板的孔结构, 并且碳材料的孔一部分由去除模板所生成, 另一部分来源于模板原有的孔. 据此模型对所得碳材料的孔容进行了理论计算, 其结果有力支持了上述机理.     

Ni基催化剂上未掺杂和氮掺杂的碳纳米纤维生长机理的比较

研究了Ni催化剂上碳纳米纤维,以及Ni和Ni-Cu催化剂上N掺杂的碳纳米纤维的生长机理.结果表明,这两个过程的机理均包含了表面非计量碳化镍的形成,然后是碳或碳和氮通过催化剂颗粒体相的溶解和扩散.     

Ni基催化剂上未掺杂和氮掺杂的碳纳米纤维生长机理的比较（英文）

研究了Ni催化剂上碳纳米纤维,以及Ni和Ni-Cu催化剂上N掺杂的碳纳米纤维的生长机理.结果表明,这两个过程的机理均包含了表面非计量碳化镍的形成,然后是碳或碳和氮通过催化剂颗粒体相的溶解和扩散.     

聚苯胺/碳纳米纤维复合材料的制备及电容性能

采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/CNF)复合材料,用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和孔分布及比表面积测定仪研究了复合材料的表面官能团、组成、表面形貌及比表面积,并运用循环伏安(CV)法和计时电位法测试了PANI/CNF布作为电极材料的电化学性能.研究结果表明:PANI/CNF复合材料具有粗糙的毛刺结构,PANI沿碳纳米纤维均匀分布;PANI/CNF电极氧化还原反应的可逆性良好;在100mA·g-1电流密度下,当PANI含量为44.4%(w)时,复合材料比电容量高达587.1F·g-1,比能量为66.1Wh·kg-1,电流密度为800mA·g-1时比功率可达1014.2W·kg-1;在5A·g-1的电流密度下,1000次循环充放电后,复合材料的比电容量衰减28%.PANI/CNF复合材料具有良好的导电性和快速充放电能力,是一种优良的超级电容器电极材料.     

碳纳米纤维在浓硝酸-浓硫酸溶液中表面氧化对其负载的Pd-Pt催化剂颗粒分散状态的影响

摘要用混合的浓硝酸和浓硫酸在不同温度下氧化处理催化生长的碳纳米纤维. 利用X射线衍射、 N2物理吸附、 FTIR和离子交换研究了氧化处理对碳纳米纤维织构性质和表面含氧基团生成的影响. 采用等体积浸渍法制备碳纳米纤维负载Pd-Pt催化剂, 并利用高分辨电镜和脉冲H₂化学吸附对Pd-Pt金属颗粒的分散状况进行了研究. 结果表明, 经过氧化处理的碳纳米纤维表面生成了含氧基团, 生成量随着处理温度的升高而升高, 负载的Pd-Pt催化剂的分散程度也随着表面含氧基团浓度的增大而提高, 同时对后者的作用机理进行了讨论.     

有机物单层分散在相关材料制备中的应用

与无机氧化物和盐类在载体表面自发单层分散相类似, 许多有机物也可以在载体表面自发单层分散.有机物在载体表面单层分散行为和分散后的存在状态与有机物分子形状和结构特点及载体表面性质和孔结构有关. 利用有机物在载体表面的单层分散, 可以设计制备具有优异性能的材料. 本文简要综述了近年来这方面研究工作取得的相关进展, 主要介绍了有机物单层分散在碳/氧化物复合物、氧化物和薄壁中孔碳材料的制备和织构调控方面的一些应用实例. 单层分散的有机物热分解后可在载体表面形成均匀的薄碳层, 以无机多孔氧化物为载体可制备出包覆均匀碳薄层的碳/氧化物复合物, 这种碳/氧化物复合物在染料吸附、催化剂载体和光催化方面显现出好的性能. 以溶胶-凝胶法制备氧化物时, 分散的有机物可以隔离溶胶颗粒, 从而制备出高比表面积的氧化物并可对孔容进行调控, 以此方法制备的γ-氧化铝比表面积可达506 m²·g^-1. 在惰性气氛中加热上述碳/氧化物复合物, 碳层可抑制氧化物的相变; 而在氧气中, 碳层燃烧发热会促进相变, 由此可快速制备超细α-氧化铝. 包覆均匀碳薄层的氧化物载体对碳起支撑作用, 在将氧化物溶解去除后, 可便捷制得高比表面积、大孔容、高中孔率的薄壁中孔碳材料, 碳材料的形貌、孔径分布等可通过选用不同织构的氧化物载体进行调控.     

MOF热解法制备Ni/C核壳材料及其催化苯乙炔加氢性能研究

通过水热合成法以硝酸镍和2,5-二羟基对苯二甲酸为原料成功合成Ni-MOF-74.以此为前体,在Ar气氛下热解制备了一系列介孔结构丰富、尺寸均匀的纳米Ni/C核壳催化剂.Ar气氛下通过延长热解时间（400℃,6 h）或提高热解温度（≥500℃）可以得到完全热解产物,粒子尺寸随热解温度的升高而增大.H₂-TPR结果表明随着热解温度的提高,镍与表面碳层之间的相互作用增强,材料还原性能降低.TEM和Ar离子溅射XPS给出了Ni/C纳米材料为核壳结构的直接证据.由于表面碳层的化学惰性,隔离作用和电子调控作用,使得部分镍物种能够以单质镍（Ni⁰）形式稳定存在.其次,表面碳壳的存在减弱了颗粒间的相互作用,有利于催化剂在反应体系中均匀分散.以苯乙炔选择加氢反应为探针,在高压釜式反应器中测试Ni/C的催化性能.研究发现Ni/C在苯乙炔加氢反应中表现出了非常优异的催化活性（0.833 mmol•min^-1•g_cat.^-1）和稳定性.其与几种催化剂的加氢活性由弱到强的顺序为：Ni < NiSi_x < 负载型Ni₂Si < Ni/C < Pd < Pt.     

双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备

以廉价的γ-氧化铝为模板制备薄壁中孔碳材料,且可在制备过程中方便地对碳材料的孔结构、微孔率等参数进行调控.以原位聚合的酚醛树脂为碳源取代蔗糖,简化了制备流程.制得的碳材料不仅可以较好地复制氧化铝模板的孔结构,且比表面积比以蔗糖为碳源的样品显著提高.在此基础上,选用模板堆积孔径与模板自身直径差异较大的长棒状氧化铝为模板,成功地以一种模板、经过一次聚合-碳化过程制备出了具有双峰孔分布(PSD)结构的薄壁碳材料,两个峰分别位于4 nm附近的较小中孔区和13 nm附近的较大中孔区.此外,所得碳材料的比表面积(>1800 m2·g-1)和孔容(>4.5 cm3·g-1)均很高,而微孔率却较低,具有优异的中孔特性.将所得碳材料用作电化学电容器的电极,电容可达200 F·g-1,且当电流密度从0.1 A·g-1升至1.0 A·g-1时,比电容仅衰减10%,表现出良好的电容性能.     

AlOOH在一氧化碳加氢反应中结构与性能的研究

采用沉淀水热法,通过调变水热过程中水与凝胶的质量比制备了不同的AlOOH,将其与工业甲醇催化剂C302混合形成复合催化剂,考察复合催化剂对一氧化碳加氢的影响,同时运用XRD、FT-IR、BET、NH_3-TPD-M S、TG-DTG和H_2-TPR等技术对不同AlOOH进行了表征。结果表明,水热过程中水与凝胶的质量比对AlOOH择优取向晶面、孔结构、表面酸强度等存在明显影响,进而导致复合催化剂产物中出现分布不同的低碳醇或二甲醚。其中,当水和凝胶的质量比为2∶1时,AlOOH的(020)和(120)晶面择优取向,孔容增大,且其表面具有适宜的强弱酸比例中心,复合催化剂呈现出较高的低碳醇选择性,表明AlOOH具有碳链增长的作用,这为合成气制取低碳醇催化剂提供了新的思路。     

Structural Characterization and Property Study on the Activated Alumina-activated Carbon Composite Material

AlCl3,NH3·H2O,HNO3 and activated carbon were used as raw materials to prepare one new type of activated alumina-activated carbon composite material.The influence of heat treatment conditions on the structure and property of this material was discussed;The microstructures of the composite material were characterized by XRD,SEM,BET techniques;and its formaldehyde adsorption characteristic was also tested.The results showed that the optimal heat treatment temperature of the activated alumina-activated carbon composite material was 450 ℃,iodine adsorption value was 441.40 mg/g,compressive strength was 44 N,specific surface area was 360.07 m2/g,average pore size was 2.91 nm,and pore volume was 0.26 m3/g.According to the BET pore size distribution diagram,the composite material has dual-pore size distribution structure,the micro-pore distributes in the range of 0.6-1.7 nm,and the meso-pore in the range of 3.0-8.0 nm.The formaldehyde adsorption effect of the activated alumina-activated carbon composite material was excellent,much better than that of the pure activated carbon or activated alumina,and its saturated adsorption capacity was 284.19 mg/g.     

介孔TiO2的水热法制备及其光催化性能

以二钛酸钾(K2Ti2O5)经离子交换得到的无定形水合二钛酸(H2Ti2O5·xH2O)为原料, 与葡萄糖溶液在220 ℃下进行水热反应, 再在空气中520 ℃焙烧, 制备出介孔TiO2. 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附、透射电子显微镜(TEM)等技术对样品进行了表征. 结果表明, 该介孔TiO2具有微米级棒状或针状形貌, 晶粒大小为12.3 nm, 比表面积为106 m2·g-1, 孔容为0.31 cm3·g-1, 孔径为8.06 nm, 焙烧处理后晶型仍是锐钛矿相. 水热生成的碳抑制了晶粒的团聚生长和晶型的转变, 提高了介孔TiO2的热稳定性. 甲基橙降解实验评价了介孔TiO2的光催化性能, 结果发现其活性与商用TiO2催化剂P25相当, 而其较大的粒径更容易回收再利用. 以碘化钾为探针反应, 表明介孔TiO2的光催化机制以光生空穴氧化为主.     

有序中孔炭的电化学储氢性能

将蔗糖、聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭, 采用XRD、TEM、HRTEM和N2吸脱附等手段对其进行表征, 并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电储氢性能研究. 结果显示, 具有较高比表面积(720 m2·g-1)和孔容(0.86 cm3·g-1)的有序中孔炭材料的电化学储氢容量为70.1 mAh·g-1, 高于具有相对较低比表面积(610 m2·g-1)和孔容(0.66 cm3·g-1)的有序中孔炭储氢容量(64.1 mAh·g-1). 通过与单壁碳纳米管电极(25.9 mAh·g-1)的对比, 表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性.     

胶溶法制备镧-钡共稳定氧化铝的性能

以硝酸为胶溶剂, 两种拟薄水铝石为前驱体, 用胶溶法制备了镧-钡共稳定的氧化铝. 采用X 射线衍射(XRD)、表面分析仪(BET)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和NO2程序升温脱附(NO2-TPD)技术对所制备的镧改性和镧钡共改性氧化铝的结构特性和表面性能进行了表征. XRD结果表明, 改性氧化铝在1273 K焙烧后均以γ-Al2O3相存在. 当BaO添加量达到14%(w)时, 有少量BaCO3生成. BET结果表明, 在1273 K下焙烧5 h后, 5%(w)La2O3稳定的氧化铝(Ba-0)和5%La2O3与8%BaO共同稳定的氧化铝(Ba-8)均具有较大的比表面积, 各种氧化铝的吸附等温线表明它们的孔形状均为狭缝型孔和瓶型孔, 孔径分布曲线表明, 仅有样品Ba-8的孔径分布较宽, 孔径为6-10 nm, 其它三种样品的孔径均集中在10 nm; NH3-TPD结果表明, 随着氧化钡添加量的逐渐增多, 氧化铝表面的酸量、酸强度逐步减少. NO2-TPD结果表明, 添加BaO后载体对NO2的吸附量增多, 随着BaO含量的增多, 体相Ba(NO3)2增多. 由于样品Ba-8同时具有很好的织构性质、适中的表面酸量和酸强度分布及NO2吸附脱附能力, 使得以它为载体的催化剂具有最好的催化性能,丙烷的起燃温度和完全转化温度分别为526 K和593 K.     

超顺磁性介孔纳米颗粒嫁接肟Pd环络合物对Heck反应的催化活性

采用溶胶-凝胶法制备出介孔二氧化硅包裹四氧化三铁纳米复合颗粒,在其表面修饰巯基,并以此为载体通过-SCH2-化学键嫁接长链的肟钯环络合物.利用透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、N2吸附-脱附、X光电子能谱(XPS)、振动样品磁强计(VSM)等手段对催化剂进行表征,通过Heck反应对催化剂的活性进行评价.实验结果表明:所制备的磁性颗粒直径约为150nm,比表面积为287.0m2·g-1,且具有大小为3.5nm呈不规则的孔道结构,整个催化剂呈现超顺磁性.对于碘代苯与丙烯酸乙酯之间的Heck反应,2.5h后碘代苯的转化率可达到99%,催化剂在重复使用6次后能保持很高的催化活性(碘代苯转化率为95%).催化剂可稳定分散于反应体系中,并可在外磁场作用下快速与反应体系分离.     

壳聚糖制备多孔炭及其在电化学超级电容器中的应用(英文)

以壳聚糖为原料在 600、700、800和900℃直接炭化制备多孔炭 C-600,C-700, C-800 和C-900,其BET比表面积分别为278、461、515和625 m2·g-1.用恒流充放电和循环伏安法表征了其电化学性能. 结果表明, 由 C-800 制备电极的循环伏安图形更接近矩形, 在恒电流充放电实验中阴极和阳极过程基本对称, 说明该电极具有较好的电容性能.在 50 mA·g-1 的电流密度下,C-600、C-700、C-800和C-900的电容分别为96、120、154 和 28 F·g-1.由 C-800 制备电极的循环充放电稳定性好, 电流密度为1 A·g-1循环1000次后电容损失小于2%,说明壳聚糖制备多孔碳具有作为超级电容器电极材料的潜在价值. 同时还考察了不同浓度的电解液对C-800电化学性质的影响,发现在KOH浓度为 30%时的电容最大.依据实验结果,对多孔炭制备及其电化学性质间的关系进行了探讨.     

Novel ZnO-Al2O3 composite particles as sorbent for low temperature H2S removal

ZnO-Al₂O₃ composite particles composed of ZnO nanosheets（thickness of 40-80 nm） on alumina particles were prepared by heterogeneous precipitation method using bayerite seed particles.The asprepared composite particles were characterized in terms of crystal structure,morphology,surface area and pore volume.The composite particles were used as sorbent for H₂S adsorption at low temperature, and were compared with pure ZnO sorbent.The composite sorbent showed a greater sulfur adsorption capacity（0.052 g/g） than pure form of ZnO（0.028 g/g）.This significant improvement was mainly attributed to higher surface area,more pore volume and unique morphology in nanoscale,which were also obtained by low cost presented method in this work for synthesis of ZnO sorbent supported on alumina particles.