铁酸盐MFe2O4的氢气还原热失重分析和氧缺位铁酸盐MFe2O4-δ的制备条件

使用程序升温（２９８－８４３Ｋ）和等温（５２３Ｋ、５７３Ｋ和６２３Ｋ）热失重分析研究了多种方法制备的尖晶石结构铁酸盐ＭＦｅ２Ｏ４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ）的还原行为,讨论了铁酸盐的制备方法、粒径和比表面积对其还原性能的影响。根据程序升温过程中和等温还原下铁酸盐的失重量分别定量地测定了其活化速度和失氧速度,得出了制备氧缺位铁酸盐ＭＦｅ２Ｏ４－δ（０＜δ≤１）的最佳温度和时间。     

尖晶石结构MFe2O4(M=Ca,Mg,Cu,Zn)纳米晶粉末的制备和磁性能

采用新型氨基凝胶自燃法成功制备出尖晶石结构MFe₂O₄（M=Ca,Mg,Cu,Zn）纳米晶粉末。对合成粉体样品的物相、形貌和磁性能进行了详细的研究。经能量色散X射线谱分析确定了合成MFe₂O₄粉末的高纯度。系统地研究了所合成的MFe₂O₄纳米晶粉末的磁性能。所有样品的磁滞回线均较窄,表明了它们具有软磁的特征。经测试得出4种铁氧体的饱和磁化强度（M_s）分别为2.1,29.3,24.1和4.2 emu·g^-1;剩余磁化强度（M_r）分别为0.2,2.3,11.4和0.2 emu·g^-1。这4种铁氧体样品的M_r/M_s值均小于0.5。对CaFe₂O₄和MgFe₂O₄两种典型铁氧体的零场冷却和场冷磁性能作了详细的研究。其中CaFe₂O₄样品的磁化强度在75 K以下有不一致的变化趋势,这是由于其发生了磁相变。     

核壳结构的Co3O4@δ-MnO2/Pt作为锂氧电池高效催化正极

通过简易、可控的水热方法在泡沫镍基体上直接生长了核壳结构的阵列型Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极。阵列电极有利于电极的润湿、氧气的传输和Li₂O₂的负载。Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极对氧还原和氧析出反应具有高的催化性能,可促使Li₂O₂依附Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt阵列生长,从而保持阵列结构。该生长行为有利于Li₂O₂在充电时分解。以Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt为催化正极的锂氧电池显示出高的容量（在电流密度100 mA·g^-1时容量为2 480 mAh·g^-1）,以及长的循环寿命（容量限定在500 mAh·g^-1时,在200 mA·g^-1电流密度下,可循环65次）,该性能超过了使用Co₃O₄或Co₃O₄@δ-MnO₂催化剂的电池。     

Pd/MnOx+Pd/γ-Al2O3整体式催化剂降解地表臭氧

用高锰酸钾与硝酸锰氧化还原反应制备了高活性的氧化锰(MnO_x)催化组分,用胶溶法制备了高比表面积的γ-Al₂O₃载体,分别用等体积浸渍法制备了Pd/MnO_x和Pd/γ-Al₂O₃催化剂,然后将两者机械混合涂覆于堇青石上制得Pd/MnO_x+Pd/γ-Al₂O₃整体式催化剂。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H₂-TPR)和低温N₂吸附-脱附对催化剂进行了表征。考察了在300至700℃焙烧MnO_x对催化剂降解地表O₃活性的影响。结果表明,Pd和MnO_x之间存在协同作用;MnO_x焙烧温度对催化剂活性有一定的影响,其中以600℃焙烧时催化剂的活性最高,O₃的起始(12℃)转化率达到88%,完全转化温度为18℃。MnO_x的物相和催化剂表面的吸附氧物种对催化活性影响较大,适当比例的MnO₂和Mn₂O₃共存有利于O₃分解,表面吸附氧为O₃分解的活性氧物种。     

纳米Fe3O4及Ni2+掺杂Fe3O4的制备、表征及吸附Pb(Ⅱ)的特性

采用一种改进的共沉淀法制备了纳米磁铁矿(Fe₃O₄)及Ni²⁺掺杂磁铁矿(Ni_xFe_3-xO₄,x=0.1,0.3,0.6),用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气物理性吸附、酸碱滴定等手段对产物进行了表征,用平衡吸附法研究了4种样品对Pb(Ⅱ)离子的吸附容量及吸附模型。结果表明,Fe₃O₄和3种Ni_xFe_3-xO₄均为近似球形的单相晶质纳米颗粒;与Fe₃O₄比较,Ni_xFe_3-xO₄的颗粒尺寸变小、表面电荷零点和pH＝5.0时的表面正电荷量降低;样品的孔体积、比表面积和表面分形度以及表面羟基含量都随产物中Ni²⁺掺杂量的增加而升高。4种样品对Pb(Ⅱ)的等温吸附数据均适合用Langmuir模型拟合(R₂=0.9942~0.9858),其相关系数的大小表现为:Fe₃O₄>Ni_0.1Fe_2.9O₄>Ni_0.3Fe_2.7O₄=Ni_0.6Fe_2.4O₄;Freundlich模型对样品等温吸附Pb(Ⅱ)的实验数据拟合度较低(R²=0.9813~0.9477),4种样品的Freundlich相关系数的大小关系与Langmuir相关系数相反。初始pH=5.0时,Fe₃O₄,Ni_0.1Fe_2.9O₄,Ni_0.3Fe_2.7O₄和Ni_0.6Fe_2.4O₄对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量分别为6.02,6.68,7.29和8.34mg·g^-1。可见,Ni_xFe_3-xO₄(尤其是Ni²⁺掺杂量较高的产物)对水环境中重金属Pb(Ⅱ)的去除能力明显高于Fe₃O₄。     

Mg掺杂In2O3-x催化剂光热催化CO2加氢

为提高光热催化CO₂加氢In₂O₃催化剂的催化活性,采用均相水热法制备Mg (OH)₂-In (OH)₃前驱体,通过高温煅烧和H₂-还原处理得到了富含氧空位的Mg掺杂In₂O_3-x(Mg-In₂O_3-x)催化剂。在300℃、常压、可见光照射条件下,CO₂加氢转化为CO的CO₂转化率可达31.20%,CO产生速率为14.22 mmol·g_cat^-1·h^-1,CO选择性为100%。相比于单一In₂O_3-x催化剂,Mg-In₂O_3-x催化剂光热催化CO₂转化率及CO产生速率明显提高,这归因于Mg成功掺杂到In₂O₃晶格中,促进In₂O₃表面氧空位的形成,进而对可见光响应效率大幅提高,并有效减缓光生电子-空穴的复合。     

Mg掺杂In2O3-x催化剂光热催化CO2加氢

为提高光热催化CO₂加氢催化剂In₂O₃的催化活性,采用均相水热法制备Mg(OH)₂-In(OH)₃前驱体,通过高温煅烧和H₂-还原处理得到了富含氧空位的Mg掺杂In₂O_3-x(Mg-In₂O_3-x)催化剂。在300℃、常压、可见光照射条件下,CO₂加氢转化为CO的CO₂转化率可达31.20%,CO产生速率为14.22 mmol·gcat^-1·h^-1,CO选择性为100%。相比于单一In₂O_3-x催化剂,Mg-In₂O_3-x催化剂光热催化CO₂转化率及CO产生速率明显提高,这归因于Mg成功掺杂到In₂O₃形晶格中,促进In₂O₃表面氧空位的形成,进而对可见光响应效率大幅提高,并有效减缓光生电子-空穴的复合。     

Ln(NO3)3·C26H38N2O4(Ln=La、Ce)配合物的合成和La(NO3)3·C26H38N2O4·CH3CN的晶体结构

合成了2个新的希土冠醚配合物Ln(NO₃)₃·C₂₆H₃₈N₂O₄(Ln=La、Ce; C₂₆H₃₈N₂O₄=1, 7, 10, 16-四氧-4，13-二氮杂-N，N′-二苄基环十八烷)。通过元素分析，红外光谱，拉曼光谱及其 ¹H核磁共振谱进行表征。用四圆衍射仪测定了La(NO₃)₃·C₂₆H₃₈N₂O₄·CH₃CN的晶体结构。晶体属三斜晶系，P1空间群，晶胞参数：a=1.2869(4) nm, b=1.5868(6) nm, c=0.9147(2) nm; α=101.89(2)°, β=105.38(2)°, γ=71.96(3)°; Z=2。d_cald.=1.58 g·cm^-3, μ(MoKα)=13.25 cm^-1。中心镧离子与冠醚配体中的4个氧原子和2个氮原子配位，3个硝酸根中的6个氧原子也与La³⁺配位，形成配位数为12的配合物。     

吸光度对Ce0.9Ln0.1O2-δ固溶体氧缺位浓度观测值的影响

采用溶胶-凝胶法制备了系列Ce_0.9Ln_0.1O_2-δ固溶体,通过Raman光谱和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)考察了吸光度对氧缺位浓度观测值(A₅₇₀/A₄₆₀)的影响。结果表明,氧缺位浓度观测值取决于Ce_0.9Ln_0.1O_2-δ固溶体样品对Raman激发光的吸收。当样品对激发光吸收较弱时,观测到样品整体信息;当样品对激发光吸收较强时,只观测到样品表面信息。由于氧缺位的表面富集,使得样品表层的氧缺位浓度观察值较大。     

纳米Fe3O4及Ni2 掺杂Fe3O4的制备、表征及吸附Pb(Ⅱ)的特性

采用一种改进的共沉淀法制备了纳米磁铁矿(Fe₃O₄)及Ni²⁺掺杂磁铁矿(Ni_xFe_3-xO₄,x=0.1,0.3,0.6),用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气物理性吸附、酸碱滴定等手段对产物进行了表征,用平衡吸附法研究了4种样品对Pb(Ⅱ)离子的吸附容量及吸附模型。结果表明,Fe₃O₄和3种Ni_xFe_3-xO₄均为近似球形的单相晶质纳米颗粒;与Fe₃O₄比较,Ni_xFe_3-xO₄的颗粒尺寸变小、表面电荷零点和pH＝5.0时的表面正电荷量降低;样品的孔体积、比表面积和表面分形度以及表面羟基含量都随产物中Ni²⁺掺杂量的增加而升高。4种样品对Pb(Ⅱ)的等温吸附数据均适合用Langmuir模型拟合(R²=0.9942~0.9858),其相关系数的大小表现为：Fe₃O₄>Ni_0.1Fe_2.9O₄>Ni_0.3Fe_2.7O₄=Ni_0.6Fe_2.4O₄;Freundlich模型对样品等温吸附Pb(Ⅱ)的实验数据拟合度较低(R²=0.981 3~0.947 7),4种样品的Freundlich相关系数的大小关系与Langmuir相关系数相反。初始pH=5.0时,Fe₃O₄,Ni_0.1Fe_2.9O₄,Ni_0.3Fe_2.7O₄和Ni_0.6Fe_2.4O₄对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量分别为6.02,6.68,7.29和8.34 mg·g^-1。可见,Ni_xFe_3-xO₄(尤其是Ni²⁺掺杂量较高的产物)对水环境中重金属Pb(Ⅱ)的去除能力明显高于Fe₃O₄。     

磁性固体超强酸SO42-/ZrO2-Al2O3-Fe3O4的制备与性能研究

利用化学共沉淀法将磁性基质与固体酸组装制备磁性纳米固体超强酸催化剂，利用XRD、Raman、TG-DSC、M?ssbauer、TEM、HRTEM等手段对样品性质进行表征。结果表明：磁性基质的引入赋予固体超强酸以超顺磁性；Fe₃O₄、Al₂O₃粒子弥散在ZrO₂基质中，烧结过程中阻碍了扩散传质的进行以及晶界移动，抑制了ZrO₂晶体生长，稳定了四方晶相(T-ZrO₂)；样品粒径分布集中，平均约为32 nm；HRTEM显示T-ZrO₂晶体生长取向于(101)方向，晶面间距d(101)=0.29 nm；Hammett指示剂法测得经600 ℃焙烧后产物的酸强度H_o＜-13.8，酸强度大于浓硫酸(H_o=-11.93)。以柠檬酸三丁酯的合成作为磁性固体超强酸SO₄^2-/ZrO₂-Al₂O₃-Fe₃O₄催化剂的探针反应，结果表明外磁场的引入提高了柠檬酸的转化率。     

纳米结晶体Ni0.5Zn0.5Fe2O4对高氯酸铵热行为及分解反应动力学的影响

采用差示扫描量热法(DSC)、热重和微分热重(TG-DTG)及固相原位反应池/快速扫描傅立叶变换红外联用技术(hyphenated in situ thermolysis/RSFTIR)研究了纳米结晶体Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄与高氯酸铵(AP)组成的混合物的热行为和分解反应动力学。结果表明：Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄使得AP的低、高温分解放热峰温分别提前17.44 K和27.74 K,并使得对应的分解热分别增加3.7 J·g^-1和193.7 J·g^-1。Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄并不影响AP的晶转温度和晶转热。Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄使得AP的TG曲线出现3个阶段,并使得后2个失重阶段的初始和终止温度都有所提前。凝聚相分解产物分析表明Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄加速了凝聚相AP的分解及氨气的释放。含Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的AP的高温分解反应的动力学参数E_a=238.88 kJ·mol^-1,A=1018.59 s^-1,动力学方程可表示为dα/dt=10^18.99(1-α)[-ln(1-α)]^3/5e^-2.87×104T。始点温度(T_e)和峰顶温度(T_p)计算得出AP的热爆炸临界温度值分别为:574.83 K和595.41 K。分解反应的活化熵(ΔS^≠)、活化焓(ΔH^≠)和活化能(ΔG^≠)分别为:109.61 J·mol^-1·K^-1、236.49 kJ·mol^-1及172.58 kJ·mol^-1。     

Y1-xCaxBaCo2O5+δ的制备和性能表征

利用固相反应法合成了层状钙钛矿钴氧化物Y_1-xCa_xBaCo₂O_5+δ(x=0,0.1,0.15,0.2)材料,系统研究了材料的氧吸附性能和电输运性质。XRD结果表明Ca²⁺掺杂的样品具有母相YBaCo₂O_5+δ层状钙钛矿结构,随着Ca²⁺掺杂量的增加,样品的晶格参数增大。TG结果显示：从室温到1 273 K,所有样品经历了两次吸氧和脱氧的过程,Ca²⁺掺杂增强了样品的氧脱附性能。在中低温下,约650 K附近,吸氧量达到最大,同时,样品发生了半导体金属转变。Ca²⁺掺杂量的增加,半导体金属转变温度增大,电导率下降。半导体金属转变与氧变化量δ有关而电导率下降与Ca²⁺掺杂引起Co³⁺离子的增加有关。     

铈锆比对低贵金属Pt＋Rh/Ce0.3＋xZr0.6－xY0.1O1.95＋Al2O3三效催化剂性能的影响

用共沉淀法制得一系列铈锆比不同的Ce_0.3＋xZr_0.6－xY_0.1O_1.95储氧材料, 并用于制备了一系列低贵金属Pt＋Rh/Ce_0.3＋xZr_0.6－xY_0.1O_1.95＋Al₂O₃三效催化剂. 用比表面、程序升温还原以及X射线衍射对该系列催化剂进行表征, 结果发现, 催化剂的活性与催化剂中贵金属的还原性能密切相关, 低铈储氧材料比高铈储氧材料更有利于促进贵金属还原, 因而含低铈储氧材料催化剂的活性明显优于含高铈储氧材料催化剂的活性, Pt＋Rh/Ce_0.35Zr_0.55Y_0.1O_1.95＋Al₂O₃的活性最佳, 对HC, CO和NO的起燃温度最低分别为: 235, 175, 200 ℃. 样品经1000 ℃水热老化之后, 贵金属Pt被烧结而发生迁移, 使得催化剂的活性及还原性能变差, 含低铈材料的催化剂的抗老化性能优于含高铈材料的催化剂, 其中Pt＋Rh/Ce_0.35Zr_0.55Y_0.1O_1.95＋Al₂O₃的抗老化性能最好.     

Ni/SiO2-Al2O3催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,以该系列复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni负载量15%（重量百分比）的催化剂,用于催化乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯.采用N₂物理吸附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂程序升温脱附（H₂-TPD）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）和吡啶吸附红外（Py-IR）等手段对催化剂进行了表征.结果表明,不同载体催化剂的活性组分分散度及表面酸性质存在明显差异,显著影响了催化剂吸附、活化H₂与C=O键的能力,进而影响了催化剂的乙酰丙酸加氢活性.其中,Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂上的L酸中心能够促进C=O键的吸附、活化,与金属Ni上的H₂吸附活性位协同作用,大大提高了乙酰丙酸加氢活性.因此,具有最多L酸中心和丰富H₂吸附活性位的Ni/SiO₂-8Al₂O₃催化剂表现出最高的乙酰丙酸加氢活性,在180℃、4 MPa氢气压力下,乙酰丙酸转化率达到90.5%,目标产物γ-戊内酯选择性为100%.     

CaO或BaO与Sm2O3共掺杂CeO2体系电子结构和氧离子迁移的DFT+U研究

使用GGA+U方法研究了CaO或BaO与Sm₂O₃共掺杂CeO₂体系几何和电子结构及氧离子迁移。计算结果表明,Ba和Sm均靠近氧空位时BaSmCe₃₀O₆₃体系最稳定;Sm靠近,Ca远离氧空位时CaSmCe₃₀O₆₃体系最稳定。BaSmCe₃₀O₆₃和CaSmCe₃₀O₆₃体系中均不存在Ce⁴⁺变价。对CaSmCe₃₀O₆₃体系氧离子迁移的研究发现,当氧离子迁移到空位时,迁移能大小顺序为E_m(3→V)< E_m(1→V)< E_m(4→V)< E_m(2→V),这一规律源于氧离子与低价掺杂离子产生负电势之间的排斥作用;对BaSmCe₃₀O₆₃体系氧离子迁移的研究发现,当空位迁移到周围氧离子时,迁移能大小顺序为E_m(V→3)< E_m(V→5)< E_m(V→1),这一规律源于氧空位产生的正电势与低价掺杂离子产生的负电势之间的吸引作用。此外,CaSmCe₃₀O₆₃体系最小迁移能小于SmCe₃₁O₆₃体系,证实了CeO₂-Sm₂O₃-CaO体系离子电导率大于CeO₂-Sm₂O₃体系的实验结果。     

纳米复合材料Ag/MxOy-TiO2(MxOy=ZnO、Al2O3和Fe2O3)的制备及其微波辅助光催化降解甲基橙

采用溶胶-凝胶-程序升温溶剂热一步法,利用表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)作为模板剂,分别制备了三元纳米复合材料Ag/ZnO-TiO₂、Ag/Al₂O₃-TiO₂和Ag/Fe₂O₃-TiO₂。通过XRD、氮气吸附-脱附测定、TEM以及扫描电子显微镜配合X-射线能量色散谱仪(SEM-EDS)等对合成的3种催化剂进行了对比表征分析。结果表明,复合材料Ag/M_xO_y-TiO₂中Ag以单质形式存在并较好地分布在M_xO_y-TiO₂表面上。所合成产物颗粒尺寸较小(约10 nm左右),形貌较好。其中,Ag/ZnO-TiO₂的比表面积与Ag/Al₂O₃-TiO₂十分相近,略大于Ag/Fe₂O₃-TiO₂。光催化活性研究中,以甲基橙为模型分子且辅以微波场作用。结果显示,上述三元复合材料的活性均明显高于未掺杂银的二元复合材料,其中Ag/ZnO-TiO₂的光催化活性最好,在90 min内对甲基橙的降解率高达86%。     

固体电解质La2-xCaxMo1.7W0.3O9-δ(0≤x≤0.2)的合成、表征及电性能

在氧离子导体La₂Mo_1.7W_0.3O₉的基础上，采用固相法合成了La位掺杂的Ca系列新型氧化物La_2-xCa_xMo_1.7W_0.3O_9-δ(0≤x≤0.2)。通过XRD、Raman和XPS等手段对化合物结构进行表征，交流阻抗谱测试其电性能。结果表明：掺杂离子Ca²⁺的半径小于基质离子La³⁺的半径导致晶格收缩；Ca的掺杂在La₂Mo_1.7W_0.3O₉自身内置氧空位的基础上增加了额外的氧空位，提高了氧离子导体的电导率，550 ℃电导率由0.79 × 10^-4 S·cm^-1 (x=0.0)增加到1.5 × 10^-4 S·cm^-1 (x=0.16，0.2)，电导率增加89.9%。     

纳米固体超强酸SO42-/Fe2O3的制备及其催化合成乙酸乙酯

将Fe₂O₃纳米粉体经一定浓度的H₂SO₄浸泡活化后制成纳米固体超强酸SO₄^2-/Fe₂O₃,将其用于催化合成乙酸乙酯以考察其活性。利用均匀设计分析了超强酸制备过程及酯化反应过程中各因素的影响,研究结果表明较好的制备条件是:H₂SO₄浓度:2.5mol·L^-1;浸泡时间:1h;活化温度:167℃;活化时间:1h,此时获得的固体超强酸SO₄^2-/Fe₂O₃的粒径小于50nm。当催化剂用量为冰乙酸质量的5%,n(乙醇)∶n(冰乙酸)为3∶1,反应3.5h后乙酸的转化率高于80%。该催化剂经H₂SO₄溶液浸泡、活化再生后可重新使用,推断出其酸强度H₀<-14.5。     

面向异丁烷脱氢介孔γ-Al2O3基催化剂的合成及其高催化性能

采用溶剂蒸发自组装法调控载体形貌及孔道结构,成功制备了有序介孔氧化铝载体。以铬氧物种为活性组分,碱金属钾为助剂,采用浸渍法制备负载型催化剂,用于异丁烷催化脱氢反应,研究了反应温度、原料流速、催化剂粒径等因素对催化性能的影响。采用X射线粉末衍射、透射电子显微镜、N₂物理吸附、氢气程序升温还原及热重等表征方法探讨了载体形貌、孔道结构与催化性能的构效关系,结果表明,低温下有利于控制异丙醇铝的水解和缩合及介孔γ-Al₂O₃的研制。与常规的γ-Al₂O₃相比,所制备的介孔γ-Al₂O₃的有更大的比表面积和良好的有序性,在600℃、101.325kPa、GHSV=1 000 h^-1的条件下,10%（w/w）Cr₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂性能最佳,异丁烷的转化率达63.1%,异丁烯的选择性达到85.5%。与传统的催化剂相比,介孔Cr₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂具有大的比表面积,高度分散的活性组分,优良的催化性能和良好的抗积碳能力。