Co_3O_4纳米催化剂催化CO的形貌效应:合成过程和催化活性（英文）

通过催化剂将CO转化为无毒气体仍然是目前减少CO污染的主要手段.随着纳米技术的快速发展,纳米催化剂因其在催化反应中呈现出的独特结构效应(如形貌效应、尺寸效应等)而受到人们的广泛关注.已有大量研究表明,纳米Co_3O_4作为一种非贵金属氧化物催化剂具有强烈的催化形貌效应,展现出优异的CO低温催化活性.因此,通过合理的设计来调控催化剂粒子的形貌,从而进一步改善催化剂的性能已成为近年来催化剂领域的重要研究方向.对于Co_3O_4纳米催化剂的可控制备,水热法具有反应温和、操作简便和产品形貌易控等特点.早期的研究主要围绕于Co_3O_4形貌的可控合成以及不同形貌Co_3O_4催化剂对其催化活性产生的影响,较少有对其形貌形成机制的报道.特别是在水热反应中,系统研究各反应参数对催化剂各异形貌的形成影响鲜有报道.本文在前人的研究基础上,重点研究了水热反应过程中各主要反应参数对产品形貌控制的影响,绘制了一副不同形貌Co_3O_4材料的合成过程图,并研究了Co_3O_4纳米催化剂催化CO氧化的形貌效应.通过水热法先成功合成了三种不同形貌(纳米棒、纳米片和纳米立方)的碱式碳酸钴纳米粒子,然后将其焙烧得到了Co_3O_4纳米粒子.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线粉末衍射仪(XRD),程序升温还原(H_2-TPR和CO-TPR),氮气吸附-脱附比表面积测试(BET),氧气程序升温脱附(O2-TPD),X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了不同反应参数对纳米碱式碳酸钴前驱体形貌形成的作用和各异形貌Co_3O_4纳米粒子在催化CO氧化反应中催化性能的差异及原因.结果表明,Co_3O_4较好地继承了碱式碳酸钴的形貌,在较低温度条件下(≤140°C),钴源(CoCl_2或Co(NO3)2)是影响前驱体形貌的关键因素,反应时间只对粒子的尺寸产生较大影响.低温下,CoCl_2作为钴源易诱导生产纳米棒状碱式碳酸钴,而Co(NO3)2则有利于纳米片状生成.当温度高于140°C后,无论何种钴源,最终均制得纳米立方体.表面活性剂CTAB对前驱体的均一性和粒子的分散性产生重要影响,加入CTAB后得到的产品尺寸更均一,形貌更加规整.对比于其他两种形貌的样品,Co_3O_4纳米片显示出更好的CO催化氧化活性.XPS结果表明,各形貌Co_3O_4纳米材料的表面组成存在明显差异,活性物种Co~(3+)含量的不同是影响催化活性差异的重要原因.Co2+3O4纳米片具有更多的Co~(3+)活性位,立方纳米Co_3O_4表面吸附氧含量较高,Co_3O_4纳米棒则暴露出相对更多的Co.因此,在三种形貌催化剂上CO氧化反应中,Co_3O_4纳米片表现出最优的催化活性,纳米立方次之,而纳米棒最差.H2-TPR,CO-TPR和O2-TPD等结果也表明,Co_3O_4纳米片拥有更强的还原性能和脱附氧能力,其次是纳米立方Co_3O_4.这与XPS结果一致,证实了不同形貌Co_3O_4纳米催化剂上暴露活性位的数量和表面氧物种的不同是造成彼此间催化CO氧化活性差异的重要原因.此外,通过稳定性测试发现Co_3O_4纳米片具有较高的催化稳定性,在水蒸气存在的情况下Co_3O_4纳米片逐渐失活,但随后在干燥条件下其催化活性又逐渐得到恢复.     

Co_3O_4纳米立方体的可控合成及其CO氧化反应性能

在乙醇和三乙胺的混合溶液中,采用溶剂热法制备了尺寸为10 nm的Co3O4立方体.考察了钴盐前驱体和溶解氧对Co3O4纳米立方体结构的影响规律,通过对合成过程中不同阶段产物的结构分析和表征,提出了Co3O4纳米立方体的形成机制是溶解再结晶的过程.将所制备的Co3O4纳米立方体在200°C焙烧处理后,尺寸和形貌均可保持稳定,但400°C焙烧后,变为球形纳米粒子.这种主要暴露{100}晶面的Co3O4纳米立方体催化CO氧化反应的活性低于纳米粒子({111}晶面),验证了四氧化三钴纳米材料在CO氧化反应中的晶面效应.     

柱状Co_3O_4催化剂的乏风催化燃烧性能（英文）

通过两步法成功合成了由纳米粒子组装成的柱状Co_3O_4。第一步是通过简单的冷凝回流法合成柱状CoC2O4·2H2O。第二步将所制备的柱状CoC2O4·2H2O在350℃下煅烧2 h,使其分解形成Co_3O_4而不破坏原始形貌。通过粉末X射线衍射(PXRD),X射线光电子能谱(XPS),氮气吸附-脱附,扫描电镜(SEM),高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和H2程序升温还原(H2-TPR)表征柱状Co_3O_4的物化性质。结果表明,柱状Co_3O_4对乏风甲烷燃烧的催化活性远远高于商业Co_3O_4。柱状Co_3O_4优异的催化性能可能归因于其表面较高的Co3+含量,较高的表面吸附氧和大量暴露的{111}晶面族。     

从头开始理解形貌依赖的CuOx-CeO2相互作用

CuOx/CeO2催化剂在CO氧化反应中表现出高催化活性和显著结构敏感性.文献报道中CuOx/CeO2催化剂体系的合成条件差异较大,从而导致观察到的CuOx-CeO2相互作用存在较大争议.因此,系统研究并阐明CuOx/CeO2催化剂中CuOx-CeO2相互作用对于理解复杂的CuOx-CeO2界面催化作用具有重要的研究意义.近期发现,氧化物纳米晶的形貌可作为一种新的结构参数,在不改变氧化物催化剂组成的条件下实现其结构和性能的调控.本文以不同形貌CeO2纳米晶为载体,包括优先暴露{110}+{100}晶面的CeO2纳米棒、优先暴露{100}晶面的CeO2纳米立方体和优先暴露{111}晶面的CeO2纳米多面体,采用等体积浸渍方法合成了Cu担载量为0.025%~5%的CuOx/CeO2纳米晶催化剂,结合谱学和电镜表征方法,以及CO吸附原位红外光谱,系统研究了CuOx物种在不同形貌CeO2纳米晶上的结构演化及其催化CO氧化的构-效关系.结构表征结果表明, CuOx物种结构不仅依赖于Cu的担载量,也依赖于载体CeO2的形貌.随着Cu担载量的增加, CuOx物种优先沉积在CeO2的表面缺陷位,然后聚集和长大;同时伴随着CuOx物种从孤立Cu离子到与载体强/弱相互作用的CuOx团簇,高分散Cu O颗粒和大尺寸Cu O颗粒.孤立Cu^+离子和与载体弱相互作用CuOx团簇主要形成于CeO2纳米立方体的表面,这可能与CeO2纳米立方体暴露的氧终止CeO2{100}晶面相关.CO吸附原位红外结果表明, CuOx团簇与不同CeO2表面相互作用的强度顺序为:CeO2纳米棒暴露的{110}面>CeO2纳米多面体暴露的{111}面>CeO2纳米立方体暴露的{100}面.CeO2纳米立方体与Cu2+离子间相互作用弱于与Cu^+之间的,因此CeO2纳米立方体负载的CuOx物种在CO还原过程中容易停留在稳定的Cu^+中间物种;而CeO2纳米棒与Cu2+离子之间的相互作用强于与Cu^+之间的相互作用,因此CeO2纳米棒负载的CuOx物种在CO还原过程中容易形成金属铜.因此CO吸附原位红外光谱观察到CeO2纳米立方体负载CuOx催化剂中吸附在Cu^+的CO物种远远多于CeO2纳米棒负载CuOx催化剂.CO氧化反应结果表明, CuOx/CeO2催化剂表现出同时依赖于CuOx物种结构和CeO2形貌的结构敏感性.CuOx/CeO2催化剂活性表现出与CuOx/CeO2催化剂的CO还原性能的正相关性,说明中CuOx/CeO2催化CO氧化反应遵循Mv K反应机理.这些结果系统地关联了CeO2形貌, CuOx-CeO2相互作用, CuOx物种结构和CeO2还原性能, CuOx/CeO2催化CO氧化反应活性.     

从头开始理解形貌依赖的CuOx-CeO_2相互作用（英文）

CuO_x/CeO_2催化剂在CO氧化反应中表现出高催化活性和显著结构敏感性.文献报道中CuO_x/CeO_2催化剂体系的合成条件差异较大,从而导致观察到的CuO_x-CeO_2相互作用存在较大争议.因此,系统研究并阐明CuO_x/CeO_2催化剂中CuO_x-CeO_2相互作用对于理解复杂的CuO_x-CeO_2界面催化作用具有重要的研究意义.近期发现,氧化物纳米晶的形貌可作为一种新的结构参数,在不改变氧化物催化剂组成的条件下实现其结构和性能的调控.本文以不同形貌CeO_2纳米晶为载体,包括优先暴露{110}+{100}晶面的CeO_2纳米棒、优先暴露{100}晶面的CeO_2纳米立方体和优先暴露{111}晶面的CeO_2纳米多面体,采用等体积浸渍方法合成了Cu担载量为0.025%～5%的CuO_x/CeO_2纳米晶催化剂,结合谱学和电镜表征方法,以及CO吸附原位红外光谱,系统研究了CuO_x物种在不同形貌CeO_2纳米晶上的结构演化及其催化CO氧化的构-效关系.结构表征结果表明, CuO_x物种结构不仅依赖于Cu的担载量,也依赖于载体CeO_2的形貌.随着Cu担载量的增加, CuO_x物种优先沉积在CeO_2的表面缺陷位,然后聚集和长大;同时伴随着CuO_x物种从孤立Cu离子到与载体强/弱相互作用的CuO_x团簇,高分散Cu O颗粒和大尺寸Cu O颗粒.孤立Cu+离子和与载体弱相互作用CuO_x团簇主要形成于CeO_2纳米立方体的表面,这可能与CeO_2纳米立方体暴露的氧终止CeO_2{100}晶面相关.CO吸附原位红外结果表明, CuO_x团簇与不同CeO_2表面相互作用的强度顺序为:CeO_2纳米棒暴露的{110}面CeO_2纳米多面体暴露的{111}面CeO_2纳米立方体暴露的{100}面.CeO_2纳米立方体与Cu2+离子间相互作用弱于与Cu+之间的,因此CeO_2纳米立方体负载的CuO_x物种在CO还原过程中容易停留在稳定的Cu+中间物种;而CeO_2纳米棒与Cu2+离子之间的相互作用强于与Cu+之间的相互作用,因此CeO_2纳米棒负载的CuO_x物种在CO还原过程中容易形成金属铜.因此CO吸附原位红外光谱观察到CeO_2纳米立方体负载CuO_x催化剂中吸附在Cu+的CO物种远远多于CeO_2纳米棒负载CuO_x催化剂.CO氧化反应结果表明, CuO_x/CeO_2催化剂表现出同时依赖于CuO_x物种结构和CeO_2形貌的结构敏感性.CuO_x/CeO_2催化剂活性表现出与CuO_x/CeO_2催化剂的CO还原性能的正相关性,说明中CuO_x/CeO_2催化CO氧化反应遵循Mv K反应机理.这些结果系统地关联了CeO_2形貌, CuO_x-CeO_2相互作用, CuO_x物种结构和CeO_2还原性能, CuO_x/CeO_2催化CO氧化反应活性.     

α-Fe2O3表面结构对NH3选择性催化还原NO活性的影响

通过水热法合成了两种具有不同形貌的α-Fe2O3纳米棒和纳米立方体,并探索了它们的中温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的活性.NH3-SCR测试表明α-Fe2O3纳米棒具有更高的催化活性.X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)结构分析表明:α-Fe2O3纳米棒暴露有高表面能的{110}活性面,而纳米立方体暴露的主要是低表面能的{012}晶面.H2程序升温还原(H2-TPR)和NO程序升温脱附(NO-TPD)结果证明纳米棒比纳米立方体具有更高的氧化还原性能.因此,α-Fe2O3纳米棒由于暴露高表面能的活性面具有比纳米立方体更高的NH3-SCR性能.     

Co3O4纳米立方体的可控合成及其CO氧化反应性能

在乙醇和三乙胺的混合溶液中,采用溶剂热法制备了尺寸为10 nm的Co₃O₄立方体. 考察了钴盐前驱体和溶解氧对Co₃O₄纳米立方体结构的影响规律,通过对合成过程中不同阶段产物的结构分析和表征,提出了Co₃O₄纳米立方体的形成机制是溶解再结晶的过程. 将所制备的Co₃O₄纳米立方体在200 ℃焙烧处理后,尺寸和形貌均可保持稳定,但400 ℃焙烧后,变为球形纳米粒子. 这种主要暴露{100}晶面的Co₃O₄纳米立方体催化CO氧化反应的活性低于纳米粒子({111}晶面),验证了四氧化三钴纳米材料在CO氧化反应中的晶面效应.     

纳米Pd的形貌和尺寸可控制备及其1,4-丁炔二醇加氢性能

采用化学还原法合成Pd纳米立方体,并将其作为晶种,进一步合成大尺寸的纳米Pd立方体以及具有不同{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体.将形貌和尺寸可控的纳米Pd溶胶应用于1,4-丁炔二醇催化加氢的反应中,反应结果表明,纳米Pd的催化性能取决于其尺寸和形貌.{111}晶面的催化活性高于{100}晶面,PVP稳定的Pd胶体对1,4-丁烯二醇均具有较高选择性,具有适当{100}和{111}晶面比例的纳米Pd多面体对1,4-丁烯二醇的选择性可达96%.     

球磨辅助固相法制备纳米Co_3O_4及光催化性能研究

本文以六水氯化钴(CoCl_2·6H_2O)和碳酸氢铵(NH_4HCO_3)为原料,采用球磨辅助固相法制备纳米四氧化三钴(Co_3O_4),并对前驱体和产品Co_3O_4进行了热重、红外光谱、X射线衍射、比表面、扫描电镜和紫外-可见吸收光谱等表征。以甲基橙为模拟污染物,考察了Co_3O_4的光催化性能,甲基橙溶液p H值对其脱色性能的影响及催化剂的稳定性。结果表明:球磨辅助对纳米Co_3O_4的比表面参数、形貌、晶粒大小及光催化性能有显著影响。对球磨辅助固相法制备的Co_3O_4光催化性能提高的原因进行了初步讨论。     

CO氧化反应中的二氧化铈晶面效应

二氧化铈(CeO2)因其具有较强的储放氧能力,被用作氧化还原反应的催化材料.自2005年,研究者制备出形貌可控的CeO2纳米棒、纳米立方块和纳米多面体,在CeO2形貌控制及构效关系研究方面取得长足发展.各种结构表征手段包括原位拉曼(in situ Raman)、原位傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)、核磁共振(NMR)和电镜等被用来研究不同形貌CeO2的表面结构和在催化反应中的活性差异.一般的活性规律为CeO2纳米棒({110}/{100})>纳米立方块({100})>纳米多面体({111}/{100}).近年来,负载型CeO2催化剂因其能稳定分散金属,通过金属-载体相互作用调控界面电子结构并表现出优异的催化活性而引起广泛关注,其中晶面效应在负载型CeO2催化体系中显得较为复杂.铜铈催化剂被认为是非常经济有效的CO氧化催化剂,然而由于制备和测试条件差异导致的CeO2晶面对铜铈催化剂催化CO氧化活性的影响规律并不统一.我们之前的研究工作发现纳米棒CeO2-{110}晶面上的Cu-[Ox]-Ce结构不利于形成Cu((40)),而纳米颗粒CeO2-{111}晶面上的CuOx团簇很容易形成Cu((40)),从而对CO催化氧化极为有利,这与纯载体CeO2的规律并不一致.与此同时,对于铜负载的CeO2纳米棒(NR)及纳米立方体(NC)所体现的性质及活性差异缺少系统深入的研究.在上述工作基础上,我们采用沉积沉淀法在CeO2 NR及CeO2 NC上负载1%wt的铜分别得到1Cu CeNR和1Cu CeNC,并对所合成催化剂的结构和吸附性能进行了表征.高分辨透射电镜(HRTEM)照片显示,CeO2纳米棒主要暴露{110}晶面,而CeO2纳米立方体以{100}晶面为主.催化测试结果表明,1Cu CeNC在130℃时CO已完全转化为CO2,而相同温度下1Cu Ce NR只有50%转化.进一步通过氢气程序升温还原(H2-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)分析发现, 1Cu Ce NC催化剂具有较强的还原性且表面氧物种含量高.此外, X射线光电子能谱(XPS)和in situ DRIFTS研究表明, 1Cu Ce NC促进Cu((40))位点生成,导致活性Cu((40))-CO物种增多,这些优异的化学性质导致其具有较高的催化CO氧化活性.     

Highly Uniform Alkali Doped Cobalt Oxide Derived from Anionic Metal-Organic Framework: Improving Activity and Water Tolerance for CO Oxidation

A sequence of alkali metal cation-exchanged Co metal-organic frameworks(Co-MOFs), therein after denoted as M@Co-MOF, M=Na⁺, K⁺, Rb⁺, and Cs⁺, was prepared and used as the precursors to obtain the corresponding alkali doped cobalt oxide(defined as M/Co₃O₄, M=Na⁺, K⁺, Rb⁺, and Cs⁺) through calcination under air atmosphere. The cobalt oxide modified by uniform alkali metals exhibited a significant promotion of catalytic activity for CO oxidation. The activity of M/Co₃O₄ decreased in the order of Cs⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺. Experimental and theoretical results revealed that the anionic skeleton of Co-MOF could facilely adsorb alkali metal cations and play a crucial role in the formation of highly uniform alkali doped cobalt oxide. The further characterizations, such as temperature-programmed reduction of H₂(H₂-TPR), oxygen temperature-programmed desorption(O₂-TPD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform(DRIFT) spectra demonstrated that the enhanced catalytic activity is originated from the interfacial electron transfer as well as weakened the Co-O bond strength, which promoted oxygen desorption from Co₃O₄ and formation of cobalt species with the lower valence state. The Cs/Co₃O₄ catalyst was maintained for 60 h without deactivation and still showed a high activity in the presence of water.     

Pd/Co3O4纳米颗粒负载于Al2O3纳米片高效催化甲烷燃烧

We report an efficient catalyst composed of ternary components prepared by inlaying Pd/Co₃O₄ nanoparticles in alkaline Al₂O₃ nanosheets for catalytic oxidation of methane. Pd/Co₃O₄ inlaid in alkaline Al₂O₃ exhibited a higher ability to break the C-H bond of methane than Pd/Co₃O₄ supported on SiO₂, ZrO₂, CeO₂, and acidic or neutral Al₂O₃. Our results show more oxygen vacancies and higher amounts of surface adsorbed oxygen on the surface of Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ than on other catalysts, which is responsible for methane activation and conversion. Further, the Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ catalyst can almost restore to its initial value in the absence of water when 5% (volume fraction) vapor water was cut off, although a decrease in activity occurred when water vapor was introduced to the reaction system. Even under a condition similar to the exhaust of a lean-burn natural gas engine, the catalytic performance of the Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ catalyst is excellent, that is, methane could be completely converted when the sample temperature in the reaction atmosphere was ramped to 400℃.     

Mechanism of Lithium and Cobalt Recovery from Spent Lithium-ion Batteries by Sulfation Roasting Process

Different from the traditional pyrometallurgical recovery process of Li and Co from spent lithium-ion batteries, a new recovery method for Li and Co was established by converting LiCoO₂ into water-soluble metal sulfates by roasting a mixture of LiCoO₂ and NaHSO₄·H₂O. The evolution law of the mixture with increased roasting temperature was investigated by thermogravimetry-differential scanning calorimetry(TG-DSC), in situ X-ray diffraction(XRD), XRD, and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The results show that the phase transition of LiCoO₂ mixed with NaHSO₄·H₂O with increased temperature proceeded as follows:LiCoO₂, NaHSO₄·H₂O→LiCoO₂, NaHSO₄→Li_1-xCoO₂, LiNaSO₄, Na₂S₂O₇, Na₂SO₄→Li_1-xCoO₂, Co₃O₄, LiNaSO₄, Na₂SO₄→Co₃O₄, LiNaSO₄. The reaction mechanism of this roasting process may be as follows:LiCoO₂+NaHSO₄·H₂O→1/2Li₂SO₄+ 1/2Na₂SO₄+1/3Co₃O₄+1/12O₂+3/2H₂O, Li₂SO₄+Na₂SO₄=2LiNaSO₄.     

原位生长的α-Fe2O3/ZnO异质纳米棒阵列对乙醇气体的高选择性检测

采用两步溶液法在陶瓷管上原位生长了ZnO纳米棒阵列,然后以ZnO纳米棒为载体,通过水热法在其表面负载α-Fe₂O₃纳米粒子,生成异质α-Fe₂O₃/ZnO复合纳米材料。 α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒直径30~80 nm,长1 μm左右,交叉排列形成纳米棒阵列,α-Fe₂O₃纳米粒子粒径约10 nm,均匀分布在ZnO纳米棒表面。 将纯ZnO和α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒阵列制成气敏元件,测试并对比了2种气敏元件的气敏性能,揭示其气敏机理。 结果表明:α-Fe₂O₃纳米粒子的复合显著提高了ZnO纳米棒阵列对乙醇气体的灵敏度和选择性,在工作温度370 ℃时,对100 μL/L乙醇气体的响应值为85.4,是同条件下ZnO器件对乙醇响应值(9.4)的9.1倍,响应时间7 s,最低检出限为0.01 μL/L。 相关研究可以应用于痕量乙醇的快速、高灵敏度和高选择性检测。     

Synthesis and Electrochemical Performance of Co3O4/Graphene

Co3O4/reduced graphene oxide composites were synthesized via a simple electrochemical method from graphene oxide and Co（NO3）2·6H2O as raw materials.Co3O4 nanoparticles with sizes of around 30-50 nm were distributed on the surface of graphene nanosheets confirmed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.Electrochemical properties of Co3O4/graphene composite were tested by cyclic voltammetry,galvanostatic charge-discharge,and electrochemical impedance spectroscopy.The Co3O4/reduced graphene oxide composite was used as the pseudocapacitor electrode in the 2 mol/L NaOH aqueous electrolyte solution.The Co3O4/reduced graphene oxide composite electrode exhibited a specific capacitance of 357 F/g at a current density of 0.5 A/g in a three-electrode system.72％ of capacitance was retained when the current density increased to 3 A/g.The Co3O4/reduced graphene oxide composite prepared electrodes show a high rate capability and excellent long-term stability.After 1000 cycles of charge and discharge,the capacitance is still maintained 87％ at a current density of 1 A/g,indicating that the composite is a oromising alternative electrode material used for supercapacitors.     

Facile Solution-based Synthesis and Optical Properties of Co3O4 Nanoparticles at Low-temperature

Cobalt oxide（C0304） with different morphologies was achieved by a simple solution-based method. Various parallel experiments show that several experimental parameters, such as the concentrations of NaOH and ethylene glyeol（EG）, play important roles in the morphological controlling of C0304 nanoparticles. A lower concen- tration of NaOH favors quasi-spherical product with a uniform size of about 15 nm, whereas a higher concentration of NaOH generally leads to the formation of nanoplates with wide size distribution. In addition, C0304 nanorods were also obtained partially by introducing a certain amount of EG. A possible mechanism was proposed for the selective formation of C0304 with various morphologies. X-Ray diffraction（XRD）, infrared（IR） spectrometry, scanning elec- tron microscopy（SEM）, transmission electron microscopy（TEM） and UV-Vis spectrometry were used to characterize the samples.     

Polyoxometalate-based high-nuclear cobalt-vanadium-oxo cluster as efficient catalyst for visible light-driven CO2 reduction

A high-nuclear {Co₁₆-V₄} cluster was firstly isolated by pure inorganic lacunary POM units, which exhibits excellent photocatalytic activity for CO₂-to-CO conversion under visible light irradiation.     

铜箔上原位合成NENU-n系列多酸基MOFs的通用策略

NENU-n系列多酸基金属有机框架杂化物(POM@MOFs)是将一系列性能优异的Keggin型杂多酸封装到Cu₃(BTC)₂框架中形成的, 在催化和质子传导等领域展示出优异的性能. 本文在前期工作的基础上发展了一种在铜箔上原位合成POM@MOFs的新方法, 即向反应液中通入氧气, 利用酸性条件下氧气能将Cu⁰氧化为Cu²⁺的特性为金属有机框架的生长提供铜离子源, 使氧化能力较弱的Keggin型钨系杂多酸也可在铜基底上原位合成纯相NENU-n系列杂化物. 该方法可在室温条件下进行, 简便、 快速且原子经济性高. 同时发现在不添加任何调节剂的条件下, 利用该方法能生成形貌可控的POM@MOFs, 其形貌依赖于杂多酸阴离子所带的电荷. 电荷高的杂多阴离子可以得到立方体形貌, 而电荷低的杂多阴离子得到八面体形貌. 利用合成的材料对芥子气模拟物2-氯乙基乙基硫醚(CEES)的催化氧化反应进行了研究, 结果表明暴露活性位点更多的立方体形貌的NENU-40[K₅BW₁₂O₄₀/Cu₃(BTC)₂]展现出更优异的催化活性, 10 min内即可将2-氯乙基乙基硫醚完全转化为无毒的亚砜.     

原位相分离合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料及其储钠性能

钠具有资源丰富、成本低廉等优势,因此钠离子电池被认为是未来替代锂离子电池的最佳候选者之一。然而,寻找合适的电极材料是当前制备高性能钠离子电池面临的难题之一。在众多候选材料中,钒酸盐材料通过引入阳离子增加钒的配位数,使得材料结构的稳定性得到提高,从而改善了钠离子电池的电化学性能。本文研究了一种原位相分离法合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对电极材料形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料相对于V2O5纳米线材料,结构更加稳定,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,初始放电容量由295.4 m Ah·g~(-1)提升到342 m Ah·g~(-1),循环100圈容量保持率由26.6%提高到65.8%,获得了更加优异的倍率性能(在1.0 A·g~(-1)电流密度下,容量由44 m Ah·g~(-1)提高到160 m Ah·g~(-1))。因此,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料的研究为开拓新型高性能钠离子电池负极材料拓宽了思路。     

One Step Hydrothermal Synthesis of Flower-shaped Co3O4 Nanorods on Nickel Foam as Supercapacitor Materials and Their Excellent Electrochemical Performance

Flower-shaped Co₃O₄nanorods directly grown on nickel foam(Co₃O₄/NF) were prepared by one step hydrothermal method at low temperature. Co₃O₄nanorods are directly connected with the nickel foam, and no binder is needed as an additive, so the Co₃O₄/NF electrode has good electrical conductivity. This flower-shaped structure makes larger surface area of Co₃O₄nanorods that exposes to the electrolyte, thus promoting the redox reaction. The Co₃O₄/NF electrode shows a high specific capacitance of 2005.34 F/g at the current density of 0.5 A/g and a high capacitance retention of 98.0% after 5000 cycles. The high superior capacitive performance with high specific capaci-tance and the excellent cyclic performance indicate that the one step hydrothermal method has great potential application in supercapacitors.