氟离子与磺化反应改性多壁纳米碳管催化剂的制备、表征及催化酯化反应合成油酸甲酯性能

通过高温浸渍法,对多壁纳米碳管进行了氟离子与浓硫酸磺化反应修饰改性处理,制备了一种新型Lewis酸型催化剂F~--SO_4~(2-)/MWCNTs,并通过透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射和NH_3程序升温脱附等表征手段对其的物理化学性能进行了表征分析,进而对多壁纳米碳管经F~-与浓硫酸磺化反应修饰改性后所出现的结构与催化性能变化的内在影响规律进行了探索。以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs为催化剂,以甲醇和油酸为原料,对其在应用于催化酯化反应合成油酸甲酯过程中的活性进行了研究。结果表明:当反应温度为65℃、醇油物质的量之比为12∶1、催化剂质量占反应物总质量的0.9%、反应时间为6 h,油酸的转化率最高,达到了90%。高催化活性可归因于随着氟元素的加入,提高了SO_4~(2-)的插层作用效果,从而增加了酸性活性位的数量;此外,S=O键具有电子诱导效应,而F~-有强负电性,两者之间发生强烈的相互作用后形成了F~-S键,使S=O的吸电子效应大幅度增强,从而加剧了F~--SO_4~(2-)/MWCNTs催化剂的体系电荷不平衡趋势,导致催化剂中的正电荷过剩,使催化剂中的酸性活性位以Lewis酸为主,有效的避免了单纯磺化反应作用所生成的催化剂的酸性活性位以Br觟nsted酸型为主,而易在富含水的反应介质中发生水合作用而降低,甚至失去催化活性的现象发生。     

双酸位SO42-/ZrO2-SiO2固载离子液体催化剂的构筑及性能

采用一步共缩合-水热法合成酸性载体SO₄^2-/ZrO₂-SiO₂,化学法接枝酸性离子液体磺酸功能化咪唑硫酸氢盐（[Ps-im]HSO₄）,构筑拥有Brönsted与Lewis双酸位的离子液体固载型催化剂SO₄^2-/ZrO₂-SiO₂-IL。采用X射线衍射、傅里叶红外、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱、热重以及透射电镜对催化剂的结构进行表征,结果表明：锆原子和酸性结构SO₄^2-被成功引入纯硅材料,所合成的载体具有一定酸性;离子液体成功固载于酸性介孔材料SO₄^2-/ZrO₂-SiO₂,且固载后的催化剂保持其介孔结构。以大豆油和甲醇的酯交换反应为探针,考察了SO₄^2-/ZrO₂-SiO₂-IL催化剂的催化性能。在反应温度为150℃、反应时间为4 h、催化剂量5%（w/w）、醇油物质的量之比为24：1的反应条件下,生物柴油的收率超过92%,且回收利用5次后,生物柴油的收率仍达86%。     

SO42-/SnO2-Fe2O3固体酸催化下的环酮Baeyer-Villiger氧化反应及缩合反应

采用共沉淀的方法制备了不同Fe 掺杂量的SO₄^2-/SnO₂-Fe₂O₃固体超强酸催化剂. 利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 粉末X射线衍射(XRD), N₂吸附-脱附实验(BET), 热重(TG)分析和扫描电镜(SEM)等方法对样品进行了表征. 考察了所得催化剂对4-叔丁基环己酮与乙二醇缩合反应的催化性能. 实验结果表明, 与未经过掺杂改性的SO₄^2-/SnO₂固体酸催化剂相比, 改性后催化剂的催化性能得到了改善. 研究了以Fe/Sn 摩尔比为0.5的SO₄^2-/SnO₂-Fe₂O₃固体酸为催化剂, 部分醛酮类化合物与乙二醇及1,2-丙二醇的缩合反应. 考察了反应时间、催化剂用量等因素对反应的影响. 同时, 将所得催化剂应用于环酮Baeyer-Villiger 氧化反应中, 催化剂表现出良好的催化活性, 且催化剂具有一定的循环使用性.     

新型Lewis固体酸Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs制备及催化酯化反应合成生物柴油性能研究

采用高温浸渍法,通过Ce~(3+)、Ti~(4+)和浓硫酸磺化反应对多壁纳米碳管进行了改性处理,制备了Lewis酸型固体酸催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs,并采用透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射光谱和NH_3程序升温脱附等多种测试技术对催化剂的物理化学特性和结构特征进行了表征。以Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs为油酸与甲醇经酯化反应合成生物柴油的催化剂,对其催化性能进行了研究。结果表明,当醇油物质的量比为12∶1,催化剂与反应物质量比为1%,反应温度为65℃,反应5 h,油酸转化率为93.4%。催化剂Ce~(3+)-Ti~(4+)-SO_4~(2-)/MWCNTs在重复使用八次后,油酸的转化率仍为80.8%,由此表明其具有较高的催化活性和稳定性。高催化活性和稳定性是因为,纳米碳管的C 1s结合能较一般炭材料低,使得电子在其管状结构中的流动和逃逸非常容易,从而有助于负载于纳米碳管之上的活性组分之间发生强烈的相互作用,最终促使Ce~(3+)和Ti~(4+)分别与SO_4~(2-)形成稳定的配位键,增大催化剂的晶化程度,并使SO_4~(2-)与纳米碳管结合的更加牢固,增强了催化剂的稳定性,减少了催化剂中活性组分的流失。最后,由于SO_4~(2-)与Ce~(3+)的强相互作用,在不增加纳米碳管表面缺陷的情况下,改变了Ti~(4+)-SO_4~(2-)中表面原子的化学状态,使得S~(6+)离子和Ti~(4+)离子的吸电子能力增加,使催化剂以Lewis酸性活性位为主,避免了SO_4~(2-)/MWCNTs因为以Brnsted酸位为主,而在富含水的反应介质中,由于水合反应而降低其催化活性的现象发生。     

Zr 改性MnOx/MWCNTs催化剂的结构特征与低温SCR活性

以ZrO（NO₃）₂·2H₂O为前驱体对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行了改性并负载MnO_x制备了MnO_x/ZrO₂/MWCNTs 催化剂. 考察了Zr 对催化剂低温选择性催化还原（SCR）反应活性的影响,并通过多种分析手段对催化剂的结构进行了表征. 结果表明Zr 的添加对催化剂的低温SCR活性具有显著的促进作用,当Zr 负载量为30%时,催化剂活性最佳. X射线衍射（XRD）、拉曼（Raman）光谱、透射电镜（TEM）、N₂吸附-脱附的表征结果分析表明,适量的Zr 改性促进了MnO_x在载体表面的分散,增强金属氧化物与MWCNTs 之间的作用,也能增加催化剂的比表面积、孔容和孔径. X 射线光电子能谱（XPS）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）的分析结果则显示,Zr 能提高催化剂表面化学吸附氧浓度,促进Mn³⁺转化为Mn⁴⁺,从而使催化剂表面的活性位点增多,氧化还原能力增强,同时还提高了催化剂表面酸性位点的数量和强度,促进了NH₃的吸附,是MnO_x/ZrO₂/MWCNTs 催化剂低温SCR活性提高的主要原因.     

Ce掺杂对碳纳米管负载Mn催化剂结构及SCR反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备多壁碳纳米管(MWCNTs)负载Ce-Mn的催化剂,考察了Ce掺杂对Mn/MWCNTs催化剂上NH₃选择性催化还原(SCR)NO_x反应活性的影响.并运用透射电镜扫描、N₂吸附-脱附、程序升温还原、X射线光电子能谱、X射线衍射等手段,重点考察了Ce掺杂对Mn/MWCNTs催化剂结构性质的影响.结果表明,Ce掺杂能显著提高催化剂的SCR活性,其活性增量随着Ce含量的增加先增大后减小;当Ce/Mn为0.6时,催化剂活性最佳.表征结果显示,Mn/MWCNTs中添加Ce后,金属氧化物在MWCNTs上的分散程度提高;催化剂的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小;氧化能力提高;表面氧含量增加,Mn化合价升高;结晶度降低,Mn主要以无定形或微晶形式存在,Ce主要以CeO₂物相存在.     

单核钌催化剂化学催化和光催化水氧化反应

合成了一系列含有不同对位取代基团的吡啶轴向配体的单核钌化合物Ru(bda)(pic)₂ (H₂bda=2,2''-联吡啶-6,6''-二羧酸; pic=对甲基吡啶),对化合物的结构进行了核磁、质谱和X射线单晶衍射表征,并在中性和酸性条件下研究了这些化合物的电化学性质.以硝酸铈铵为氧化剂,对催化剂的催化活性进行了测试,并以[Ru(bpy)₃]²⁺为光敏剂,S₂O₈^2-为电子牺牲剂,在三组分体系中考察了这些化合物的光催化活性.研究发现,在化学法水氧化反应中,化合物1由于其轴向配体4,4''-联吡啶在酸性条件下能够发生质子化,从而增强了吸电子效应,因此表现出最高的催化活性,催化循环数达到4000.在光催化水氧化反应中,化合物2因其轴向配体具有最强的吸电子能力而表现出最高的催化活性,反应2h的催化循环数达到270.结果表明,轴向配体的吸电子能力明显提高了这类Ru催化剂催化水氧化反应活性.     

制备方法对Al2O3掺杂Pt/WO3-ZrO2催化剂上正庚烷异构化反应的影响

采用恒pH法和非恒pH法制备了Al₂O₃掺杂的Pt/WO₃/ZrO₂催化剂,并用N₂吸附-脱附、X射线衍射、紫外-可见漫反射、CO化学吸附、X射线光电子能谱、²⁷Al魔角旋转核磁共振和吡啶吸附红外等技术对催化剂进行了表征.结果表明,相比于非恒pH法制备的催化剂,恒pH法制备的催化剂具有较高的比表面积和Pt分散度,在H₂气氛中产生更多的B酸位,从而表现出更高的催化正庚烷临氢异构化反应活性; 在200℃和质量空速0.9h^-1的反应条件下,正庚烷转化率达70.0%,明显高于非恒pH法制备的催化剂(43.5%).     

纳米SO42-/ZrO2的合成及其在酯交换反应中的催化性能

采用两步晶化-后浸渍法合成了纳米SO₄^2-/ZrO₂固体酸催化剂,并考察了其在植物油与甲醇酯交换反应中的催化性能。XRD、N₂吸附-脱附和TEM等结果表明,经过600℃焙烧,催化剂仍保持单一四方相,粒径大小为5~10 nm,比表面积为137 m²·g^-1,孔径为3.6 nm。NH₃-TPD结果表明,随着焙烧温度升高,催化剂表面的酸含量和酸强度逐渐增加,超强酸含量的增加,更有利于反应在温和条件下进行。在酯交换反应中,当醇油物质的量之比为20：1,反应温度为135℃,反应时间为6 h,600℃焙烧后催化剂用量为5%（w/w）时,植物油能够完全转化为脂肪酸甲酯。与传统的SO₄^2-/ZrO₂催化剂相比,该催化剂在低温反应条件下具有更高的催化性能和良好的重复使用性。     

铂纳米颗粒的可见光化学制备及其对p-硝基苯酚催化还原反应

在可见光照射下,以乙二醇（EG）作为还原剂和稳定剂,在多壁碳纳米管（MWCNTs）上一步合成了铂纳米颗粒,成功制备Pt/MWCNTs复合材料,并通过p-硝基苯酚（p-NP）的催化还原反应研究了Pt/MWCNTs的催化性能。用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）对所制备材料的形貌和晶体结构进行了表征。实验结果显示,可见光照射促进了EG水溶液中[PtCl₄]^2-前驱体的水解。通过金属界面的电子效应,铂前驱体被还原成了均匀分散的平均直径2.1 nm的超小颗粒Pt（Pt ultra-small particles,Pt UPs）。所制备的Pt/MWCNTs能有效地催化p-NP还原为p-氨基苯酚（p-AP）,表现出较高的催化性能,其表观速率常数为0.25 min^-1。Pt/MWCNTs多次使用后没有显著的活性损失,显示出了良好的稳定性。上述实验结果证明,除了传统的紫外光照射等手段以外,可见光照射也同样是制备铂金属催化剂非常有效的方法。而且,催化剂的形貌控制也完全可以通过简单而非复杂的实验条件加以实现。     

反应进度概念与化学反应体系

北京大学多年从事物理化学教学的教授们认为 :“以反应进度概念为基础建立相变和化学反应的学科体系和教学体系势在必行”[1]。本文介绍我们在学习将反应进度概念用于化学反应体系的过程中的一些粗浅体会。1　化学反应体系的热力学基本关系　　由热力学原理已导出多组分体系的基本方程 (以内能Ｕ和吉布斯函数Ｇ为例 ) :　　　ｄＵ =ＴｄＳ-ｐｄＶ+∑ＢμＢｄｎＢ ( 1ａ)　　　ｄＧ =-ＳｄＴ+Ｖｄｐ+∑ＢμＢｄｎＢ ( 1ｂ)　　对于有化学反应的体系 ,引入反应进度 ξ ,　　　ｄξ ｄｅｆ ｄｎＢνＢ可得 :　　　 ∑ＢμＢｄｎＢ =∑ＢνＢμ…     

F+CH2CO的反应机理和动力学研究

用G3(MP2)方法对F与CH₂CO的反应进行研究,揭示了该反应的加成-消除机理.F原子首先与CH₂CO作用形成富能的中间体CH₂FCO^*,此加成反应为无势垒过程.富能的CH₂FCO^*可进一步发生解离或异构化反应生成各种可能的产物.其中CO和CH₂F可能为反应的主要产物.根据从头算的结果,用RRKM-TST理论计算该反应的速率常数.总包反应速率常数与温度存在弱的依赖关系,与总压力无关.     

1,4—二巯基苏糖醇与磷钼黄的反应机理及该反应的分析意义

在ＰＨ４的邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液中，１，４－二巯基苏糖醇可较快地将磷钼黄还原成磷钼蓝。该反应对ＤＴＴ为准一级反应，反应中ＤＴＴ分子的两个巯基各失去一个电子，巯基失电子后相互结合成双硫链。该反应能定量进行，因此可用于ＤＴＴ的间接光度测定，应用此方法测定ＤＴＴ的适用范围为２．０×１０＾－６－１．０×１０＾－４ｍｏｌ／Ｌ。     

O原子与HNCO反应机理的量子化学及电子密度拓扑研究

采用MP2(Full)，B3LYP，QCISD/MP2和CCSD(T)/MP2方法在6-311G(d，p)水平上对O原子与HNCO反应的微观机理进行了理论研究．采用MP2(Full)和B3LYP对反应位能面上的各驻点进行几何构型的全优化，振动分析和IRC计算证实了中间体和过渡态的真实性和相互连接关系．四种方法计算得到了四个反应通道的反应活化能．研究表明，O原子进攻HNCO中的H原子为反应的主要反应通道，该通道中形成了两个分子复合物，电子密度拓扑分析表明这两个分子复合物均为氢键复合物．     

NCS自由基与NO反应动力学的理论研究

用量子化学密度泛函理论B3LYP/6-31+G^*和高级电子相关校正的偶合簇[CCSD(T)/6-311+G^*]方法,对NCS自由基与NO反应的机理和动力学进行了理论研究,得到了体系的势能面信息和可能的反应机理.计算了反应的热力学参数及反应能垒.采用传统过渡态理论计算了各反应通道的速率常数.研究结果表明,NCS自由基与NO反应中存在4个反应通道,产物分别为OCS+N₂,CS+N₂O,ONS+CN和ONCNS.从能量变化和反应速率两方面考虑,NCS+NOOCS+N₂应为主反应通道.     

具有相同简单级数的不同反应类型的半衰期公式

化学反应的半衰期公式不仅与反应级数有关,而且与反应类型相关。具有相同简单级数的不同类型反应的半衰期表达式也往往不一致。对具有简单级数反应的半衰期表达式进行了分析,重点讨论了不同类型的二级反应和三级反应半衰期表达式的特点及其他们之间的内在联系和区别。     

探究碘钟振荡实验的最佳条件及反应机理

利用SPSS25.0统计软件对碘钟振荡实验进行正交实验设计，通过统计学分析得出最佳实验条件为：温度30℃，硫酸浓度2 mol/L，加入反应物后搅拌8 s。利用氧化还原传感器（ORP）对碘钟振荡体系的电极电势变化曲线进行分析，结合文献及曲线从热力学和动力学视角阐述其反应机理。基于宏观、微观、符号和曲线进行四重表征分析，以期帮助学生深刻理解趣味实验现象背后的微观反应本质是碘元素不同价态之间的相互转化。     

Pd-N-杂环卡宾化合物催化的Heck反应、Suzuki反应进展

Pd催化的C—C键偶联反应是形成碳—碳单键的重要反应之一.传统上,使用膦化合物为配体来调整催化活性及选择性.但大多数Pd-膦化合物对空气稳定性差,容易被氧化;在溶液中易于解离出膦配体而降低催化剂稳定性,通常需要给反应体系中加入较多的膦配体以保持催化剂的稳定性和活性.1991年发现的稳定N-杂环卡宾(NHC)类配体具有富含电子、给电子能力强,对金属配位能力强,结构易修饰等特点,使得金属-NHC化合物成为金属有机化学、催化等领域研究新的焦点.Pd-NHC化合物已经可催化多类有机反应,是继传统Pd-膦催化剂外的又一类高效催化剂.综述了近年来不同结构的NHC如单齿简单NHC、双齿NHC、含其它配位原子的NHC等配体与Pd的配合物在Heck反应、Suzuki反应等偶联反应中的应用.     

Influence of Reaction Conditions on Methanol Synthesis and WGS Reaction in the Syngas-to-DME Process

A series of CuO-ZnO catalysts (with different Cu/Zn molar ratios) were prepared, and evaluated under the reaction conditions of syngas-to-dimethyl ether (DME) with three sorts of feed gas and different space velocity. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction (TPR). The experiment results showed that the reaction conditions of syngas-to-DME process greatly affected the methanol synthesis and WGS reaction. The influence caused by Cu/Zn molar ratio was quite different on the two reactions; increasing of percentage of CO2 in feed gas was unfavorable for catalyst activity, and also inhibited both reactions: enhancement of reaction space velocity heavily influenced the performance of the catalyst, and the benefits were relatively less for methanol synthesis than for the WGS reaction.     

CH3SH与NO2的反应机理及动力学

在G3B3,CCSD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)水平上详细研究了CH3SH与基态NO2的微观反应机理.在B3LYP/6-311++G(d,p)水平得到了反应势能面上所有反应物、过渡态和产物的优化构型,通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系.在CCSD(T)/6-311++G(d,p)和G3B3水平计算了各物种的能量,得到了反应势能面.利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT),分别计算了在200～3000K温度范围内的速率常数kTST,kCVT和kCVT/SCT.研究结果表明,该反应体系共存在5个反应通道,其中N进攻巯基上H原子生成CH3S+HNO2的通道活化势垒较低,为主要反应通道.动力学数据也表明,该通道在200～3000K计算温度范围内占绝对优势,拟合得到的速率常数表达式为k1CVT/SCT=1.93×10-16T0.21exp(-558.2/T)cm3·molecule-1·s-1.