ITO/g-C3N4异质结催化剂的制备及其光解水产氢性能

采用低温热解法合成出g-C₃N₄和In₂O₃:Sn(ITO)催化剂粉体,通过静电引力作用将少量ITO纳米粉体分散在g-C₃N₄粉体颗粒表面制成ITO/g-C₃N₄异质结光催化剂。在可见光模拟系统中以乙醇为牺牲剂,检测氢气生成速率表征催化剂的光催化性能, 并借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis)等对催化剂粉体进行了表征。实验结果表明, ITO附着在g-C₃N₄颗粒表面有利于光生电子的转移和光解水析氢反应。ITO/g-C₃N₄催化剂较之纯g-C₃N₄催化剂活性显著提高。当ITO附着量为4%时,析氢速率可稳定在350 μmol·g^-1·h^-1。     

α-Ti(HPO4)2微球负载型催化剂的合成及其烯烃聚合催化性能

2种茂金属催化剂及1种后过渡金属催化剂分别被固载于经过甲基铝氧烷处理后的α-Ti（HPO₄）₂微球表面,制备得到3种微球负载型催化剂。在烯烃聚合反应过程中,3种负载型催化剂均表现出比硅胶负载型催化剂更高的催化活性。2种茂金属负载型催化剂在乙烯、丙烯聚合反应中的活性分别高达6.8×10⁷ g_PE·（mol_Zr·h）^-1和5.0×10⁷ g_PP·（mol_Zr·h）^-1,所产生的烯烃聚合产物分子量分布较窄（M_w/M_n<2.3）,表现出良好的单中心催化特性,而且丙烯聚合产物的等规度高达96.5%。负载型后过渡金属催化剂在乙烯聚合反应中的活性稍低,但也能够达到8.3×10⁶ g_PE·（mol_Fe·h）^-1。3种负载型催化剂催化烯烃聚合产物均成微球型,能够很好地复制载体的形貌。     

α-Ti(HPO4)2微球负载型催化剂的合成及其烯烃聚合催化性能

2种茂金属催化剂及1种后过渡金属催化剂分别被固载于经过甲基铝氧烷处理后的α-Ti（HPO₄）₂微球表面,制备得到3种微球负载型催化剂。在烯烃聚合反应过程中,3种负载型催化剂均表现出比硅胶负载型催化剂更高的催化活性。2种茂金属负载型催化剂在乙烯、丙烯聚合反应中的活性分别高达6.8×10⁷ g_PE·（mol_Zr·h）^-1和5.0×10⁷ g_PP·（mol_Zr·h）^-1,所产生的烯烃聚合产物分子量分布较窄（M_w/M_n<2.3）,表现出良好的单中心催化特性,而且丙烯聚合产物的等规度高达96.5%。负载型后过渡金属催化剂在乙烯聚合反应中的活性稍低,但也能够达到8.3×10⁶ g_PE·（mol_Fe·h）^-1。3种负载型催化剂催化烯烃聚合产物均成微球型,能够很好地复制载体的形貌。     

La1-xCaxMnO3纳米颗粒的制备及氧还原催化性能

本文采用溶胶凝胶法制备了一系列不同Ca含量的钙钛矿型氧化物La_1-xCa_xMnO₃(x=0~0.4)纳米颗粒, X射线粉末衍射及精修、扫描电镜表征显示其相纯度和结晶度高, 颗粒平均粒径约40 nm。在0.1 mol·L^-1 KOH水溶液中进行的氧还原电催化性能测试显示, La_0.7Ca_0.3MnO₃样品催化活性最高, 表观电子转移数接近4, 还原电流密度与Pt/C催化剂相当, 而催化稳定性优于Pt/C。进一步研究了La_1-xCa_xMnO₃样品中Mn价态、晶胞参数的改变对氧还原催化活性的影响, 结果表明当x=0.3时, 催化剂中Mn处于混合价态, Mn-O键长适中, 最有利于电催化反应。     

PO43-掺杂Bi2O2CO3/Bi0的制备及其可见光催化性能

构建氧空位以及附着金属单质Bi(Bi⁰)是增强半导体材料光吸收性能、促进半导体光生载流子分离的有效方法。通过简单的共沉淀法及氢气热还原成功制备了PO₄^3-掺杂Bi₂O₂CO₃附着Bi⁰(Bi-P-BOC)的可见光催化剂,并对其在可见光下催化降解氧氟沙星(OFX)的性能及机理进行了研究。材料表征结果表明BOC随着PO₄^3-的均匀掺杂,可见光吸收能力增强,表面缺陷增多,比表面积增大。而随着氢气热还原,BOC表面形成 Bi⁰的同时也原位构建了大量的氧空位。可见光催化性能测试表明,Bi-P-BOC可以在180 min内降解约85%的OFX,降解速率为0.013 0 min^-1,是BOC降解速率的8倍。Bi-P-BOC光催化降解机理表明其具有更好的可见光吸收能力,Bi⁰以及氧空位的存在促进了光生载流子的分离,h+是其光催化降解过程中的主要的活性氧物种(ROS),此外,¹O₂和·O₂^-也对降解有一定贡献。     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

Cr2O3和CrO3/Cr2O3催化剂的2-氯-1，1，1-三氟乙烷气相氟化反应的活性物种和失活

采用沉淀法和浸渍法制备了2种铬基（Cr₂O₃和CrO₃/Cr₂O₃）催化剂,用于气相氟化2-氯-1,1,1-三氟乙烷合成1,1,1,2-四氟乙烷。研究发现含有低价铬（Cr³⁺）物种的Cr₂O₃催化剂上2-氯-1,1,1-三氟乙烷的稳态转化率为18.5%,而含有高价铬（Cr⁶⁺）物种和低价铬（Cr³⁺）物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂初始转化率达到30.6%,然而存在明显的失活。含有Cr⁶⁺物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷氟化反应初始TOF值为1.71×10^-4 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅵ)^-1·s^-1,高于含有Cr³⁺物种的Cr₂O₃催化剂（4.16×10^-5 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅲ)^-1·s^-1）。Cr₂O₃催化剂在氟化反应前后催化剂的物相结构保持不变;而含有高价铬物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂经HF反应后生成了CrO_xF_y活性物种。然而,CrO_xF_y物种在反应中挥发或转化成稳定但无活性的CrF₃,从而导致催化剂失活。     

二维层状Ti3C2Tx-MXene@VS2用于高性能锂离子电池负极

为探索一种高性能的锂离子电池负极材料,采用酸刻蚀法制备了高导电性、高稳定性的二维层状Ti₃C₂T_x,通过溶剂热法制备了具有高理论比容量的花瓣状VS₂纳米片,再经过简单的液相混合得到了二维层状Ti₃C₂T_x-MXene@VS₂复合物。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和能谱分析对复合材料的形貌和结构进行了表征,采用循环伏安、恒流充放电、长循环和交流阻抗谱对复合材料的电化学性能进行了研究。结果表明：VS₂纳米片均匀地分布在Ti₃C₂T_x的层间及表面,该复合物具有高的可逆容量(电流密度为0.1A·g^-1时,比容量为610.5mAh·g^-1)、良好的倍率性能(电流密度为2A·g^-1时,比容量为197.1mAh·g^-1)和良好的循环稳定性(电流密度为0.2 A·g^-1时,循环600圈后比容量为874.9 mAh·g^-1;电流密度为2 A·g^-1时,循环1 500圈后比容量为115.9mAh·g^-1)。     

La1-xSrxCoO3（x=0，0.2，0.4，0.6，0.8）钙钛矿型氧化物的催化性能及改性

通过溶胶-凝胶法制备出A位Sr掺杂的钙钛矿型氧化物La_1-xSr_xCoO₃（x=0,0.2,0.4,0.6,0.8）,并将其作为催化剂应用于双功能氧电极中。测试结果表明,A位Sr的掺杂的La_1-xSr_xCoO₃比LaCoO₃具有更高的电催化活性,并且La_0.6Sr_0.4CoO₃在氧还原和氧析出反应中均表现出最优的催化性能,最大电流密度分别达到0.244 A·cm^-2（-0.6 V vs Hg/HgO）和0.303 A·cm^-2（1 V vs Hg/HgO）。为进一步提高催化剂的催化活性,将水热法制备的α-MnO₂纳米管与La_0.6Sr_0.4CoO₃复合作为双功能催化剂。当α-MnO₂的质量分数为40%时,比起单一的α-MnO₂或钙钛矿氧化物,α-MnO₂/La_0.6Sr_0.4CoO₃复合材料表现出协同效应,有更好的双功能电催化活性,使双效氧电极具有更好的电化学性能及稳定性。     

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。     

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。     

Cr2O3和CrO3/Cr2O3催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷气相氟化反应的活性物种和失活

采用沉淀法和浸渍法制备了2种铬基（Cr₂O₃和CrO₃/Cr₂O₃）催化剂,用于气相氟化2-氯-1,1,1-三氟乙烷合成1,1,1,2-四氟乙烷。研究发现含有低价铬（Cr³⁺）物种的Cr₂O₃催化剂上2-氯-1,1,1-三氟乙烷的稳态转化率为18.5%,而含有高价铬（Cr⁶⁺）物种和低价铬（Cr³⁺）物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂初始转化率达到30.6%,然而存在明显的失活。含有Cr⁶⁺物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷氟化反应初始TOF值为1.71×10^-4 mol_HCFC-133a·mol_Cr（Ⅵ）^-1·s^-1,高于含有Cr³⁺物种的Cr₂O₃催化剂（4.16×10^-5 mol_HCFC-133a·mol_Cr（Ⅲ）^-1·s^-1）。Cr₂O₃催化剂在氟化反应前后催化剂的物相结构保持不变;而含有高价铬物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂经HF反应后生成了CrO_xF_y活性物种。然而,CrO_xF_y物种在反应中挥发或转化成稳定但无活性的CrF₃,从而导致催化剂失活。     

锂离子电池正极材料LiNi0.75-xCoxMn0.25O2的合成及电化学性能研究

以LiOH·H₂O、Ni(OAc)₂·4H₂O、Co(OAc)₂·4H₂O和MnO₂为原料，在水热反应釜中预处理，然后进行高温固相反应，合成了一系列锂镍钴锰氧化物LiNi_0.75-xCo_xMn_0.25O₂(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌、粒径及电化学性能进行了表征。结果表明，当x=0.20时，所合成的正极材料具有很好的α-NaFeO₂型层状晶体结构，晶胞参数a=0.286 1 nm，c=1.416 4 nm， V=0.100 4 nm³，以50 mA·g^-1的电流密度在3～4.3 V(vs Li/Li⁺)充放电时，首次放电比容量达172.5 mAh·g^-1，首次放电效率高达90.9%，30个循环后其放电比容量依然保持在161.1 mAh·g^-1。     

钙钛矿型LaxSr1－xNi1－yCoyO3光电催化活性研究

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法, 制备La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末, 对钙钛矿氧化物进行了XRD结构分析. 在通氧或不通氧下测试氧还原和氧析出的循环伏安曲线. 结果表明: 该氧电极具有双功能催化特性, 但不完全可逆. 利用汞灯作为激发光源, 进行几种水溶性染料和五种混合染料光解实验, 利用紫外-可见、红外以及人工神经网络光度法研究La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的催化性能. 结果表明: La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃ (x＝0.7, 0.9, 1; y＝0.3, 0.75)复合氧化物都具有较强光催化特性; La_xSr_1－xNi_1－yCo_yO₃的光催化活性高于La_xSr_1－xNiO₃, 这与B位离子(Ni^2—, Co^2－)的电子构型有关; Co^2＋的加入可使La_xSr_1－xNiO₃的光催化活性有所提高.     

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。     

Fe2O3纳米粒子的配位聚合物固相热解制备及其储锂性能

以1,4-苯二甲酸为配体,FeCl3为金属盐,采用溶剂热法合成了苯二甲酸-铁配位聚合物晶体.以其为前驱体,通过固相热解制备了尺寸均一的α-Fe₂O₃纳米粒子.利用XRD、FT-IR、SEM及TEM等手段对配位聚合物及其热解产物进行了表征.将α-Fe₂O₃纳米粒子用作锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明:在0.1 A·g^-1电流密度下充放电50次后,材料的可逆比容量仍保持在530 mAh·g^-1,表现出较高的比容量和优异的循环稳定性.     

Fe2O3纳米粒子的配位聚合物固相热解制备及其储锂性能

以1,4-苯二甲酸为配体,FeCl₃为金属盐,采用溶剂热法合成了苯二甲酸-铁配位聚合物晶体。以其为前驱体,通过固相热解制备了尺寸均一的α-Fe₂O₃纳米粒子。利用XRD、FT-IR、SEM及TEM等手段对配位聚合物及其热解产物进行了表征。将α-Fe₂O₃纳米粒子用作锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明:在0.1A·g^-1电流密度下充放电50次后,材料的可逆比容量仍保持在530mAh·g^-1,表现出较高的比容量和优异的循环稳定性。     

AgI/h-MoO3异质结的构筑及其模拟燃油光催化氧化脱硫活性

利用沉积法获得了异质结AgI/h-MoO₃光催化剂,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、光电子能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis-DRS）、光致发光（PL）、电化学阻抗（EIS）等方法对其物相组成、形貌、光吸收特性、光电化学性能等进行了表征。以噻吩的正辛烷溶液模拟催化裂化（FCC）汽油为探针考察了AgI/h-MoO₃光催化氧化脱硫活性,结果表明,AgI/h-MoO₃-18异质结在催化剂浓度为1.5 g·L^-1,可见光照射2 h后,光催化氧化脱硫活性达98%。利用XRD、XPS、UV-Vis-DRS揭示了AgI/h-MoO₃光照后生成少量的金属Ag,使其结构转变为Z型AgI/Ag/h-MoO₃,有利于光生电子（e^-）转移。利用活性物种捕获实验、循环实验研究了AgI/h-MoO₃光催化氧化脱硫机理及其稳定性,实验结果表明：AgI/h-MoO₃不仅具有较高的光催化氧化脱硫活性,而且还有良好的稳定性。     

锂离子电池正极材料线团状α-MnO2的合成及电化学性能

以MnSO₄, (NH₄)₂S₂O₈为反应物,Ag⁺作为催化剂的溶液相方法合成了线团状的α-MnO₂。采用XRD、SEM和TEM等手段对合成产物进行了表征。发现反应温度和反应时间对产物的结晶度和形貌有很大的影响。通过恒电流充电/放电测试和循环伏安法(CV)对最终产物的电化学性能进行了表征。结果表明,由于其独特的形态,25 ℃下反应2 d的产物作为锂离子电池正极材料,表现出良好的循环稳定性(100次循环后放电比容量为124 mAh·g^-1)。线团状α-MnO₂在锂离子电池应用中可能是一个潜在的正极材料。     

零维/二维MXene复合膜的制备及其超级电容器性能

采用水热法制备了0D/2D复合Ti₃C₂T_x MXene,利用X射线衍射、动态光散射和荧光光谱表征了其结构与形貌,结果表明形成了量子点吸附于纳米片的Ti₃C₂T_x复合结构（QDT）。相比未引入量子点的Ti₃C₂T_x,由QDT组装得到的自支撑膜电极的电化学性能有了显著提高：在三电极体系中,扫速为5 mV·s^-1时,比电容为338 F·g^-1,当扫速达到2 000 mV·s^-1,电容保持率达到46%;在两电极体系中,0.5 A·g^-1时的比电容达到216 F·g^-1,10 000次循环后电容保持率为87%。以上性能可归结于：量子点提供了更多的离子吸附位点,且纳米片尺寸减小,缩短了离子传输路径。