二元铜族团簇负离子催化CO氧化反应机理

用密度泛函理论B3LYP方法研究了二元铜族团簇负离子AuAg^-, AuCu^-和AgCu^-催化CO氧化反应的详细机理. 计算结果表明: CO在混合团簇中的吸附位顺序为Cu>Au>Ag; O₂也优先吸附到Cu上, 其次为Ag, 最难的为Au; 另外, O₂分子较CO分子易于吸附到混合团簇上. CO氧化反应有三条反应通道, 在热力学和动力学上均容易进行. AuAg-团簇催化CO氧化反应的最优反应通道为CO插入AuAgO₂^-中的Ag―O键形成中间体[Au―AgC(O―O)O]^-, 然后直接分解形成CO₂和AuAgO^-, 或另一个CO分子进攻中间体[Au―AgC(O―O)O]^-形成两分子的CO₂和AuAg^-. 而AuCu^-和AgCu^-催化CO氧化反应的最优反应通道为CO和O₂共吸附到团簇上,然后形成四元环中间体,最后四元环中间体分解形成产物或另一个CO分子进攻四元环中间体从而形成产物. 第二个CO分子的协同效应不明显. AuAg^-和AuCu^-对CO氧化反应催化活性强于Au₂^-团簇, 因此, Ag和Cu掺杂可以提高金团簇的催化活性, 与之前实验研究结果一致.     

五元体系Li+，Na+//CO32-，SO42-，B4O72--H2O 288 K介稳相平衡研究

采用等温蒸发法研究五元体系Li⁺,Na⁺//CO₃^2-,SO₄^2-,B₄O₇^2--H₂O 288 K介稳相平衡关系,测定在288 K条件下的介稳平衡溶液中各组分的溶解度和溶液密度,根据实验数据绘制相应的介稳平衡相图及密度组成图。研究结果表明该五元体系介稳相平衡中有复盐Na₃Li(SO₄)₂·6H₂O生成,其介稳相图中有4个共饱点,9条单变量曲线,6个Li₂CO₃饱和的结晶区分别为LiBO₂·8H₂O,Na₂B₄O₇·10H₂O,Na₂CO₃·10H₂O,Na₂SO₄,Li₂SO₄·H₂O和复盐Na₃Li(SO₄)₂·6H₂O。     

溶胶-凝胶法合成Li1-xNaxMn2O4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na⁺离子掺杂的Li_1-xNa_xMn₂O₄(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na⁺取代Li⁺进入Li_1-xNa_x Mn₂O₄晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn₂O₄从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na⁺离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄仍有79.0 mAh·g^-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 mAh·g^-1。Na⁺离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn₂O₄的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

制备条件影响碳酸羟基磷灰石晶格的计算分析

在碳酸羟基磷灰石(CHA)结构分析中,对A型取代(CO₃^2-取代OH^-)和B型取代(CO₃^2-取代PO₄^3-)2种取代的稳定性仍存有争议。为了研究碳酸取代的可能位置和2种取代稳定性,本文利用计算机辅助手段详细研究了不同反应顺序和不同反应试剂对碳酸羟基磷灰石晶体结构的影响。本实验分别采用含Na和不含Na 2种不同的反应试剂,分别在HA生成过程中和HA生成以后加入CO₃^2-,通过离子共沉淀法制备了4种碳酸羟基磷灰石。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)对他们的结构和基团进行了表征,并用Jade 6.5, Materials Studio 4.0以及Origin 7.0进行了精修、计算和拟合。结果表明,无论工艺过程如何变化,均主要生成晶体能量较低、晶格结构稳定的B型取代碳酸羟基磷灰石;与普通磷灰石相比,由于存在晶格畸变,因此碳酸取代磷灰石的结晶度下降;碳酸根在反应溶液中的浓度影响CHA的晶格畸变程度,较高游离碳酸浓度引起的晶格畸变大;Na⁺的引入,可以降低碳酸羟基磷灰石中的晶格畸变,从而提高结晶度;含Na的B型取代主要是取代Ca(Ⅱ)位置的Ca离子。IR分析结果表明四种碳酸羟基磷灰石中的CO₃^2-均以B型取代为主,通过对870 cm^-1附近峰的拟合,计算出材料中A型取代和B型取代的比值。     

WQD-1沸石离子交换性能的研究

测定了W_QD-1沸石在一价碱金属离子混合溶液中的分配系数、饱和交换量和在25℃时，NH⁺₄/K⁺、NH⁺₄/Na⁺交换等温线。得出该沸石一价离子选择性序列为：Cs⁺>Rb⁺>K⁺>Na⁺>Li⁺, Na⁺/K⁺交换自由焓变ΔG(T,P)=-6.745 KJ/mol。     

Na+，K+//Br-，SO42--H2O四元体系323 K相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了四元体系Na⁺,K⁺//Br^-,SO₄^2--H₂O在323 K的相平衡关系,测定了该体系323 K的溶解度及平衡液相的密度,绘制了该体系的相图。研究发现：平衡体系存在复盐钾芒硝Na₂SO₄·3K₂SO₄的结晶区。其相图由3个共饱和点,7条单变量曲线和5个结晶区组成。相区分别对应NaBr·2H₂O、Na₂SO₄、K₂SO₄、KBr和Na₂SO₄·3K₂SO₄结晶区。其中复盐钾芒硝Na₂SO₄·3K₂SO₄,Na₂SO₄和K₂SO₄有较大结晶区,而NaBr·2H₂O和KBr有较小结晶区。对比了等温条件下四元体系Na⁺,K⁺//Cl^-,SO₄^2--H₂O相平衡结果。实验结果表明溴化物对硫酸盐有较强盐析作用。     

超临界水中醋酸锌水解反应的分子动力学模拟

氧化锌(ZnO)是一种重要的化工原料, 超临界水热合成法制备纳米ZnO的第一步是锌盐与碱或水发生水解反应生成Zn(OH)₂, 后者接着脱水生成ZnO. 以Zn(CH₃COO)₂为原料, 直接和超临界水(SCW)反应能够制备纳米级的ZnO颗粒, 但对反应机理的探讨较少. 本研究利用分子动力学模拟超临界条件下Zn(CH₃COO)₂水解反应过程中的结构和能量变化, 发现Zn(CH₃COO)₂在SCW中容易聚集成无定形的团簇, 1个Zn²⁺平均和5个CH₃COO^-和1个H₂O配位, 形成6配位的八面体结构. 处于Zn(CH₃COO)₂团簇和SCW界面的Zn²⁺能够和更多的H₂O配位. 水解反应后系统的势能降低, 同时伴随Zn(CH₃COO)₂团簇结构的改变. 反应产物OH^-分布在Zn(CH₃COO)₂团簇内部, 富集Zn²⁺, 而CH₃COOH则分布在SCW中. 本文的工作为超临界水热合成的反应过程提供了基本的理论依据.     

超临界水中含碳酸根羟基磷灰石的快速连续合成

Carbonated hydroxyapatites(CHA) were rapidly and continuously synthesized in supercritical water by using a tubular reactor. The effects of reaction time and the ratio of PO₄^3-/CO₃^2- on the apatite structure were investigated by using XRD, FTIR and TEM. Results showed that 30 seconds were enough to produce fully crystalline CHA nano-rods, ca. 20×70 nm in size, at 380 ℃ and 24 MPa. When the ratio of PO₄^3-/CO₃^2- was not less than 1, the CO₃^2- ions mainly substituted for PO₄^3- in apatite structure; but CO₃^2- ions could react with Ca²⁺ to form CaCO₃ phase when the ratio of PO₄^3-/CO₃^2- was less than 1.     

三种马来二腈基二硫烯镍(Ⅲ)离子对配合物的制备和结构表征

合成了3种离子对配合物 [1-benzyl-3-bromopyridium]⁺[Ni(mnt)₂]^- (1)，[1-(4′-flurobenzyl)-3-bromopyridiunm]⁺[Ni(mnt)₂]^- (2)，[1-(4′-cholorobenzyl)-3-bromopyridium]⁺[Ni(mnt)₂]^- (3)，(mnt=马来二腈基二硫烯，maleonitrile dithiolate)获得了单晶并解析了它们的单晶结构。     

不同类型的CO32-替换羟基磷灰石固溶体晶体化学FT-IR研究

利用FT-IR结合XRD对不同类型的CO₃^2-替换磷灰石固溶体进行了晶体化学研究,结果表明:B型替换碳羟磷灰石(CHAP)的替换方式是[CO₃·OH]四面体替换[PO₄]四面体;A型替换CHAP的替换方式是[CO₃]三角形配位体替换通道位置的OH^-;AB混合型替换CHAP的FT-IR谱中非对称伸缩振动ν₃分裂为ν_3-1、ν_3F、ν_3-4,高斯函数法拟合表明ν_3F峰是A型替换的ν_3-2与B型替换的ν_3-3的叠合。当W_CO3^2-≦3.34%时,随CO₃^2-含量增加,A型替换量增大,替换指数(SI)增大,且当W_CO3^2-=3.34%时,SI达最大值,当3.34%CO₃^2-≦7.52%时,随CO₃^2-含量增加,SI减小,B型替换量增大,且当W_CO3^2-=7.52%时总固溶量饱和。     

酶促合成油酸香茅醇酯的超临界连续反应-分离过程

将固定床动态酶促反应过程和超临界二氧化碳萃取分离过程相耦合,设计并建立了一套超临界相反应分离一体化的实验装置。在该装置上初步考察了反应压力和温度对脂肪酶催化油酸甲酯和外消旋香茅醇酯交换反应的影响。结果表明,我们所建立的反应装置能有效地实现反应分离一体化过程;当体系压力接近二氧化碳的临界压力时反应速率最高;9MPa压力下反应温度为328K时反应转化率最高,而在14MPa压力下反应转化率在308K～328K之间随着温度的升高而增大。     

超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系压力和温度变化规律及超临界性质的研究

在5～11MPa的范围内,利用恒容静态平衡法详细考察了CO2密度在0.542～0.590g/cm3范围的不同组成的超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系的压力和温度的变化规律,并测定了相应的临界温度和临界压力.模拟了超临界丙烯氢甲酰反应体系的相行为.结果发现,CO+H2加入量的增多可明显改变超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系的超临界性质,主要表现为该体系的临界温度随着CO和H2摩尔分数的增加而线性降低,临界压力随着CO和H2摩尔分数的增加而线性增加.在相同的CO和H2组成下,超临界四元体系的压力随着体系温度的增加而线性增加,并且p-T线的斜率基本相同.在相同温度下超临界四元体系的压力随着体系中CO和H2摩尔分数的增加线性增加,并且不同温度时的变化率基本相同.     

Hydrogenation of olefins in supercritical CO(2) catalyzed by palladium nanoparticles in a water-in-CO(2) microemulsion

Nanometer-sized metallic palladium particles can be synthesized by hydrogen reduction of Pd2+ ions dissolved in the water core of a water-in-CO2 microemulsion. The Pd nanoparticles, stabilized by the micromeulsion and uniformly dispersed in the supercritical fluid phase, are effective catalysts for hydrogenation of olefins. Examples of rapid and efficient hydrogenation of water-soluble and CO2-soluble olefins catalyzed by the Pd nanoparticles in supercritical CO2 are given.     

双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根

地下水和湖水中碳酸氢根( HCO-3)和碳酸根( CO2-3)含量是地球化学碳行为和碳循环的重要表征,但两种离子的浓度易受环境影响而改变,因此,地下水和湖水中HCO-3和CO2-3真实含量的测定一直是个难题。实验利用CO2的水解平衡,通过pH电极和二氧化碳电极联用,建立了HCO-3和CO2-3现场快速测定的新方法,解决了地下水和湖水中HCO-3和CO2-3真实含量的测定难题。研究结果表明,在pH=4.8±0.1的底液中, HCO-3和CO2-3的线性范围分别为0.027~570 mg/L和1.25×10-8~39.7 mg/L。共存的金属离子、强酸阴离子(K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO2-4,100 mg/L)、弱酸阴离子和弱酸(HSO-3、NO-2、HOAc,50 mg/L)对测定干扰小于5%。实际水样加标实验回收率在95.2%~99.2%之间,相对标准偏差为2.6%~3.7%。与酸碱滴定法进行对比,本方法的准确性良好。但方法受温度影响,因此标准溶液与样品应在同一温度下测量。总体而言,双电极法灵敏、快速、经济且电极携带方便、操作简单、对环境要求不高,十分适合现场和室内一般自然水体的快速检测。本方法已成功应用于青海省地下水和青海湖湖水中HCO-3和CO2-3的现场测定。实验表明,海东地区地下水样品pH在6.4~7.4之间,HCO-3含量为234~4096 mg/L,CO2-3含量为0.16~1.89 mg/L；青海湖湖水样品pH≈8.7,HCO-3含量范围在1.36~1.86 g/L,CO2-3含量在32.3~43.9 mg/L,与文献结果吻合。     

Apparent solubility of hydroxyapatite in aqueous medium and its influence on the morphology of nanocrystallites with precipitation temperature

Two differing wet-chemical synthesis routes, Ca(OH)2 + H3PO4 and CaCl2 + Na3PO4/NaOH, were used to prepare hydroxyapatite (HA) at various temperatures ranging from 30 to 95 degrees C. The electrical conductivity of the solution was measured at regular intervals of time during H3PO4 and Na3PO4 addition to the suspension/solution containing Ca2+ ions. The rate of change of conductivity is used to note the end point of the reaction. X-ray diffraction of the dried, precipitated particles revealed HA as the predominant phase, and the FTIR spectroscopy studies indicated the presence of CO3(2-) groups which substituted PO4(3-) groups in the HA lattice (B-type). FESEM observations revealed that the aspect ratio of the particles decreased with increasing precipitation reaction temperature in one system [Ca(OH)2 + H3PO4] and in the other system it increased with increasing temperature. The changes in the morphology with temperature were analyzed through conductivity measurements and the thermochemical properties of the reaction systems. Conductivity measurements showed that the concentration of dissolved ions at the end point of the reaction between Ca(OH)2 and H3PO4 increased, indicating an increased apparent solubility of HA with increasing temperature, whereas the end-point conductivity did not increase noticeably in the other reaction system.     

超临界NaCl水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法对超临界NaCl水溶液的微观结构进行了研究.模拟发现在所研究超临界条件下,密度的变化比温度的变化对超临界NaCl水溶液的微观结构影响更大.温度及密度对Cl－ H2O径向分布函数的影响比对Na＋ H2O径向分布函数的影响要大.超临界条件下,各gNa＋－Cl－在0.261 nm处出现峰值,表明Na＋、Cl－之间发生了离子的缔合.超临界条件下,随温度增加,缔合作用增强；随密度增加,缔合作用减弱.本文工作为建立可适用于超临界条件下的电解质热力学模型提供了依据.     

Formation of FeCl(2)/NaCl-nanoparticles in supercritical water investigated by molecular dynamics simulations: nucleation rates

Nucleation and growth of FeCl(2) in supercritical water containing NaCl at different state points between temperatures of 798 and 873 K and system densities between 0.24 and 0.14 g cm(-3) have been studied by molecular dynamics simulations. The number of NaCl ion pairs was chosen to simulate particle formation in seawater and brine of higher salinity. Rigid SPC/E water was used to model the water molecules while a combination of Coulomb and Lennard-Jones potentials was used for the ions. Two different methods for determination of nucleation rates are applied and their results compared. We find decreasing nucleation rates with both increasing temperature and decreasing system density. Our results are also compared to those we recently obtained in an investigation of pure FeCl(2) from supercritical water. We find both increasing nucleation rates and a decreasing size of the critical cluster with increasing amount of NaCl.     

CO在超临界水中的转化以及碱性钾盐的影响

构建了CO高压溶解的进气系统,在连续式反应系统中对超临界水条件下CO的转化规律进行了研究;针对生物质超临界水气化中钾盐的多样性,选择KHCO₃、K₂CO₃和KOH等三种钾盐成分,研究了它们在不同工艺条件（450-600℃、23-29 MPa、停留时间3-6 s）下对超临界水中水煤气转化过程的影响。结果表明,在无催化条件下,提高反应温度、延长停留时间均提高了CO的转化率,而压力对其影响在低压下（23-25 MPa）比较大,高压下（25-29 MPa）比较小,水煤气转化的反应动力学方程为k=10^3.75×exp（-0.66×10⁵/RT）（s^-1）。碱性钾盐均能显著提高CO转化率,其催化促进程度从大到小依次为：KHCO₃>K₂CO₃>KOH。添加碱性钾盐时,提高反应温度、延长停留时间均提高CO转化率,而压力的影响比较复杂。碱性盐对水煤气转化反应的催化是通过草酸盐（HC₂O₄^-）和甲酸盐（HCOO^-）作为中间产物进行的。     

Relationship between the density of supercritical CO_2 + ethanol binary system and its critical properties

The solvent strength and selectivity of supercritical fluids (SCF) can be greatly enhanced by addition of one or two entrainers into the system. The amount of entrainer added is usually less than 5% (mole fraction). However, even with such slight amount, solubility of organic solutes has been observed to increase by several orders magnitude[1]. Therefore, critical pressure and tem-perature data of these supercritical fluid + cosolvent systems are imperative for the reasonable design of effici…     

超临界CO_2及共溶剂作用下聚碳酸酯的结晶和熔融行为

采用差示扫描量法（DSC）研究了在超临界CO_2以及超临界CO_2+乙醇作用下温 度和压力对聚碳酸酯的结晶和熔融行为的影响。结果表明超临界CO_2能使聚碳酸酯 （PC）在其玻璃化转变温度下结晶。CO2是非极性流体，加入共溶剂能增加超 临界流体的极性，提高流体的溶解能力。与纯CO_2条件比较，少量共溶剂的加入使 PC的结晶更加完善，并能使其在更低的温度下和压力条件下结晶。