二维聚合物[MnNa(Salicylate)2(CH3OH)(H2O)]n·0.5nH2O的合成、晶体结构与活性研究

含锰的过渡金属配合物以其独特的分子结构 ,在功能材料方面显示出潜在的应用价值 [1～ 4 ] .此外 ,锰在许多生物体系中扮演着重要活性反应中心的角色 .例如在光合作用光系统 ( PS )中水氧化中心( WOC)的锰簇合物、含锰过氧化氢酶 ( Mn Catalase)、含锰超氧化物歧化酶 ( Mn SOD     

基于立方烷结构的分子催化剂在光催化水氧化中的研究进展

随着化石燃料大量使用带来的气候变化和环境污染问题日趋严重,寻找清洁高效的可再生能源用做传统化石燃料的替代品,已经成为当前的研究热点。光驱动的水分解反应被认为是太阳能制氢的可行途径。水的全分解包括两个半反应-水的氧化和质子还原。其中水的氧化反应是一个涉及四个电子和四个质子转移的复杂过程,需要很高的活化能,被认为是全分解水反应的瓶颈步骤。因此,开发高效、稳定、廉价丰产的水氧化催化剂是人工光合作用突破的关键因素。立方烷具有类似自然界光合作用酶光系统II(PSII)活性中心Mn_4CaO_5簇的结构,世界各国的科学家受自然界光合作用的启发,开发出了许多基于过渡金属的立方烷结构的催化剂,常见的有锰、钴和铜等立方烷催化剂。本文简要地综述了近年来立方烷分子催化剂在光催化水氧化中的研究进展。首先介绍了立方烷基光催化水氧化反应历程,继而详细介绍了基于有机配体的立方烷配合物和全无机的多金属氧酸盐立方烷水氧化催化剂,其次是半导体(BiVO4或聚合的氮化碳(PCN))为捕光材料复合立方烷分子催化剂的水氧化体系最新研究进展。最后总结并展望了该领域所面临的挑战及其前景。     

Mn2Ca双金属簇合物组装去Mn光系统II水氧化复合物的研究

报道了Mn₂Ca双金属簇合物与去锰的PSII 颗粒的光组装过程, 发现Mn₂Ca化合物具有明显的恢复去锰PSII的电子传递和放氧活性的能力, 并且表现了比MnCl₂更高的光组装效率. 我们认为该化合物中Ca与Mn原子之间的羧酸酯桥的连接方式可能有利于水氧化复合物(WOC)的光组装及锰簇的稳定.     

单晶Au表面和Au/TiO_2(110)模型催化剂表面CO氧化反应机理和活性位（英文）

在分子尺度上介绍了Au/TiO_2(110)模型催化剂表面和单晶Au表面CO氧化反应机理和活性位、以及H_2O的作用.在低温(320 K),H_2O起着促进CO氧化的作用,CO氧化的活性位位于金纳米颗粒与TiO_2载体界面(Au~(δ+)O~(δ–)––Ti)的周边.O_2和H_2O在金纳米颗粒与Ti O_2载体界面边缘处反应形成OOH,而形成的OOH使O–O键活化,随后OOH与CO反应生成CO_2.300K时CO_2的形成速率受限于O_2压力与该反应机理相印证.相反,在高温(320 K)下,因暴露于CO中而导致催化剂表面重组,在表面形成低配位金原子.低配位的金原子吸附O_2,随后O_2解离,并在金属金表面氧化CO.     

Mn含量对CeO2-ZrO2-MnOx催化剂甲苯氧化净化性能的影响

采用氧化还原沉淀法制备了一系列CeO_2-ZrO_2-MnO_x催化剂(CZM_X,X为Mn在催化剂总金属中的摩尔含量),探讨了Mn含量对CZM_X催化甲苯燃烧性能的影响。结果表明,CZM_(0.6)催化剂具有最好的活性,在230℃下即可实现甲苯的完全转化。XRD表征结果发现,随着锰掺杂量的增加,CZM_X催化剂结晶度先降低后增加。H_2-TPR表征结果表明,随着Mn含量的增加,Ce-Zr-Mn之间的相互作用力先增强后减弱。CZM_(0.6)结晶度最差,金属之间相互作用力最强,表面氧物种更易溢出;同时,Raman和O_2-TPD表征结果也证明CZM_(0.6)催化剂上具有较高的表面氧空位浓度,有利于催化剂表面活性氧物种的迁移,促进了甲苯的氧化。此外,通过in-situ DRIFTS对中间产物进行观测,发现苯甲酸盐是CZM_(0.6)催化剂上甲苯氧化反应的重要中间体;在O_2参与下,苯甲酸盐可迅速转化为CO_2和H_2O。     

具有μ-OH,μ-O_2双钴核结构的基于多吡啶配体的配合物催化水氧化反应的能力（英文）

化石燃料的大量使用已经带来了一系列的环境问题,开发和使用可再生的清洁能源十分有必要.氢能可以作为传统化石燃料的理想替代品,因为它不但清洁而且热值高.受光合作用启发的水裂解反应被认为是一种将太阳能转化为氢能的理想途径.水裂解包括两个半反应,即水的氧化(2H_2O→4H~++O_2+4e~–)和质子的还原(4H~++4e~–→2H_2).水氧化反应需要高的活化能,因此它也被认为是水裂解反应的瓶颈步骤.为了提高水氧化反应的效率,已经有很多关于水氧化催化剂的研究工作被开展.然而,迄今为止,寻找高效的水氧化催化剂仍然是巨大挑战.考虑到成本以及丰度的因素,基于第一过渡系金属的水氧化催化剂日益受人关注.相比于多相水氧化催化剂,均相的水氧化催化剂,特别是基于有机配合物的均相催化剂,在结构调变,机理研究方面更具有优势.均相的水氧化催化剂主要分两类:无机的多金属氧酸盐和基于有机配体的配合物.在所有的均相的水氧化催化剂中,含钴的配合物被广泛研究,因为在光驱动水氧化反应中它们通常能表现出来较好的活性.很多研究工作都集中于研究多核的含钴的均相催化剂,特别是具有Co_4O_4框架立方烷结构的配合物,因为它们具有类似于自然界光合作用光系统Ⅱ活性中心Mn4CaO_5簇的结构.例如,Co_4O_4(Ac)_4(py)_4簇以及相关衍生物曾被报道过用于水氧化反应,然而Nocera等人发现该化合物本身没有活性(J.Am.Chem.Soc.,2014,136,17681–17688),表观的活性来源于催化剂合成过程中引入的二价钴离子.2014年,一个具有双核钴核心结构的多吡啶配合物[(TPA)Co~Ⅲ(μ-OH)(μ-O_2)Co~Ⅲ(TPA)](ClO_4)_3被报道具有催化光驱动水氧化反应的能力.然而随后的研究工作(ACS Catal.,2016,6,5062-5068)表明其表观活性也是来自于自由钴离子杂质,纯的化合物是没有活性的.在检查一个均相分子水氧化催化剂的时候,应当进行充分的实验,特别是对于钴基的水氧化催化剂.因为在合成含钴配合物的过程中可能引入杂质钴离子,杂质钴离子在反应过程中会转化为CoO_x,它本身就是很常见的高效的水氧化催化剂.在定性一个真正的均相的钴基水氧化催化剂之前,这一可能性必须要被排除.在这里我们报道了另外一个同样以双三价钴离子为核心的,具有μ-OH,μ-O_2结构的基于多吡啶配体的均相配合物.我们通过一系列的实验验证了它催化光驱动水氧化反应的能力.实验证明,该化合物没有催化活性,表观活性依然是来自于合成过程中引入的杂质钴离子.这一结果与之前的报道相比,既是进一步的探索,也是一个很好的补充.结合前人的工作,我们发现并总结了一个规律:以双核三价钴为核心的,拥有μ-OH,μ-O_2核心结构的基于多吡啶配体的配合物不适合被选用于催化光驱动水氧化反应.这一发现能为高效水氧化催化剂的开发设计提供见解与指导.     

固体酸WO_3/TiO_2负载锂锰催化剂组成对其甲烷氧化偶联反应性能的影响（英文）

甲烷氧化偶联制乙烷、乙烯是一种最直接有效的甲烷转化工艺路线。催化剂的结构、碱性、活性组分的状态及分布和氧物种的性质是影响甲烷氧化偶联性能的重要因素,而这些因素与催化剂组成直接相关。以固体酸WO_3/TiO_2为载体,采用浸渍法制备出一系列负载Li、Mn活性组分的催化剂。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-O_ES)、X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和CH_4程序升温表面反应(CH_4-TPSR)等表征技术对催化剂进行了研究,发现Li的添加提高了C2选择性,并有效抑制了甲烷深度氧化形成CO_2的过程。XRD分析表明Li的添加不仅能够促进锐钛矿型二氧化钛向金红石型二氧化钛转化而且促使了高价锰离子的还原。XPS与CO_2-TPD分析表明Li的增加有利于增加催化剂表面的晶格氧含量和降低催化剂表面的碱性。O_2-TPD分析表明Li含量逐渐升高能够促使晶格氧的移动性增强,从而提高催化剂的反应性能。催化剂的性能受Mn物种的含量与价态的影响,过多的Mn物种对甲烷氧化偶联是不利的,易造成甲烷的深度氧化。同时,Li和Mn活性组分通过协同作用影响着催化剂的反应性能,能够形成新的活性物种MnTiO_3提高甲烷氧化偶联的低温活性。催化剂在n(Li):n(Mn)=2:1、反应温度750°C条件下,C2产率达16.3%,表现出最佳催化效果。     

K_8[Zn(H_2O)MnW_(11)O_(39)]/PANI/TiO_2复合材料的制备及光催化性能

采用直接合成法制备K_8[Zn(H_2O)Mn W_(11)O_(39)],以(NH_4)_2S_2O_8为氧化剂,通过化学氧化法将聚苯胺包覆在纳米Ti O_2颗粒表面制得PANI/Ti O_2,然后运用静电自组装法将K_8[Zn(H_2O)Mn W_(11)O_(39)]与PANI/Ti O_2复合成K_8[Zn(H_2O)Mn W_(11)O_(39)]/PANI/Ti O_2复合材料。运用IR、UV、XRD、XPS、SEM、N2吸附-脱附等分析方法对K_8[Zn(H_2O)Mn W_(11)O_(39)]/PANI/Ti O_2进行表征。利用K_8[Zn(H_2O)Mn W_(11)O_(39)]/PANI/Ti O_2为催化剂,研究其对孔雀石绿溶液的光催化降解性能。结果表明:紫外光照射下,孔雀石绿p H为2,浓度为20 mg/L,催化剂为10 mg时,脱色率可达93.66%。     

Mn2Ca双金属簇合物组装去Mn光系统II水氧化复合物的研究

报道了Mn₂Ca双金属簇合物与去锰的PSII 颗粒的光组装过程, 发现Mn₂Ca化合物具有明显的恢复去锰PSII的电子传递和放氧活性的能力, 并且表现了比MnCl₂更高的光组装效率. 我们认为该化合物中Ca与Mn原子之间的羧酸酯桥的连接方式可能有利于水氧化复合物(WOC)的光组装及锰簇的稳定.     

混合价双核锰配合物[(Phen)2Mn(μ-O)2Mn(Phen)2]ClO4)3CH2ClCOOH·2H2O的合成与表征

锰在某些生物的氧化还原活性部位起着重要的作用. 绿色植物光系统Ⅱ(PSⅡ)中的氧释放配合物(OEC)、含锰过氧化氢酶(Mn Catalase)、含锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、含锰核糖核苷酸还原酶(Mn RR)等活性部位存在着双核或多核锰的配合物[1～3]. 因此, 模拟合成不同氧化态的、不同类型配体和不同核数锰的配合物, 研究其结构和光谱等性质, 对揭示生物体中锰酶的催化氧化还原过程将有重要意义. 混合价Mn(Ⅲ, Ⅳ)配合物的研究对于揭示PSⅡ中两分子H2O氧化为O2的机理具有重要意义[2,4]. 这类配合物的研究已有一些报道[5～10], 邻菲咯啉(Phen)作为配体形成的配合物[(Phen)2Mn\5(μ-O)2Mn(Phen)2](PF6)3*CH3CN的研究虽有报道[11], 但其晶体中两个锰离子配位环境几乎相同. 本文用新方法合成了双核锰配合物(该法容易得到单晶)并进行了表征.     

Mechanisms of pH-dependent activity for water oxidation to molecular oxygen by MnO2 electrocatalysts

Manganese oxides function as efficient electrocatalysts for water oxidation to molecular oxygen in strongly alkaline conditions, but are inefficient at neutral pH. To provide new insight into the mechanism underlying the pH-dependent activity of the electrooxidation reaction, we performed UV-vis spectroelectrochemical detection of the intermediate species for water oxidation by a manganese oxide electrode. Layered manganese oxide nanoparticles, δ-MnO(2) (K(0.17)[Mn(4+)(0.90)Mn(3+)(0.07)□(0.03)]O(2)·0.53H(2)O) deposited on fluorine-doped tin oxide electrodes were shown to catalyze water oxidation at pH from 4 to 13. At this pH range, a sharp rise in absorption at 510 nm was observed with a concomitant increase of anodic current for O(2) evolution. Using pyrophosphate as a probe molecule, the 510 nm absorption was attributable to Mn(3+) on the surface of δ-MnO(2). The onset potential of the water oxidation current was constant at approximately 1.5 V vs SHE from pH 4 to pH 8, but sharply shifted to negative at pH > 8. Strikingly, this behavior was well reproduced by the pH dependence of the onset of 510 nm absorption, indicating that Mn(3+) acts as the precursor of water oxidation. Mn(3+) is unstable at pH < 9 due to the disproportionation reaction resulting in the formation of Mn(2+) and Mn(4+), whereas it is effectively stabilized by the comproportionation of Mn(2+) and Mn(4+) in alkaline conditions. Thus, the low activity of manganese oxides for water oxidation under neutral conditions is most likely due to the inherent instability of Mn(3+), whose accumulation at the surface of catalysts requires the electrochemical oxidation of Mn(2+) at a potential of approximately 1.4 V. This new model suggests that the control of the disproportionation and comproportionation efficiencies of Mn(3+) is essential for the development of Mn catalysts that afford water oxidation with a small overpotential at neutral pH.     

Calcium manganese oxides as oxygen evolution catalysts: O2 formation pathways indicated by 18O-labelling studies

Oxygen evolution catalysed by calcium manganese and manganese-only oxides was studied in (18)O-enriched water. Using membrane-inlet mass spectrometry, we monitored the formation of the different O(2) isotopologues (16)O(2), (16)O(18)O and (18)O(2) in such reactions simultaneously with good time resolution. From the analysis of the data, we conclude that entirely different pathways of dioxygen formation catalysis exist for reactions involving hydrogen peroxide (H(2)O(2)), hydrogen persulfate (HSO(5)(-)) or single-electron oxidants such as Ce(IV) and [Ru(III) (bipy)(3)](3+) . Like the studied oxide catalysts, the active sites of manganese catalase and the oxygen-evolving complex (OEC) of photosystem II (PSII) consist of μ-oxido manganese or μ-oxido calcium manganese sites. The studied processes show very similar (18)O-labelling behaviour to the natural enzymes and are therefore interesting model systems for in vivo oxygen formation by manganese metalloenzymes such as PSII.     

Structure and oxidation state of silica-supported manganese oxide catalysts and reactivity for acetone oxidation with ozone

Silica-supported manganese oxide catalysts with loadings of 3, 10, 15, and 20 wt % (as MnO2) were characterized with use of X-ray absorption spectroscopy and X-ray diffraction (XRD). The edge positions in the X-ray absorption spectra indicated that the oxidation state for the manganese decreased with increasing metal oxide loading from a value close to that of Mn2O3 (+3) to a value close to that of Mn3O4 (+2(2)/3). The XRD was consistent with these results as the diffractograms for the supported catalysts of higher manganese oxide loading matched those of a Mn3O4 reference. The reactivity of the silica-supported manganese oxide catalysts in acetone oxidation with ozone as an oxidant was studied over the temperature range of 300 to 600 K. Both oxygen and ozone produced mainly CO2 as the product of oxidation, but in the case of ozone the reaction temperature and activation energy were significantly reduced. The effect of metal oxide loading was investigated, and the activity for acetone oxidation was greater for a 10 wt % MnOx/SiO2 catalyst sample compared to a 3 wt % MnOx/SiO2 sample.     

掺Ag对氧化锰八面体分子筛催化CO氧化性能的影响

采用回流法在酸性介质中合成了掺杂贵金属Ag的氧化锰八面体分子筛(OMS-2).利用X射线衍射、低温N2吸附、透射电子显微镜及程序升温脱附(TPD)等技术对固体材料的结构进行了表征,考察了材料对CO氧化反应的催化性能,以及Ag的掺杂对该反应的影响.结果表明,合成的OMS-2材料属于cryptomelane一维隧道结构,适量Ag的掺杂使分子筛的有序性得到改善,孔径更均一.Ag的加入还能明显提高催化剂的反应活性.O2-TPD和CO-TPD实验表明,Ag的引入使材料对CO的吸附性能及晶格氧的扩散能力得到显著增强,这是提高催化剂对CO氧化催化能力的主要原因.     

锰掺入对CeO2催化氧化CO性能的影响

氧化铈具有萤石矿型结构,并且随着氧化还原气氛的不同,铈可以Ｃｅ４＋／Ｃｅ３＋价态存在,在结构中易于形成流动性的氧空位,这些性质使得它成为很好的催化氧化活性材料;ＣｅＯ２经贱金属掺杂之后,可进一步提高其催化氧化活性,近年来倍受人们的重视［１,２］．锰的...     

TiB2/均相硼掺杂TiO2核/壳结构提升光催化氧化水产氧活性

光催化可实现污染物降解、分解水制氢和CO2还原等多种氧化还原反应, 因而受到了广泛关注. 光催化材料中光生电荷的数目与氧化还原能力直接影响光催化反应效率, 在许多光催化反应中, 光生空穴氧化反应被认为速控步骤. 以光催化分解水为例, 质子的还原是单电子过程, 水氧化产生氧气则涉及四个电子. 空穴的高能量不仅可赋予其高的氧化能力,还能提高其迁出表面的能力, 因此具有重要研究价值.我们组的前期工作表明, 以TiB2作为前驱体, 采用水热合成和焙烧两步法可制备出间隙硼掺杂的金红石相或锐钛矿相TiO2, 间隙硼掺杂可显著降低价带顶, 提升光催化氧化水产氧性能. 然而, 在已有的结果中, 间隙硼掺杂浓度在TiO2中均呈现从内向外逐渐增加的梯度分布, 这意味着硼掺杂浓度有限, 且表层更低的价带顶不利于体相光生空穴向表面迁移, 因此亟需实现TiO2中均相的间隙硼掺杂.本文以湿化的氩气为水解环境, 将水解过程限域在TiB2的表面以减少硼原子流失; 同时提高水解温度, 使残留的硼原子形成间隙掺杂, 避免其在二次焙烧时扩散, 从而在TiB2核的表面所形成的TiO2壳层中实现均相间隙硼掺杂, 显著提高了光催化氧化水产氧活性. 多种表征结果表明, 直径约为6-10 μm的TiB2核表面形成了厚约400 nm的TiO2壳层, 在TiO2/TiB2中TiO2壳层重量比约为30%, TiO2壳层中锐钛矿相TiO2占比为65 wt%, 金红石相TiO2占比为35 wt%. TiO2壳层中间隙硼为均相分布, 硼掺杂显著降低了价带顶位置, 提高了光生空穴的氧化能力, 从而使得TiB2/TiO2展现出比未掺杂的金红石、锐钛矿相及两者混合相的TiO2均具有更高的光催化氧化水产氧的能力.     

A soluble form of nano-sized colloidal manganese(IV) oxide as an efficient catalyst for water oxidation

A soluble form of colloidal manganese(IV) oxide showed efficient oxygen evolution or water oxidation in presence of oxone, H(2)O(2), cerium(IV) ammonium nitrate and tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(III).     

双波长双指示剂催化光度法测定痕量Mn(Ⅱ)

在硫酸介质中,以氨三乙酸为活化剂,利用痕量Mn(Ⅱ)催化高碘酸钾氧化灿烂绿和酸性铬蓝K褪色的指示反应,分别在430nm和630nm波长下测量催化体系和非催化体系的吸光度,建立了双指示剂双波长催化动力学光度法测定痕量Mn(Ⅱ)的新方法。在优化条件下,测定Mn(Ⅱ)的线性范围为0.00200～0.0300μg/mL,检出限为1.2×10-11 g/mL。方法可用于茶叶和废水中痕量锰的测定。     

Understanding the synergistic catalytic effect between La(2)O(3) and CaO for the CH(4) lean De-NO(x) reaction: kinetic and mechanistic studies

Doping of La(2)O(3) crystallites with Ca(2+) ions significantly enhances the intrinsic rate of NO reduction by CH(4) in the presence of 5% O(2) at 550 degrees C compared to pure La(2)O(3) and CaO solids, while the opposite is true after doping of CaO with La(3+) ions. It was found that the 5 wt % La(2)O(3)-95 wt % CaO system has one of the highest intrinsic site reactivities (TOF = 8.5 x 10(-3) s(-1)) reported at 550 degrees C for the NO/CH(4)/O(2) reaction among metal oxide surfaces. The doping process occurred after first dispersing La(2)O(3) and CaO crystallites in deionized water heated to 60 degrees C for 90 min, while the dried material was then ground and heated slowly in air to 800 degrees C and kept at this temperature for 5 h. The doping process had the effect of creating surface oxygen vacant sites (F-type defects) in the oxide lattices the concentration of which is a function of the wt % La(2)O(3) used in the mixed oxide system as revealed by photoluminescence and O(2) chemisorption studies. According to DRIFTS (15)NO transient isotopic experiments (SSITKA), oxygen vacant sites in Ca(2+)-doped La(2)O(3) promote the formation of a more active chemisorbed NO(x) species (NO(2)(-)) that contributes to the enhancement of reaction rate as compared to pure lanthana, calcium oxide, and La(3+)-doped CaO. These results were supported by the kinetic orders of the reaction with respect to NO and O(2) obtained as a function of wt % La(2)O(3) content in the mixed oxide system. Carbon dioxide (a reaction product) competes for the same oxygen vacant sites to form stable adsorbed carbonate-like species, thus lowering the reduction rate of NO. The dependence of the reaction TOF on the wt % La(2)O(3) loading at 550 degrees C was found to follow the trend of the dependence of photoluminescence intensity on the wt % La(2)O(3) content in the La(2)O(3)-CaO oxide system.     

Cobalt promoted copper manganese oxide catalysts for ambient temperature carbon monoxide oxidation

Low levels of cobalt doping (1 wt%) of copper manganese oxide enhances its activity for carbon monoxide oxidation under ambient conditions and the doped catalyst can display higher activity than current commercial catalysts.