纳米结构Au/Fe2O3的制备、表征及催化氧化性能

分别以纳米和块状氧化铁为载体,通过沉积沉淀法制备了Au/Nano-Fe₂O₃和Au/Bulk-Fe₂O₃,并对其进行了表征和催化氧化性能测试。结果表明：对于Au/Nano-Fe₂O₃,5nmAu颗粒被尺寸相当的Nano-Fe₂O₃所包覆,形成新颖的类似核壳结构;对于Au/Bulk-Fe₂O₃,3nmAu颗粒高度分散于Bulk-Fe₂O₃的表面。在1-苯乙醇的氧化反应中,Au/Nano-Fe₂O₃显示出比Au/Bulk-Fe₂O₃更好的催化活性。活性的增强主要与小尺寸的Nano-Fe₂O₃以及Au和Nano-Fe₂O₃更大的接触界面有关。相比于广泛受到重视的Au的尺寸效应来说,对于Au/Nano-Fe₂O₃而言,Fe₂O₃尺寸的影响更大。     

沉积-沉淀-微波干燥法制备金属氧化物负载的金簇合物及其在CO氧化和 硫化物氧化反应中的催化性能

采用沉积-沉淀法再辅以微波干燥和焙烧制备了金属氧化物负载的金簇合物和小的金纳米粒子.干燥方法影响了金颗粒尺寸.在炉干燥过程中Au(III)因部分还原而致使Au聚集.相反,在微波干燥下,因快速和加热均一而使Au(III)得以保持,在Al2O3上负载的Au颗粒尺寸小至1.4 nm.该法可用于具有几种不同微波吸收效率的金属氧化物载体,如MnO2,Al2O3和TiO2.这些催化剂在低温CO氧化和硫化物选择有氧氧化反应中的催化活性比常规方法制备的更高.     

Au/ZrO2催化CO氧化反应中ZrO2纳米粒子的尺寸效应

从同一ZrO(OH)2出发制备了三种不同尺寸的ZrO2纳米颗粒(ZrO2-CP：40-200nm，ZrO2-AN；18～25nm，ZrO2-AD：10～15nm)，采用沉积-沉淀方法制备了相应的Au/ZrO2催化剂,用XRD，XRF，TEM和低温N2吸附对ZrO2和Au/ZrO2进行了表征．XRD和TEM分析表明Au/ZrO2样品中Au粒子的平均尺寸为4～5nm，而Zr02的晶相和颗粒大小没有因为“负载”Au粒子而发生变化．CO催化氧化反应的结果表明，Au／ZrO2催化活性随着ZrO2纳米粒子尺寸的减小活性明显增加．TEM／HRTEM结果表明，Au／ZrO2催化剂中Au粒子与ZrO2颗粒接触界面随ZrO2颗粒尺寸的减小而明显增加，这很可能是含有更小尺寸ZrO2纳米粒子的Au／ZrO2催化剂具有更高催化活性的重要原因。     

预处理条件对Au/Al2O3催化CO氧化性能的影响

 采用沉积-沉淀法制备了Au/Al2O3,探讨了预处理条件对催化剂中金颗粒的大小及其催化CO氧化性能的影响,并以XRD和TEM等手段对催化剂进行了结构表征. 结果表明,还原和焙烧预处理得到的1.2% Au/Al2O3催化剂在GHSV=1.5×104 h-1时,可分别于-22和-10 ℃将空气中的1%CO完全氧化, 还原预处理所得催化剂的活性更高, 原因是催化剂中金颗粒的尺寸更小,分散度更高.     

载体表面酸碱性质对无碱水溶液中Au催化的甘油氧化反应产物选择性的调控作用（英文）

甘油(GL)是一种重要的生物平台分子,通过催化选择氧化反应将其转化为具有高附加值化学品是可持续发展化学化工的重要课题之一.以Au为催化剂的GL水相选择氧化反应可以生成甘油酸(GLA)、二羟基丙酮(DHA)、羟基丙二酸(TTA)、羟基乙酸(GCA)和乳酸(LA)等多种产物.通常,该反应需要碱(NaO H)存在时才能进行,产物往往以GLA为主(选择性40%?70%),副产物主要有GCA,TTA和草酸(OA).一般认为,可溶性碱(OH?)是通过夺取GL分子中羟基上的质子而诱发反应的.尽管在Au催化的反应体系中从未检测到有甘油醛(GLD)生成,GLD和/或DHA被认为是该反应的中间物种.本课题组前期工作表明,氧化物(Ti O2,Al2O3,Zr O2,Cu O等)负载的纳米Au催化剂能够在无碱(无外加OH?)水溶液中选择性催化GL氧化生成DHA(而不是GLA).因此,OH-的存在与否很可能会改变水溶液中Au催化剂上GL氧化反应的途径.本文试图回答当GL的水溶液中不存在Na OH时,Au催化剂载体的表面酸碱性质是否也会对GL氧化反应的选择性产生调控作用.我们选用Mg/Al比(x)不同的MgO-Al2O3样品为Au催化剂的载体,以尿素为沉淀剂,采用沉积沉淀法制备了相应的Au/MgO-Al2O3(x)催化剂样品.采用X射线衍射、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪、透射电镜以及N2吸附-脱附等温线等对MgO-Al2O3(x)和/或Au/MgO-Al2O3样品的物相、元素组成、Au颗粒大小以及比表面积等进行了表征分析;采用NH3和CO2程序升温脱附(TPD)分别对MgO-Al2O3(x)载体表面的酸、碱性进行了测定.NH3-TPD和CO2-TPD结果表明,随着Mg/Al比x从0增加至4.8,MgO-Al2O3(x)的表面酸量从0.94降到0.20μmol/m2,而其表面碱量却从0.05剧增至0.80μmol/m2.因此,载体中MgO含量越多或Mg/Al比越大,其酸性越弱而碱性越强.在无碱水溶液中的催化反应结果表明,Au/MgO-Al2O3(x)上GL氧化反应的主要产物为DHA,GLA以及GCA等.随着x值(催化剂表面碱性)不断增大,产物DHA的选择性从约80%下降到10%左右,而GLA的选择性却从约4%增加至约50%.当载体为酸性最强的Al2O3(x=0)时,产物DHA的选择性为最高(80%).由此可见,载体表面的酸碱性质决定了无碱水溶液中Au催化剂上的GL氧化产物的分布.此外,当保持Au粒子的尺寸基本不变(如3.1或6.6 nm左右),而改变载体的酸碱性质时,Au/Mg O-Al2O3催化GL氧化反应的活性(TOF)可相差8?9倍.本文还通过改变Au/MgO-Al2O3样品焙烧温度,制备了表面酸碱性质相同而颗粒大小不同的三个Au/MgO-Al2O3(0.2)催化剂,考察了Au粒径对GL氧化反应选择性的影响.在这三个催化剂上,Au颗粒的平均尺寸分别为2.8,3.2和6.6 nm,GL氧化反应的产物选择性近乎相同(DHA和GLA的选择性分别为65%和15%左右),但平均尺寸为6.6 nm Au粒子的催化活性(TOF)是3.2 nm Au粒子的1.6倍,2.8 nm Au粒子的2.7倍.因此,本文建立了载体表面酸碱性质与无碱水溶液中GL氧化产物选择性之间的关系,通过改变载体表面酸碱性质实现了对无碱水溶液中Au催化剂上GL氧化反应选择性的调控.尽管载体酸碱性质和Au粒子尺寸都对Au/Mg O-Al2O3催化剂的本征活性有重要影响,但载体酸碱性质的影响更显著.     

载体表面酸碱性质对无碱水溶液中Au催化的甘油氧化反应产物选择性的调控作用

甘油(GL)是一种重要的生物平台分子,通过催化选择氧化反应将其转化为具有高附加值化学品是可持续发展化学化工的重要课题之一.以Au为催化剂的GL水相选择氧化反应可以生成甘油酸(GLA)、二羟基丙酮(DHA)、羟基丙二酸(TTA)、羟基乙酸(GCA)和乳酸(LA)等多种产物.通常,该反应需要碱(NaOH)存在时才能进行,产物往往以GLA为主(选择性40%-70%),副产物主要有GCA, TTA和草酸(OA).一般认为,可溶性碱(OH-)是通过夺取GL分子中羟基上的质子而诱发反应的.尽管在Au催化的反应体系中从未检测到有甘油醛(GLD)生成, GLD和/或DHA被认为是该反应的中间物种.本课题组前期工作表明,氧化物(TiO2, Al2O3, ZrO2, CuO等)负载的纳米Au催化剂能够在无碱(无外加OH-)水溶液中选择性催化GL氧化生成DHA(而不是GLA).因此, OH-的存在与否很可能会改变水溶液中Au催化剂上GL氧化反应的途径.本文试图回答当GL的水溶液中不存在NaOH时, Au催化剂载体的表面酸碱性质是否也会对GL氧化反应的选择性产生调控作用.我们选用Mg/Al比(x)不同的MgO-Al2O3样品为Au催化剂的载体,以尿素为沉淀剂,采用沉积沉淀法制备了相应的Au/MgO-Al2O3(x)催化剂样品.采用X射线衍射、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪、透射电镜以及N2吸附-脱附等温线等对MgO-Al2O3(x)和/或Au/MgO-Al2O3样品的物相、元素组成、Au颗粒大小以及比表面积等进行了表征分析;采用NH3和CO2程序升温脱附(TPD)分别对MgO-Al2O3(x)载体表面的酸、碱性进行了测定. NH3-TPD和CO2-TPD结果表明,随着Mg/Al比x从0增加至4.8, MgO-Al2O3(x)的表面酸量从0.94降到0.20μmol/m2,而其表面碱量却从0.05剧增至0.80μmol/m2.因此,载体中MgO含量越多或Mg/Al比越大,其酸性越弱而碱性越强.在无碱水溶液中的催化反应结果表明, Au/MgO-Al2O3(x)上GL氧化反应的主要产物为DHA, GLA以及GCA等.随着x值(催化剂表面碱性)不断增大,产物DHA的选择性从约80%下降到10%左右,而GLA的选择性却从约4%增加至约50%.当载体为酸性最强的Al2O3(x =0)时,产物DHA的选择性为最高(80%).由此可见,载体表面的酸碱性质决定了无碱水溶液中Au催化剂上的GL氧化产物的分布. 此外,当保持Au粒子的尺寸基本不变(如3.1或6.6 nm左右),而改变载体的酸碱性质时, Au/MgO-Al2O3催化GL氧化反应的活性(TOF)可相差8-9倍.本文还通过改变Au/MgO-Al2O3样品焙烧温度,制备了表面酸碱性质相同而颗粒大小不同的三个Au/MgO-Al2O3(0.2)催化剂,考察了Au粒径对GL氧化反应选择性的影响.在这三个催化剂上, Au颗粒的平均尺寸分别为2.8,3.2和6.6 nm, GL氧化反应的产物选择性近乎相同(DHA和GLA的选择性分别为65%和15%左右),但平均尺寸为6.6 nm Au粒子的催化活性(TOF)是3.2 nm Au粒子的1.6倍,2.8 nm Au粒子的2.7倍.因此,本文建立了载体表面酸碱性质与无碱水溶液中GL氧化产物选择性之间的关系,通过改变载体表面酸碱性质实现了对无碱水溶液中Au催化剂上GL氧化反应选择性的调控.尽管载体酸碱性质和Au粒子尺寸都对Au/MgO-Al2O3催化剂的本征活性有重要影响,但载体酸碱性质的影响更显著.     

沉积-沉淀-微波干燥法制备金属氧化物负载的金簇合物及其在CO氧化和硫化物氧化反应中的催化性能（英文）

采用沉积-沉淀法再辅以微波干燥和焙烧制备了金属氧化物负载的金簇合物和小的金纳米粒子.干燥方法影响了金颗粒尺寸.在炉干燥过程中Au(Ⅲ)因部分还原而致使Au聚集.相反,在微波干燥下,因快速和加热均一而使Au(Ⅲ)得以保持,在Al_2O_3上负载的Au颗粒尺寸小至1.4 nm.该法可用于具有几种不同微波吸收效率的金属氧化物载体,如Mn O2,Al_2O_3和TiO_2.这些催化剂在低温CO氧化和硫化物选择有氧氧化反应中的催化活性比常规方法制备的更高.     

用辛烷基硫醇单层保护Au纳米粒子制备CO氧化催化剂Au/γ-Al2O3

采用两相法合成出含活性组分Au的辛烷基硫醇单层保护Au纳米粒子(C8AuNPs)的正己烷溶胶, 用“逐次浸润”法将C8AuNPs负载在γ-Al2O3上, 经真空干燥及活化处理制得Au/γ-Al2O3催化剂. 所制得的Au催化剂前体C8AuNPs/γ-Al2O3表面Au粒子平均粒径可控制在2-3 nm范围内, 且分布比较单一; 催化剂活性评价600 h后, 其表面Au的粒径仍主要分布在2-4 nm范围内; 真空干燥温度影响Au催化剂的粒子尺寸和催化活性, 随着真空干燥温度的提高, Au纳米粒子的粒径增大. 将所制备的催化剂用于低温CO氧化反应, 催化活性评价结果表明, 经25 ℃真空干燥制得的2.5%(质量分数, w)Au/γ-Al2O3具有较高的活性和长期稳定性, 其催化CO完全转化的最低温度为-19 ℃, 在15 ℃下CO完全转化时Au/γ-Al2O3的单程寿命至少900 h; 4.0%(w) Au/γ-Al2O3在15 ℃和进料中含水条件下对CO完全氧化的单程寿命不低于2000 h, 可见催化剂具有强的抗潮湿中毒特性. 综合上述实验结果, 讨论了影响Au/γ-Al2O3催化剂活性的可能因素.     

生物还原制备Au/γ-Al2O3催化葡萄糖氧化动力学研究

主要讨论了生物还原制备Au/γ-Al2O3催化剂用于催化葡萄糖氧化动力学的研究.利用甲烷氧化菌素(Methanobactin,Mb)作为还原剂及稳定剂制备了1%Au/γ-Al2O3催化剂.通过TEM分析,负载纳米金颗粒(Gold nanoparticles,AuNPs)粒径为3.48±0.881 nm.比较Mb及Au/γ-Al2O3催化剂的FTIR发现,在Au/γ-Al2O3催化剂表面整合有Mb基团.实验建立了幂指数速率模型,确定了D-葡萄糖、H2O2、催化剂、葡萄糖酸钠的反应级数,分别为:0.4696、0.3729、0.4088和-0.9794.同时通过阿伦尼乌斯曲线求得该催化剂活化能(Activation energy,Ea)为6.114 kJ/mol.最后通过验证该速率模型发现,预测值与实验值具有良好的拟合性.     

微乳法制备Au/Fe2O3水煤气变换反应催化剂Ⅱ.催化剂的表征

 采用XRD,BET,H2-TPR,TEM和XPS等方法对微乳法制备的Au/Fe2O3催化剂进行了表征,研究了不同制备方法对催化剂结构及性能的影响. 结果表明,在辛烷基酚基聚氧乙烯醚(10)(Triton X-100)体系中,Au/Fe2O3催化剂在低温区的活性物种为单质金和氧化态金,在高温区的活性物种中可能含有Au-FeOx固溶体. 金粒径小于10 nm,且高度分散于载体表面. 氧化态金的含量及金的粒径和分散度是影响Au/Fe2O3催化水煤气变换反应活性的主要因素. Au/Fe2O3催化剂中Au-FeOx固溶体的缺陷数目越多,则其高温催化活性越高.     

Bi6Fe1.9Co0.1Ti3O18纳米片负载Au尺寸对其可见光光催化性能的影响

我们通过一种简单的化学方法制备了具有可见光催化性能的Bi₆Fe_1.9Co_0.1Ti₃O₁₈/Au（BFCTO/Au）纳米复合材料。结果表明,通过负载不同颗粒大小的Au纳米颗粒（~23 nm、~36 nm、~55 nm和~80 nm）,BFCTO的可见光光催化性能明显增强,其中负载粒径为~23 nm的Au纳米颗粒的BFCTO/Au-1样品的可见光光催化效率最高。     

Catalytic oxidation of carbon monoxide over Au/Fe2O3 preparations

Low temperature catalytic oxidation of carbon monoxide has been studied over Au/Fe₂O₃. On the coprecipitated samples the catalytic activity shows a maximum at a gold content of about 5%. Calcination of Au/Fe₂O₃ decreases the catalytic activity and the stability. The catalytic activity measured is the highest ever reported in the literature on Au/Fe₂O₃ preparations.     

Fe3O4/PEI/Au@CdSe/CdS多功能复合材料的制备与表征

以共沉淀法制备出Fe₃O₄纳米粒子,通过聚乙烯亚胺(PEI)修饰Fe₃O₄纳米粒子,再原位复合上Au纳米粒子,制得Fe₃O₄/PEI/Au纳米颗粒微球。再将Fe₃O₄/PEI/Au纳米颗粒与巯基乙酸修饰的量子点CdSe/CdS连接,成功制备了Fe₃O₄/PEI/Au@CdSe/CdS多功能复合微球。经过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、荧光分光光度计、荧光显微镜、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及振动样品磁强计(VSM)的表征。结果表明:多功能复合微球的粒径在40 nm左右,具有超顺磁性,剩磁,矫顽力近似等于零,饱和磁化强度为28.83 A·m²·kg^-1,同时兼有优越的荧光性能和金纳米粒子的特性。     

Fe3O4/PEI/Au@CdSe/CdS多功能复合材料的制备与表征

以共沉淀法制备出Fe₃O₄纳米粒子,通过聚乙烯亚胺(PEI)修饰Fe₃O₄纳米粒子,再原位复合上Au纳米粒子,制得Fe₃O₄/PEI/Au纳米颗粒微球。再将Fe₃O₄/PEI/Au纳米颗粒与巯基乙酸修饰的量子点CdSe/CdS连接,成功制备了Fe₃O₄/PEI/Au@CdSe/CdS多功能复合微球。经过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、荧光分光光度计、荧光显微镜、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及振动样品磁强计(VSM)的表征。结果表明:多功能复合微球的粒径在40nm左右,具有超顺磁性,剩磁,矫顽力近似等于零,饱和磁化强度为28.83A·m₂·kg^-1,同时兼有优越的荧光性能和金纳米粒子的特性。     

Fe3O4磁性纳米粒子的超声包金及其表征

超声条件下, 在乙醇分散的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)功能化的磁性Fe₃O₄纳米粒子和四氯合金酸的混合溶液中滴加柠檬酸钠, 成功地制备了磁性Fe₃O₄/Au复合纳米粒子. 采用X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外吸收可见光谱(UV-Vis)、带有电子能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、超导量子干涉仪(SQUID)等方法, 对复合粒子的形态、结构、组成以及磁学性质进行了表征. 结果表明: 在此条件下制得的复合粒子粒径在30 nm左右, 室温下磁化强度可达63 emu/g.     

Selective Catalytic Reduction of NO with Propene over Au/Fe2O3/Al2O3 Catalysts

A series of Au/Fe₂O₃/Al₂O₃ catalysts were prepared by the homogeneous deposition-precipitation method. The catalytic activity of the catalyst samples for selective catalytic reduction of NO by propene under oxygen-rich atmosphere was evaluated. The results showed that 2%Au/10%Fe₂O₃/Al₂O₃ exhibited good low-temperature activity. The maximum of NO conversion reached 43% at 300 °C, while it was only 21% over the 2%Au/Al₂O₃ catalyst at the same temperature. The addition of 2% steam to the feed gas had little effect on the catalytic activity. X-ray diffraction results indicated that both Au and Fe₂O₃ particles were highly dispersed over Al₂O₃. H₂-temperature-programmed reduction results indicated that there was strong interaction between Au and Fe₂O₃, which made the reduction of Fe₂O₃ easy. The synergistic effect between Au and Fe₂O₃ was probably responsible for the good catalytic performance of the Au/Fe₂O₃/Al₂O₃ catalyst at low temperature.     

Superparamagnetic POT/Fe3O4 nanoparticle composites with supported Au nanoparticles as recyclable high-performance nanocatalysts

A novel method has been developed to successfully synthesize Fe₃O₄ nanoparticles with tunable size and morphology supported on shells of poly(o-Toluidine)(POT) hollow microspheres. The as-prepared POT/Fe₃O₄ nanoparticle composites can be used as novel and magnetic-responsive catalyst supports to produce highly efficient and recyclable noble metal catalysts. The size of Fe₃O₄ nanoparticles supported on shells of POT hollow microspheres can be tuned from 4 to 12 nm by changing the concentration of Fe ions. The roles of the doping acid of POT and Zeta potentials of Fe₃O₄ nanoparticles and POT in the formation of the POT/Fe₃O₄ nanoparticle composites were discussed. Furthermore, gold nanoparticles that were supported on the as-synthesized POT/Fe₃O₄ nanoparticle composites have been achieved by utilizing the reactivity of POT towards Au ions. The size of gold nanoparticles can be tuned by altering the concentration of HAuCl₄. Finally, the catalytic activity of the obtained POT/Fe₃O₄/Au composites for 4-nitrophenol (4NP) reduction is investigated. The results demonstrate that such magnetic-responsive polymer-supported gold nanoparticles can be easily recovered and reused five times still remains high catalytic performance, which indicate their potential applications in the field of catalysis.     

可控粒径纳米Fe_3O_4的制备及其磁性研究

本文用空气氧化法,在可见光作用下,添加配合剂(EDTA、柠檬酸、酒石酸、谷氨酸)在室温进行了不同粒径纳米Fe3O4的制备及其磁性能研究。结果表明:在可见光作用下,随EDTA、柠檬酸、酒石酸、谷氨酸等配合剂的添加,得到纳米Fe3O4的粒径有所减小、分散性有所提高;配合剂及可见光共存时,体系反应速率得到提高,高的反应速率使纳米Fe3O4晶粒减小;控制适当的光照度和添加剂的量,室温可得到11.8~29.6nm的Fe3O4颗粒。不同粒径纳米Fe3O4分别呈现出超顺磁性、铁磁性特征。     

磁性Fe_2O_3/Au/Ag复合纳米粒子的制备及其富集作用研究

利用种子生长法制备了磁性Fe2O3/Au/Ag复合纳米粒子,采用UV-vis和SEM对其光学性质以及表面结构的变化进行了表征.通过调节硝酸银的用量,制备了一系列具有不同Ag壳层厚度和表面结构的双金属外壳纳米粒子.以苯硫酚(TP)为探针分子,研究了不同Ag壳厚度的磁性纳米粒子的表面增强拉曼散射(SERS)活性.结果表明其SERS活性与表面结构的改变有关,在同时出现Ag和Au光学性质的Fe2O3/Au/Ag复合纳米粒子表面可观察到最强的SERS效应,这与表面的针孔效应以及Ag和Au之间的耦合增强作用有关.考察了Fe2O3/Au/Ag复合纳米粒子的磁富集作用,并利用SERS原位监测磁富集溶液中低浓度TP的能力,研究结果表明通过磁富集可提高SERS检测限,并且Fe2O3/Au/Ag的磁富集能力较Fe2O3/Au弱,但前者SERS信号较强.