Zn掺杂Co9S8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明：锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m²·g^-1;同时微量的锌掺杂显著增强了Co₉S₈的电催化析氢（HER）活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm^-2时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm^-2,且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g^-1时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g^-1和812.4 mF·cm^-2。     

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。     

核-隔层-壳结构Fe3O4@MoO3@mSiO2纳米载体的合成及其药物可控释放

利用加热均匀、迅速、热平稳性好和安全性高的微波热响应来实现药物的微波可控释放。引入具有微波热响应性质、热稳定性和化学稳定性好的MoO₃作为微波吸收物质,制备了核-隔层-壳结构Fe₃O₄@MoO₃@mSiO₂纳米药物载体。研究该纳米载体对药物布洛芬（IBU）的负载和微波响应可控释放过程。该纳米载体具有高的比表面积（222 cm²·g^-1）和较大的孔隙体积（0.14 cm³· g^-1）可用来负载药物。同时还具有较好的磁响应性,可实现药物的靶向给药,具有相对好的微波热响应性,可通过MoO₃中间层吸收微波辐射实现药物的可控释放。结果表明,在持续微波辐射360 min时IBU的释放率达到86%,远远高于仅搅拌时的释放率。     

ZnIn2S4/Au纳米片阵列的制备及其可见光响应光电化学固氮特性

采用简单的水热法合成出单晶ZnIn₂S₄纳米片阵列以实现可见光响应光电化学固氮。并采用光沉积法将超细Au纳米颗粒（5 nm）沉积于ZnIn₂S₄纳米片的棱角位置处,实现了可见光俘获和载流子分离能力的同时增强。当负载合适含量的Au纳米颗粒,ZnIn₂S₄纳米片阵列的光电固氮活性由1.092 μg·cm^-2·h^-1提升至2.262 μg·cm^-2·h^-1。我们还提出一个简单模型用以阐明其性能增强机制,这也被光致发光（PL）谱和光电化学（PEC）性能结果所证实。     

介孔调变对CuY催化剂甲醇氧化羰基化反应活性的影响

碱溶液处理NaY分子筛形成的介孔有利于反应物及产物分子的扩散,调节碱溶液浓度可控制Y分子筛中的介孔结构,通过溶液离子交换法制备CuY催化剂,研究了NaY分子筛介孔结构调变对CuY催化剂催化甲醇氧化羰基化反应活性的影响。通过BET、²⁹Si-NMR、XRD、NH3/CO-TPD、H₂-TPR和TEM等表征及催化活性分析表明,在碱溶液处理过程中,NaY分子筛骨架中的Si（0Al）和Si（1Al）原子被优先脱除,且笼结构坍塌使得临近超笼连接,逐步形成直径为3.47~3.66 nm,孔容介于0.142~0.226 cm³·g^-1的介孔,在提高反应物分子和产物分子扩散性能的同时,提高了活性物种的可接近性。随着碱液浓度的增加,CuY催化剂的催化活性先升高后降低。当碱液浓度为0.2 mol·L^-1时,NaY分子筛介孔直径为3.47 nm,孔容达到最大（0.226 cm³·g^-1）,相应CuY催化剂DMC的时空收率、选择性和甲醇转化率分别达到204.0 mg·g^-1·h^-1、67.8%和14.0%,活性最佳。     

Tm3+/Er3+/Ho3+共掺SiO2-Bi2O3-AlF3-BaF2玻璃发光性能

采用高温熔融法制备了Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺共掺的铋硅酸盐50SiO₂-40Bi₂O₃-5AlF₃-5BaF₂玻璃。研究了在808 nm激光器（Laser Diode）激发下Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺共掺的铋硅酸盐在2 060 nm处的发光性能,同时测试及分析了该铋硅酸盐玻璃的差热特性、吸收光谱及荧光光谱。根据吸收光谱以及Judd-Oflet理论,计算了Ho³⁺的Judd-Oflet强度参数Ω_t（t=2,4,6）以及Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺相应的吸收截面。铋硅酸盐玻璃中,Tm₂O₃、Er₂O₃和Ho2O3掺杂浓度分别为0.75%、1.0%和0.5%时,2 060 nm处Ho³⁺∶⁵I₇→⁵I₈发射峰强度达到最大。对Tm³⁺/Er³⁺/Ho³⁺ 3种离子的光谱性质和离子间可能存在的能量传递也做了分析。Ho³⁺在1 953 nm处的最大吸收截面σ_abs为9.08×10^-21 cm²,在2 060 nm处的最大发射截面σem为11.68×10^-21 cm²,辐射寿命τ_mea为2.75 ms,具有良好的增益效应σ_emτ（3.212×10^-20 cm^-2·ms）。     

ZrO2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4LiNi5/12Mn5/12Co1/6O2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂·0.4LiNi_5/12Mn_5/12Co_1/6O₂(简称LNMCO),并使用Zr (CH₃COO)₄进行ZrO₂的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO₂颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO₂包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度：20 mA·g^-1,电压：2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 mAh·g^-1,而原样则为75.1%,224.1 mAh·g^-1,循环100圈之后,1.5% ZrO₂包覆样品的放电比容量为248.3 mAh·g^-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 mAh·g^-1和87.4%。     

三维有序大孔Fe2SiO4/SiO2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯（PS）胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe₂SiO₄/SiO₂@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe₂SiO₄纳米晶体从含铁元素的SiO₂基玻璃中结晶析出,形成由Fe₂SiO₄纳米晶体、铁离子（Fe³⁺）修饰的玻璃态SiO₂和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 mA·g^-1电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 mAh·g^-1以上,电流密度增加到250 mA·g^-1时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 mAh·g^-1,而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO₂@C材料的放电比容量在50 mA·g^-1电流密度时仅为15 mAh·g^-1。这些结果表明,Fe₂SiO₄纳米晶体及Fe³⁺有助于SiO₂基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

大孔Mo-Ni/Al_2O_3催化剂的催化裂化柴油加氢性能研究

采用三次纳米自组装合成法,制备了一种以二次纳米自组装Al2O3为主体的大孔主客体催化剂FA-40,具有0.78 cm3·g-1的孔容、114 m2·g-1的比表面积、27 nm的平均孔径、6.0 nm和40 nm的双峰孔结构、孔分布在10~100 nm高度集中、低堆积密度为0.56 g·cm-3、活性金属含量高达35.70%。XRD和TEM分析结果显示,活性金属以直径小于2 nm的微晶态纳米粒子形式均匀分散于主体表面。采用劣质催化裂化柴油进行20 h加氢实验评价,反应趋于稳定时,FA-40的脱硫、脱氮及芳烃饱和率分别达到94.4%、95.5%和67.9%,与F-5相比分别提高了20%、80%和140%。300 h的长周期加氢实验表明,FA-40具有良好的加氢性能。     

Large pore volume mesoporous aluminum oxide synthesized via nano-assembly

A new nano-assembly approach has been proposed for the preparation of macropore volume mesoporous aluminum oxide supports. Secondary nano-assembly and a frame structure mechanism for large pore volume mesoporous supports have been proposed. In a primary nano-assembly supersoluble micelle, aluminum hydroxide nanoparticles were precipitated in situ in surfactants with a volume balance (VB) less than 1, followed by secondary nano-assembly in linear and cylindrical shapes. The secondary nano-assembly of cylindrical aluminum hydroxides was calcined to form nano cylindrical aluminum oxides. For the formation of macropore volume mesoporous supports, we utilized a frame structure mechanism of mesoporous support, in which the exterior surface of the carrier may not be continuous. This macropore volume support has been used for the hydrotreatment of a residual oil catalyst, which possesses the following physical characteristics: pore volume 1.8–2.7 mL·g⁻¹, specific surface area 180–429 m²·g⁻¹, average pore diameter 17–57 nm, average pore diameter more than 10 nm (81%–94%), porosity 87%–93%, and crush strength 7.7–25 N·mm⁻¹.     

具有多级孔MCM-41/Y复合分子筛的合成及表征

采用晶种法和纳米组装法合成了MCM-41/Y复合分子筛,通过粉末XRD、SEM、TEM和BET等手段对其物性进行表征,结果显示:采用晶种法合成的形貌以包埋型为主,采用纳米组装法合成的材料为附晶生长和自组装型.二者均具有微、介孔多级孔道结构,比表面积达到665.1和849.3 m2·g-1,总孔容分别为0.6438和0.6529 cm3·g-1,相对于单一Y分子筛明显增大.纳米组装法合成样品的比表面积增大更为显著,这是由于两种合成体系粒子表面电荷和集聚方式不同.     

核-隔层-壳结构Fe3O4@MoO3@mSiO2纳米载体的合成及其药物可控释放

利用加热均匀、迅速、热平稳性好和安全性高的微波热响应来实现药物的微波可控释放。引入具有微波热响应性质、热稳定性和化学稳定性好的Mo O3作为微波吸收物质,制备了核-隔层-壳结构Fe_3O_4@MoO_3@mSiO_2纳米药物载体。研究该纳米载体对药物布洛芬(IBU)的负载和微波响应可控释放过程。该纳米载体具有高的比表面积(222 cm2·g-1)和较大的孔隙体积(0.14 cm3·g-1)可用来负载药物。同时还具有较好的磁响应性,可实现药物的靶向给药,具有相对好的微波热响应性,可通过MoO_3中间层吸收微波辐射实现药物的可控释放。结果表明,在持续微波辐射360 min时IBU的释放率达到86%,远远高于仅搅拌时的释放率。     

CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化剂的制备及其催化臭氧化性能

采用涂覆法制备了CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化剂。利用X射线衍射、N_2吸附-脱附和透射电镜等方法对所制备的催化剂进行了表征,并分析了其催化臭氧化降解对苯二酚的效能。结果表明,CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷的晶相属于典型的尖晶石结构,具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到77 m~2·g~(-1)、0.001 7 cm~3·g~(-1)和3.9 nm。CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化臭氧化对苯二酚的去除率高达81.2%,COD去除率可达47.7%。在叔丁醇存在的条件下,对苯二酚的去除率显著下降,说明CoAl_2O_4/蜂窝陶瓷催化臭氧化遵循羟基自由基机理。     

CoAl2O4/蜂窝陶瓷催化剂的制备及其催化臭氧化性能

采用涂覆法制备了CoAl₂O₄/蜂窝陶瓷催化剂。利用X射线衍射、N₂吸附-脱附和透射电镜等方法对所制备的催化剂进行了表征,并分析了其催化臭氧化降解对苯二酚的效能。结果表明,CoAl₂O₄/蜂窝陶瓷的晶相属于典型的尖晶石结构,具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到77 m²·g^-1、0.001 7 cm³·g^-1和3.9 nm。CoAl₂O₄/蜂窝陶瓷催化臭氧化对苯二酚的去除率高达81.2%,COD去除率可达47.7%。在叔丁醇存在的条件下,对苯二酚的去除率显著下降,说明CoAl₂O₄/蜂窝陶瓷催化臭氧化遵循羟基自由基机理。     

MOR/SBA-15复合分子筛的合成、表征及其催化性能评价

采用MOR纳米晶和正硅酸四乙酯为硅源,P123三嵌段共聚物为模板剂水热合成MOR/SBA-15复合分子筛催化剂。采用XRD、SEM、TEM和EDX等手段对催化剂进行了表征,在固定床反应器中评价二甲醚制乙醇催化性能。结果表明,通过控制合适的MOR纳米晶种及MOR纳米晶种在SBA-15水热合成体系中的添加量,可以成功地将MOR纳米晶作为SBA-15的结构单元嫁接到SBA-15的介孔骨架中,水热合成的MOR/SBA-15复合分子筛催化剂同时具有MOR和SBA-15的XRD特征衍射峰,相比于SBA-15,其比表面积和总孔体积由756 m2·g~(-1),1.07 cm3·g~(-1)降低至628 m2·g~(-1),0.85 cm3·g~(-1),平均孔径由8.1 nm提高到9.3nm,Cu修饰的MOR/SBA-15复合分子筛催化剂同时具有Cu MOR羰基化和Cu SBA-15加氢的双功能催化性能,其催化剂评价结果显示二甲醚转化率为43.6%左右,乙醇选择性为95.3%,Cu MOR/SBA-15复合分子筛催化剂实现了二甲醚到乙醇的一步转化。     

大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

基于KOH活化法,以纳米级片层多孔MgO为模板剂,制备大碳层间距的沥青基超级电容器用多级孔碳材料。考察了模板剂添加量对多孔碳材料孔分布、碳层间距等理化性能及电化学性能的影响。结果表明模板剂添加量为沥青质量的25%时,多孔碳材料比表面积、孔体积分别为2 634 m~2·g~(-1)、1.12 cm~3·g~(-1),碳层间距高达0.374 nm,用于超级电容器电极材料时,1和20A·g~(-1)电流密度下的比电容分别为338和277 F·g~(-1),经过10 000次循环恒电流充放电,1 A·g~(-1)下容量保持率为93.5%,展现了优异的电化学性能。