显微激光拉曼光谱测定二氧化碳碳同位素

利用自行设计的装置,在不同压力(密度)下对13CO2气体和12CO2标准气体样品进行了在线显微激光拉曼测试,获得CO2碳同位素分子的拉曼特征峰。对实验数据分析发现,13CO2和12CO2特征峰峰强、峰强比、峰面积及峰面积比值与其密度之间存在良好的线性关系,通过线性拟合,给出了拉曼参数计算经验公式,可以建立起单个流体包裹体CO2稳定同位素激光拉曼测试方法。     

三通道气相色谱法监测大气中CH_(4)、CO、CO_(2)、N_(2)O和SF_(6)北大核心CSCD

我国正处于“碳达峰、碳中和”的关键时期,准确认识我国温室气体浓度时空格局以及变化对于评估“碳达峰”和“碳中和”行动成效非常重要。当前我国近地面温室气体高精度监测主要依赖进口的光学监测主机,单台仪器成本高且监测要素有限。为此,该研究基于传统的气相色谱法,自主设计了一套三通道气相色谱分析系统,在单台仪器上实现了5种主要长寿命温室气体(CH_(4)、CO、CO_(2)、N_(2)O和SF_(6))的高精度监测。对该系统的精密度、线性响应情况和准确度进行的针对性测试实验表明系统检测性能满足世界气象组织/全球大气观测(WMO/GAW)质控标准。针对环境浓度的CH_(4)、CO、CO_(2)、N_(2)O和SF_(6)的连续分析精密度分别达0.08%、1.90%、0.05%、0.08%、0.66%。准确度测试中,5种气体(CH_(4)、CO、CO_(2)、N_(2)O和SF_(6))使用回归方程计算所得值与标称摩尔分数间的偏差分别达0.15×10-9、0.20×10-9、0.37×10-6、0.35×10-9、0.02×10-12(摩尔分数),CH_(4)、CO、CO_(2)、N_(2)O和SF_(6)仪器响应值与标称摩尔分数的线性拟合相关系数(R2)均为0.9999,线性拟合残差和准确度基本达到WMO/GAW拓展质控目标。该系统对杭州城区大气温室气体在线连续监测结果显示,2021年5~7月期间大气CH_(4)、CO、CO_(2)和N_(2)O呈明显的日变化特征,主要受人为活动影响。综合测试和试运行结果表明,该研发系统具备良好的精密度、准确度、线性和稳定性,与目前国内广泛进口的仪器相比,具有技术自主可控、运行成本更低、自动化水平更高等优势,能满足多种温室气体在线监测研究的需求。     

Ni/MgAl(O) 催化剂上高温焦炉煤气中焦油组分的催化转化

 采用共沉淀-水热法合成了一系列 Ni/MgAl(O) 催化剂. 用甲苯和萘的混合物作为焦油模型化合物, 在固定床反应器上研究了该催化剂直接催化转化具有较低水蒸气/碳摩尔比的高温焦炉煤气中焦油为小分子气体的反应. 考察了催化剂组成、水蒸气/碳摩尔比和反应条件等对催化剂性能的影响. 结果表明, Mg/Al 摩尔比为 3 时 Ni/MgAl(O) 催化剂表现出最优的催化性能. 在 700~800 oC 和水蒸气/碳摩尔比为 0.68 的反应条件下, 15%Ni/Mg3Al(O) 催化剂能将甲苯和萘完全转化为 CO 和 CH4 等小分子气体. 在反应气中引入 0.05% H2S(摩尔分数) 气体的实验表明, 该催化剂在焦油催化转化反应中具有较好的抗硫能力. 另外, 在催化剂中加入少量 Pt 助剂能显著提高催化剂活性.     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性，采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明，生物质焦和煤焦的反应活性依次增大，其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下，生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中，比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果，实验结果表明，混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化，气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

放射性气体中~(14)CO_2吸收方法研究

本文针对核电厂废树脂存储厂房空气中存在大量14CO2,设计了实验室规模的CO2吸收装置,研究了液态和固体吸收剂对气体中CO2的吸收效果及溶液夹带等问题。由不同条件下吸收效果和适用性的对比结果可知,氢氧化钠溶液吸收法具有吸收效率高、易于操作等优点,为工程装置设计及操作工艺提供了技术依据。     

碳同位素标准品及其~(13)C丰度研究

天然碳元素含~(12)C 和~(13)C 两种同位素,其中~(13)C 的丰度由于产源的不同,平均为1.10±0.03原子%。PDB 标准样品的碳同位素原子比 R_(13/12)=0.011237,即~(13)C的丰度为1.1112原子%。本实验室钢瓶 CO_2经测定为 R_(13/12)=0.011196,相应于~(13)C 丰度为1.1072原子%。碳酸钡试剂为北京化工厂分析纯,烘干后用高氯     

烷烃客体分子(C_nH_m,n≤6,m≤14)在5~(12)6~2和5~(12)6~4水笼中的稳定性与拉曼光谱的密度泛函理论计算

可燃冰矿藏中气体成分非常复杂,通过谱学分析对水合物样品成分进行指认具有重要意义.基于B97-D/6-311++G(2d,2p)的密度泛函理论(DFT)计算,我们系统地探索了构成水合物的两种标准水笼(51262和51264)包络十八种不同烷烃客体分子的稳定性.从计算结果可以看出,除了3-甲基戊烷和2,3-二甲基丁烷两个烷烃客体分子,其它16个烷烃客体分子都可以被容纳在51262笼中;但是与51262笼不同,十八种烷烃客体分子都可以被容纳在尺寸较大的51264笼中.同时,我们也模拟了五种直链烷烃和四种环状烷烃在51262和51264笼中相应的谱学特征,从拉曼谱图上可以看出,随着碳原子数量的增多,直链烷烃客体分子C―H键伸缩振动区的多数拉曼谱带向高波数移动,而环状烷烃客体分子C―H键伸缩振动区的拉曼谱带则向低波数移动.这些结果为实验上通过拉曼谱测量指认水合物矿藏的成分提供理论参考.     

InVia-Reflex显微共焦拉曼光谱仪的使用与管理维护

显微共聚焦拉曼光谱仪可有效分析物质的化学成分、微观结构、应力应变等特性,广泛应用于生命、医学、食品、化学、材料等领域,在拉曼研究中占有重要地位. 介绍了InVia-Reflex显微共焦拉曼光谱仪的工作原理及使用方法,对激光损伤样品、激光强度变化引起拉曼光谱特征改变、拉曼信号隐藏在强背底信号中等常见问题进行了分析,给出了相应的解决方案. 最后,详细阐述了如何有效地管理和维护设备,以提高仪器的使用效率,为同类型仪器的运行提供管理经验.     

CO_2在复合溶液MDEA-AMP中的溶解度

测定了CO2在复合溶液N-甲基二乙醇胺(MDEA)+2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)中的溶解度,研究了气相CO2浓度、温度和复合溶液的组分对溶解度的影响。实验获得了温度分别为25℃、30℃和40℃时,CO2在复合溶液MDEA-AMP中的溶解度。实验表明,溶解度随气相中CO2浓度升高或随AMP在复合溶液中的摩尔分数升高而升高,随温度升高而降低。     

密封石英管爆裂法快速分析包裹体中CO2碳同位素

传统的包裹体中CO2碳同位素制备分析方法,通常是在真空条件的管式加热炉中对样品进行加热爆裂,进而释放包裹体中的CO2,并对其进行提取纯化,测定碳的同位素组成。本实验建立了密封石英管爆裂法:将包裹体样品在真空条件下密封在单个的石英样品管中进行加热爆裂,进而收集纯化CO2气体,再对其进行碳同位素分析测试。密封石英管爆裂法能够获得高精度的碳同位素分析数据(1s=0.04‰)。对于包裹体样品(IGGZhu)的CO2碳同位素分析结果虽然具有较大的分布范围(!3.6‰~!6‰),但其反映的是多期次包裹体混合的结果。另外,由于包裹体样品可以集中批次统一爆裂,简化了操作流程,提高了实验测试效率。单个石英样品管也避免了样品之间的污染问题。     

调节氧化镉-炭黑界面高效电催化CO2还原生成CO

通过调节氧化镉与炭黑之间的界面实现了高效电化学二氧化碳还原. 不同氧化镉和炭黑含量的 CdO/CB复合材料利用超声处理方法制备. 采用X射线衍射、 X射线光电子能谱和透射电子显微镜对所得复合材料进行表征, 揭示了其结构组成和形貌. 用H型电解池对CdO/CB复合材料电催化二氧化碳还原的性能进行测试发现, CdO质量分数为20%的CdO/CB 可在-1.0 V(vs. RHE)电位下获得高达92.7%的总法拉第效率, 而纯CdO在相同条件下的法拉第效率仅为69.5%. CO的法拉第效率最高可达87.4%. 进一步的对比实验和动力学研究结果表明, CdO/CB具有更高的电催化CO₂还原性能源于复合材料中氧化镉与炭黑之间的界面和高接触面积. 此外, CdO/CB可在至少10 h的二氧化碳电还原反应中保持稳定的CO法拉第效率.     

Floating catalyst CVD synthesis of carbon nanotubes from CpFe(CO)2X (X = Me, I): Poisoning effects of I

Multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs), carbon fibers (CFs) and carbon spheres (CSs) were synthesized by an injection chemical vapour deposition (CVD) method using toluene solutions of CpFe(CO)₂Me as catalyst. The effect of pyrolysis temperature (800-1000 °C), catalyst concentration (5 and 10 wt% in toluene) and solution injection rate (0.2 and 0.8 ml/min) on the type and yield of carbonaceous product synthesized was investigated. The carbonaceous materials were characterized by transmission electron microscopy (TEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and Raman spectroscopy. The use of CpFe(CO)₂I as catalyst generated only carbon fibres and balls (wide range of conditions). Studies involving the addition of I₂ to catalyst solutions confirmed the poisoning effect of I on CNT production.     

可见光促进二氧化碳参与的羧基化反应

二氧化碳是众所周知的温室气体, 也是重要的C1资源, 利用二氧化碳合成高附加值化合物具有重要意义. 其中, 羧酸类化合物广泛存在于天然产物、 药物、 日化品及工业原料中, 是一类非常重要的化合物. 因此, 利用二氧化碳合成羧酸类化合物是一个重要的研究方向; 另一方面, 由于二氧化碳反应活性低, 其转化通常需要高温等苛刻条件. 为解决该问题, 人们利用可见光作为能量来源, 可以在温和条件下实现二氧化碳的高效转化. 鉴于该方向近年来的蓬勃发展, 本文主要对可见光促进二氧化碳参与的羧基化反应进行介绍和总结, 按烯烃、 炔烃、 醛酮、 亚胺和(类)卤代物等重要的化工原料分类阐述, 并将各个反应的特点和机理将作为阐述的重点. 本文也对该领域的未来发展方向进行了展望, 希望为该领域的进一步发展提供参考.     

超临界CO2/离子液体体系

超临界CO2和离子液体是两种具有优异性能的绿色化学试剂,本文介绍了将两者结合反应,分离体系的物化性质和多种绿色化学过程。利用超临界CO2可以广泛地萃取离子液体中的不挥发性化合物而不导致离子液体及其中催化剂的流失,在加氢、醛化、甲酰化等反应,分离过程中的应用表明,过程具有很好的反应分离特性和环境友好性,应用前景广阔。     

Electroreductive Dicarboxylation of Unactivated Skipped Dienes with CO2

Carboxylation of easily available alkenes with CO₂ is highly important to afford value-added carboxylic acids. Although dicarboxylation of activated alkenes, especially 1,3-dienes, has been widely investigated, the challenging dicarboxylation of unactivated 1,n-dienes (n>3) with CO₂ remains unexplored. Herein, we report the first dicarboxylation of unactivated skipped dienes with CO₂ via electrochemistry, affording valuable dicarboxylic acids. Control experiments and DFT calculations support the single electron transfer (SET) reduction of CO₂ to its radical anion, which is followed by sluggish radical addition to unactivated alkenes, SET reduction of unstabilized alkyl radicals to carbanions and nucleophilic attack on CO₂ to give desired products. This reaction features mild reaction conditions, broad substrate scope, facile derivations of products and promising application in polymer chemistry.     

Optical Diagnostics of Supercritical CO2 and CO2-Ethanol Mixture in the Widom Delta

The supercritical CO₂ (scCO₂) is widely used as solvent and transport media in different technologies. The technological aspects of scCO₂ fluid applications strongly depend on spatial–temporal fluctuations of its thermodynamic parameters. The region of these parameters’ maximal fluctuations on the p-T (pressure-temperature) diagram is called Widom delta. It has significant practical and fundamental interest. We offer an approach that combines optical measurements and molecular dynamics simulation in a wide range of pressures and temperatures. We studied the microstructure of supercritical CO₂ fluid and its binary mixture with ethanol in a wide range of temperatures and pressures using molecular dynamics (MD) simulation. MD is used to retrieve a set of optical characteristics such as Raman spectra, refractive indexes and molecular refraction and was verified by appropriate experimental measurements. We demonstrated that in the Widom delta the monotonic dependence of the optical properties on the CO₂ density is violated. It is caused by the rapid increase of density fluctuations and medium-sized (20–30 molecules) cluster formation. We identified the correlation between cluster parameters and optical properties of the media; in particular, it is established that the clusters in the Widom delta acts as a seed for clustering in molecular jets. MD demonstrates that the cluster formation is stronger in the supercritical CO₂-ethanol mixture, where the extended binary clusters are formed; that is, the nonlinear refractive index significantly increased. The influence of the supercritical state in the cell on the formation of supersonic cluster jets is studied using the Mie scattering technique.     

二氧化碳电还原制草酸研究进展

近年来, 二氧化碳过量排放所引发的全球变暖等气候问题引起了全世界的广泛关注, 碳减排已成为人类社会可持续发展面临的共同挑战. 利用电化学方法将二氧化碳转化为高附加值化学品是实现碳减排和二氧化碳高附加值利用的理想途径之一, 但仍面临能耗高、 二氧化碳转化率低、 产物选择性差和难分离等问题. 本文以电还原二氧化碳制草酸为例, 从反应机理、 催化剂、 电解液、 催化电极及反应器等方面介绍该反应的研究进展, 对当前二氧化碳电还原制草酸存在的关键问题进行了分析, 并对其未来研究方向进行了展望.     

石墨烯基二氧化碳电化学还原催化剂的研究进展

利用电催化技术将CO₂转化为小分子燃料或高值化学品是实现原子经济、构建人工碳循环的绿色能源技术之一。电催化还原CO₂ (ECR)的反应条件温和、产物多样(C₁、C₂和C₂₊),有极大的发展潜力。然而,ECR技术面临一些需要解决的挑战性问题,包括电极过电势高、C₂及C₂₊产物选择性低、伴随析氢反应等。解决这些问题的关键在于创制低成本、高性能电催化剂。近年来,石墨烯基电催化剂的研究成为ECR领域的热点之一,原因包括：1)在电化学环境中稳定性好;2)表面原子、电子结构可调,进而实现材料催化活性的调控;3)维度可调,易暴露较大的比表面积和形成层次孔结构;4)耦合石墨烯的高导电性与特定材料的高活性,可协同提升ECR催化性能。本文评述了石墨烯基材料在ECR中的研究进展,详述了石墨烯基电催化剂的构筑方法,探讨并梳理了石墨烯的点/线缺陷、表面官能团、掺杂原子构型、金属单原子种类、材料表界面性质等与ECR性能之间的本征构效关系。最后展望了石墨烯基催化剂在ECR领域中的挑战和未来发展。     

Photoelectrochemical Reduction of Highly Concentrated CO2 Using a p-InP Electrode

Carbon dioxide was photoelectrochemically reduced at a p-type InP photocathode in highly concentrated CO₂ solution in methanol at elevated pressure (40 atm). Relatively high current densities were achieved (200 mA/cm²) with high current efficiencies for CO production (~90%). These current densities are approximately an order of magnitude higher than those reported previously in the literature for photoelectrochemical reduction due to the very high CO₂ concentration (~8 mol/L). Other products were hydrogen and methyl formate (produced via reaction between formic acid and the methanol solvent), Hydrocarbons were produced in only trace amounts.