氧化锌在硅胶表面的分散状态及ZnO/SiO_2表面酸性的研究

用X射线相定量方法测定了氧化锌在硅胶表面分散的阈值;用XPS证明ZnO是富集在样品表面的,表面的ZnO量有一定的限制,此值与X射线相定量所得的阈值相符;测定了样品的表面酸性,表明在ZnO/SiO_2表面上有单独的氧化物所没有的、较强的酸性位置,酸量也明显增加。酸量与ZnO的表面浓度相对应,阈值处表面酸量最大。提出ZnO在SiO_2表面上呈分散状态,以及分散在表面上的ZnO与载体表面相互作用形成某种酸性结构单元使样品呈现表面酸性的新观点。     

MoO3/γ-Al2O3和MoO3/SiO2体系的表面酸性研究

通过样品在溶液中对正丁胺的吸附等温线和吸附指示剂法,测定了一系列MoO_3/γ-Al_2O_3和MoO_3/SiO_2样品的表面酸性。两种方法所得结果相符。表明MoO_3/γ-Al_2O_3和MoO_3/SiO_2都具有数量可观的、较强的表面酸位;酸量取决于MoO_3的表面浓度,酸量的极大值与由XPS和XRD所测得的MoO_3在载体上单层分散的阈值相对应;酸位数与表面 MoO_3分子数之比高达0.5—1。与纯MoO_3的表面酸性相比较,可以说明作品的表面酸性正是酸性氧化物在载体表面单层分散的结果。     

复合载体TiO2/SiO2的气相吸附法制备及MoO3在其表面上的分散状态

用气相流动吸附法制备了TiO_2/SiO_2复合载体,用浸渍法制备了MoO_3/(TiO_2/SiO_2)催化剂。应用XRD和LRS等技术研究了TiO_2在SiO_2表面及MoO_3在TiO_2/SiO_2表面上的分散状态。结果表明,TiO_2在复合载体中的含量低于其分散阈值时,它在SiO_2表面呈单层但非密置单层分散;MoO_3在催化剂中的含量低于其分散阈值时,它在复合载体表面亦呈单层但非密置单层分散。TiO_2与SiO_2之间、MoO_3与TiO_2/SiO_2之间相互作用都较弱。TiO_2在SiO_2表面的分散可改善MoO_3的分散状态,提高MoO_3在SiO_2表面上的分散阈值。     

CrO3在γ-Al2O3和SiO2载体表面的分散状态

用X光衍射(XRD)方法研究了CrO_3/SiO_2和CrO_3/γ-Al_2O_3体系。用相定量外推法测定活性组份在载体表面的最大分散量。在干燥气氛中将CrO_3与载体混合, 并在低于CrO_3熔点的温度下烘烤制备样品, 实验得到CrO_3在SiO_2或者γ-Al_2O_3表面的最大分散量都随温度的升高而增大。CrO_3在SiO_2表面的最大分散量由101 ℃的0.27gCrO_3/g SiO_2到170 ℃的0.38g CrO_3/g SiO_2; CrO_3在γ-Al_2O_3表面的最大分散量由120 ℃的0.22g CrO_3/g γ-Al_2O_3到171 ℃的0.42g CrO_3/g γ-Al_2O_3。CrO_3在SiO_2或γ-Al_2O_3表面的最大分散量超过密置单层量, 可由易聚合形成同多酸根来解释。     

CrO_3在γ-Al_2O_3和SiO_2载体表面的分散状态

用X光衍射(XRD)方法研究了CrO_3/SiO_2和CrO_3/γ-Al_2O_3体系。用相定量外推法测定活性组份在载体表面的最大分散量。在干燥气氛中将CrO_3与载体混合,并在低于CrO_3熔点的温度下烘烤制备样品,实验得到CrO_3在SiO_2或者γ-Al_2O_3表面的最大分散量都随温度的升高而增大。CrO_3在SiO_2表面的最大分散量由101℃的0.27gCrO_3/g SiO_2到170℃的0.38g CrO_3/g SiO_2;CrO_3在γ-Al_2O_3表面的最大分散量由120℃的0.22g CrO_3/g γ-Al_2O_3到171℃的0.42g CrO_3/g γ-Al_2O_3。CrO_3在SiO_2或γ-Al_2O_3表面的最大分散量超过密置单层量,可由易聚合形成同多酸根来解释。     

负载型三氧化钼催化剂表面结构和表面酸位的激光Raman光谱研究

测定了MoO_3/γ-Al_2O_3、MoO_3/TiO_2、MoO_3/SiO_2的激光Raman谱。通过MoO_3/γ-Al_2O_3、MoO_3/TiO_2在吡啶吸附前后、氨水提取前后的谱图对比说明,单层分散的MoO_3,即特征峰为～950cm~(-1)的“二维聚钼酸”中钼的配位状态不是单一的。其中一种表面含钼物种(Mo-1)不吸附吡啶,不溶于氨水,不显示较强的表面酸性;另一种表面含钼物种(Mo-2)可吸附吡啶,溶于氨水,与催化剂的表面酸位密切相关.我们认为Mo-1为四面体配位的钼;Mo-2为八面体配位的钼。MoO_3/SiO_2中的MoO_3能100％被氨水溶去,其酸位数与表面Mo~(6+)数之比接近1,是由其中Mo-2的比例较高,载体与活性组分之间的相互作用较弱这两个因素所造成的。     

Cr掺杂ZnO(10(¯1)0)表面的原子结构和电子性质研究

多相催化中ZnO基催化剂广泛应用于甲醇合成、水汽变换和合成气转化等诸多领域.近期发展的ZnCrO_x-分子筛双功能催化剂(OX-ZEO)打破了传统合成气转化的ASF分布,能够高选择性地实现CO加氢转化为低碳烯烃.其中CO在ZnCrO_x表面活化被认为是OX-ZEO催化的关键基元过程,但是ZnCrO_x表面的活性位组成和结构目前仍然缺乏原子尺度上的理解,阻碍了人们对反应机理的研究.因此,本文构建了Cr掺杂ZnO(1010)单晶的模型催化剂,结合低温扫描隧道显微镜(LT-STM)和X射线光电子能谱(XPS),研究不同条件下Cr在ZnO(1010)表面生长的形貌结构,并重点考察了Cr掺杂对表面电子结构和CO吸附的影响.ZnO(101–0)是Zn-O混合终止的非极性面,也是ZnO最稳定的晶面.实验发现室温下沉积Cr在ZnO(1010)表面时,出现多种生长结构.STM显示低覆盖度(<0.1 ML)的沉积Cr在ZnO(1010)台阶面上出现单分散的亮点和暗点,分别为位于表面O原子链上的Cr原子和嵌入ZnO晶格替代Zn²⁺的Cr.XPS显示这些Cr原子与ZnO之间存在电荷转移,呈现出+3价.由于Cr在[0001]方向扩散能垒高于沿着[1210]方向扩散的能垒,能够观察到少量沿着[0001]台阶方向生长的长方形岛,归属为Cr岛.表面单分散Cr原子和Cr岛的密度都会随着Cr沉积量的增加而增多.当在200 K沉积Cr来抑制Cr的表面扩散行为,我们发现Cr主要在ZnO面上形成Cr团簇,均匀分散在表面;而在400 K沉积时,Cr则直接扩散进入ZnO晶格.STM和XPS结果都表明,600 K以上的高温处理能够促进Cr进入ZnO晶格,同时伴随Cr岛的分解,这说明表面负载的Cr原子在高温不能稳定存在;而Cr岛的再分散进入到近表层甚至体相,也表明了Cr和ZnO之间的强相互作用.这种强相互作用有利于Cr在ZnO表层进行原子级分散,形成具有催化活性的结构;与此同时,实验发现Cr扩散到近表层会导致表面能带向上弯曲,从而导致XPS芯能级向低结合能位移.在超高真空条件下,CO与Cr掺杂的ZnO表面作用较弱,室温下只观察到碳酸盐的形成.因此,通过对比不同条件下Cr在ZnO(1010)表面的生长结构,热稳定性以及相应的电子结构变化,发现Cr和ZnO存在强相互作用,在600 K以上Cr以Cr³⁺形式分散到ZnO晶格中.本文通过构建Cr/ZnO(1010)模型催化剂,并研究其原子结构与电子结构的演变,为进一步的分子尺度合成气转化机理研究开辟了道路.     

V2O5在硅胶表面的分散及助剂K2SO4作用的研究

用原位XRD方法证明V_2O_5能在硅胶表面自发分散, 但所需温度较高. 水汽对V_2O_5的分散有一定的阻碍作用. K_2SO_4可显著加快V_2O_5在SiO_2表面的分散速度, 并能降低V_2O_5/SiO_2的表面酸性. 被中和的主要是强酸位. 这可能是K_2SO_4能够改善V_2O_5/SiO_2催化剂在选择氧化反应中选择性的重要原因之一.     

铈基复合氧化物催化剂在SiO_2表面的失活机制

以甲苯催化燃烧为模型反应,通过调节不同Cu-Mn-Ce(CMC)复合氧化物在多孔SiO_2(KIT-6)上的负载量,研究了SiO_2表面与CMC作用对催化剂物理化学性能的影响。发现低负载量下CMC氧化物出现明显失活现象,与SiO_2接触会抑制氧化物活性相的形成,SiO_2量的减少可使CMC复合氧化物活性得到逐步恢复。X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)、N2吸附(BET)和透射电镜(HRTEM)等表征表明,SiO_2不对CMC晶相结构产生影响,这种失活机制是由于SiO_2表面的丰富羟基作用,导致表面氧化物高度分散,活性氧物种从晶格氧转变为表面氧。复合氧化物的晶格氧对催化燃烧起到关键性作用,通过焙烧去除SiO_2表面羟基和减少SiO_2用量,可使复合氧化物晶格氧的数量增加,恢复复合氧化物催化剂活性。     

Cr掺杂ZnO(■)表面的原子结构和电子性质研究（英文）

摘要:多相催化中ZnO基催化剂广泛应用于甲醇合成、水汽变换和合成气转化等诸多领域.近期发展的ZnCrO_x-分子筛双功能催化剂(OX-ZEO)打破了传统合成气转化的ASF分布,能够高选择性地实现CO加氢转化为低碳烯烃.其中CO在ZnCrO_x表面活化被认为是OX-ZEO催化的关键基元过程,但是ZnCrO_x表面的活性位组成和结构目前仍然缺乏原子尺度上的理解,阻碍了人们对反应机理的研究.因此,本文构建了Cr掺杂ZnO(■)单晶的模型催化剂,结合低温扫描隧道显微镜(LT-STM)和X射线光电子能谱(XPS),研究不同条件下Cr在ZnO(■)表面生长的形貌结构,并重点考察了Cr掺杂对表面电子结构和CO吸附的影响.ZnO(■)是Zn-O混合终止的非极性面,也是ZnO最稳定的晶面.实验发现室温下沉积Cr在ZnO(■)表面时,出现多种生长结构.STM显示低覆盖度(0.1 ML)的沉积Cr在ZnO(■)台阶面上出现单分散的亮点和暗点,分别为位于表面O原子链上的Cr原子和嵌入ZnO晶格替代Zn~(2+)的Cr.XPS显示这些Cr原子与ZnO之间存在电荷转移,呈现出+3价.由于Cr在[0001]方向扩散能垒高于沿着[■]方向扩散的能垒,能够观察到少量沿着[0001]台阶方向生长的长方形岛,归属为Cr岛.表面单分散Cr原子和Cr岛的密度都会随着Cr沉积量的增加而增多.当在200 K沉积Cr来抑制Cr的表面扩散行为,我们发现Cr主要在ZnO面上形成Cr团簇,均匀分散在表面;而在400 K沉积时,Cr则直接扩散进入ZnO晶格.STM和XPS结果都表明,600 K以上的高温处理能够促进Cr进入ZnO晶格,同时伴随Cr岛的分解,这说明表面负载的Cr原子在高温不能稳定存在;而Cr岛的再分散进入到近表层甚至体相,也表明了Cr和ZnO之间的强相互作用.这种强相互作用有利于Cr在ZnO表层进行原子级分散,形成具有催化活性的结构;与此同时,实验发现Cr扩散到近表层会导致表面能带向上弯曲,从而导致XPS芯能级向低结合能位移.在超高真空条件下,CO与Cr掺杂的ZnO表面作用较弱,室温下只观察到碳酸盐的形成.因此,通过对比不同条件下Cr在ZnO(■)表面的生长结构,热稳定性以及相应的电子结构变化,发现Cr和ZnO存在强相互作用,在600 K以上Cr以Cr~(3+)形式分散到ZnO晶格中.本文通过构建Cr/ZnO(■)模型催化剂,并研究其原子结构与电子结构的演变,为进一步的分子尺度合成气转化机理研究开辟了道路.     

ZnO-TiO2的表面结构与表面性质

本文通过XRD相定量及低能离子散射谱研究了ZnO-TiO_2体系的结构. 实验表明, ZnO单层分散在TiO_2表面上, ZoO与TiO_2之间的结合较弱, 这种表面结合并不导致新的表面酸位。本文还讨论了ZnO-Al_2O_3、ZnO-SiO_2、ZnO-TiO_2三种含锌二元氧化物在结构、性能方面的明显差异及其根源。     

Cr2O3-Co3O4／SiO2对十八醇氧化生成十八酸反应的催化性能

 制备了一系列不同Cr／Co比例的Cr2O3－Co3O4／SiO2催化剂，并用XRD，FT－IR和BET等手段对催化剂进行了表征；考察了催化剂对十八醇氧化生成十八酸反应的催化性能，及反应条件（反应温度和反应时间）对催化性能的影响，确定了最佳反应条件．结果表明，金属硝酸盐在773K焙烧后转变成相应的氧化物并负载于二氧化硅上．Cr2O3－Co3O4／SiO2催化剂对十八醇氧化反应有很高的催化活性，十八酸选择性最高可达99．93％，收率可达52．44％．Cr2O3－Co3O4／SiO2催化剂的活性明显高于单一的Cr2O3／SiO2或Co3O4／SiO2催化剂     

掺锗SiO2 玻璃的发光现象

掺锗SiO2 玻璃的发光现象;Ge/SiO2玻璃;Ge纳米晶粒;溶胶-凝胶;光致发光     

ZnO/γ-Al2O3体系的状态和表面结构的研究(Ⅰ)

本文用X射线衍射和X射线光电子能谱法研究了用浸渍法制取的ZnO/γ-Al_2O_3样品。实验表明, ZnO 极易与γ-Al_2O_3发生固相反应, 经240 ℃烘烤就可以观察到反应的进行。样品的结构和形态依其组成和焙烧条件而异。氧化锌含量较低的样品由缺锌铝酸锌构成, 基表相Zn浓度取决于样品组成和焙烧温度。氧化锌含量较高的样品分两种情况: 低温焙烧的样品由Zn_xAl_2O_(3+x)(x<1)和晶相ZnO构成; 高温焙烧的样品可生成化学计量比的ZnAl_2O_4, 其上还单层分散着一层ZnO。仅当ZnO/ZnAl_2O_4中ZnO的含量超过此分散量时, 才有晶相ZnO析出。     

纳米氧化锌的制备及其在太阳光下的光催化性能

本文以醋酸锌、浓氨水为原料,采用均匀沉淀法,制备了在太阳光下具有优良光催化性能的纳米氧化锌粉体,并利用透射电镜(TEM)、UV-Vis、X射线衍射(XRD)和ξ电位对所得样品进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度对其结构与催化性能的影响。研究结果表明:在150℃下煅烧4h得到了具有良好分散性和结晶性能的纳米氧化锌粒子,粒径分布均匀、平均粒径约10nm;该纳米材料在太阳光下具有高的光催化活性和稳定性,照射2h可以使MB溶液的脱色率达100%,且重复使用5次时染料的脱色率仍在95%以上;所得样品的ξ电位均为负值,样品表面过剩的负电荷源自于样品的结构缺陷,即Zn2+空位或O2-过剩,且表面电荷量随煅烧温度的不同而不同;结构缺陷是其光谱响应范围的拓展和在太阳光条件下具有良好催化性能等的重要原因。     

ZnO和TiO2纳米粒子的光致发光性能及其与光催化活性的关系

采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备了ZnO和TiO2及掺Zn2+的TiO2纳米粒子,用XRD和荧光光谱(FS)等手段对样品进行了表征,重点探讨了样品光致发光机制及与光催化活性的关系.结果表明,ZnO和TiO2样品在大于带隙能的光激发下均表现出明显的FS信号,热处理温度升高,FS信号强度下降,并且二者的FS信号类似,这可能与二者具有类似的电子能带结构有关,同时也说明FS信号主要源于表面氧空位以及吸附氧物种等引起的激子或表面态能级.掺杂Zn2+使TiO2纳米粒子FS信号增强,这主要与表面氧空位和缺陷等量增加有关;此外,在光催化氧化苯酚实验中,样品光催化活性与其FS信号强度顺序一致,即FS信号越强,活性越高.这是由于在光致发光过程中,FS信号主要源于表面氧空位,而在光催化反应中,表面氧空位有利于氧化反应进行.     

ZnO在NaY沸石表面的分散研究

利用ＸＲＤ、Ｒａｍａｎ光谱分析了影响ＺｎＯ在ＮａＹ表面分散的各种因素，发现延长干燥时间和多次浸渍能促进ＺｎＯ的分散，测量ＺｎＯ的最大分散量为０．４６ｇ／ｇＮａＹ，已远大于文献结果。与模型估算值进行了比较分析，探讨了ＺｎＯ在分子筛内表面的排布状态。     

Enhanced photocatalytic activity of ZnO nanoparticles by surface modification with KF using thermal shock method

ZnO nanoparticles were modified with KF using thermal shock method at various temperatures in order to improve the photocatalytic activity of ZnO under both UVA and visible light irradiation. The influences of KF-modification on the crystal structure, morphology, UV–visible absorption, specific surface area as well as surface structure of ZnO were respectively characterized by XRD, FE-SEM, UV–Visible diffuse reflectance, N₂ adsorption and XPS spectroscopy. The photocatalytic activity was evaluated via the degradation of methylene blue under UVA irradiation. According to the results, the thermal shock process with KF did not modify the structure, the particle size and the optical properties of ZnO nanoparticles but successfully increase their UVA and visible light induced photocatalytic activity. This enhancement of activity may be attributed to the increase of surface hydroxyl groups and zinc vacancies of modified ZnO samples.     

A Highly Efficient and Stable Photocatalyst; N-Doped ZnO/CNT Composite Thin Film Synthesized via Simple Sol-Gel Drop Coating Method

The thin film of N-doped ZnO/CNT nanocomposite was successfully fabricated on soda lime glass substrate by a simple sol-gel drop-coating method. The structural, morphological, chemical, and optical properties of as prepared samples were characterized by a variety of tools such as X-ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR), and UV-visible spectroscopy. The hexagonal crystalline structure was confirmed from XRD measurement without any other impurity phase detection in samples. The N-doped ZnO/CNT composite showed excellent photo-catalytic activity towards cationic methylene blue (MB) dye degradation with 100% removal rate under UV light irradiation as compared to N-doped ZnO (65%) and pure ZnO (47.36%). The convincing performance has also been observed for the case of visible light irradiation. The enhancement of that photocatalytic activity might be due to narrowing the band gap as well as the reduction of electron–hole pair recombination in ZnO matrix with the incorporation of dopant nitrogen and CNT. It is assumed from the obtained results that N-doped ZnO/CNT nanocomposite thin film can be employed as an economically achievable and ecofriendly method to degrade dye with UV and visible light irradiation. Additionally, density functional theory (DFT) calculations were applied to explore the effect of N-doping on electronic structure of ZnO. The computational study has supported the experimental results of significant band gap contraction, which leads to the maximum absorption towards higher wavelength and no appreciable change of lattice parameters after doping. A conceivable photocatalytic mechanism of N-doped ZnO/CNT nanocomposite has been proposed as well.