多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离

兼具高通量和高选择性的气体分离膜是研究膜分离材料的目标.采用相转化法制备了聚酰亚胺非对称膜,并将其作为基底膜材料,分别在其表面修饰掺有金属有机框架材料Cu₃(BTC)₂ (1, 3, 5-均苯三甲酸合铜),沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8以及镁铝水滑石MgAl-LDHs的聚酰胺酸溶液,经热亚胺化后制成非对称混合基质膜.研究了该系列非对称混合基质膜的结构特性和对CO₂、CH₄和N₂气体分离性能;考察了ZIF-8的掺杂量对非对称混合基质膜透气性能的影响.结果表明非对称聚酰亚胺膜的表面修饰可有效地改变膜的表面性质,掺杂ZIF-8的非对称混合基质膜气体的透气性能和选择性都增加,且掺杂量为5% (w)时CO₂/N₂和CO₂/CH₄的理想选择性分别高达24和83,为合成高效的CO₂分离膜提供了借鉴.     

Cu3(BTC)2金属有机骨架复合基质膜的制备及流体催化性能

采用溶剂蒸发法制备了Cu₃(BTC)₂质量分数为60%的Cu₃(BTC)₂@PS复合基质膜, 并对其形貌和结构进行了表征. 结果显示, Cu₃(BTC)₂ 均匀分布于复合基质膜中且具有较好的热稳定性. 以醇醛缩醛化反应为探针反应, 测试了复合基质膜的催化性能, 结果表明, 在该膜催化下苯甲醛的转化率高达99%, 苯甲醛二乙缩醛的选择性为99%. 此类催化膜具有良好的实用性, 能实现连续24 h高效率生产苯甲醛二乙缩醛, 可将其应用于工业上的连续化生产.     

孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质

报道在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的协助作用下,通过简单调节OH^-离子的浓度及Cu²⁺的释放速度,将Cu₂O调节为具有不同空腔特征(介孔、空心及实心)结构的纳米球.研究表明, OH^-根离子的扩散动力学是决定产物结构的关键因素.当[OH^-] > 0.05 mol·L^-1时,高的化学势使其迅速扩散到PVP胶团内部,与吸附在PVP链上的Cu²⁺反应形成Cu(OH)₂,在抗坏血酸(Vc)的还原作用下经过重结晶得到Cu₂O实心球纳米结构;当[OH^-] < 0.025 mol·L^-1时,其扩散速度下降,首先与吸附在PVP胶团外部的Cu²⁺反应形成Cu(OH)₂, Cu(OH)₂的形成阻碍了OH^-离子的向内扩散,形成具有较大空腔(~220 nm)的空心球;当0.025 mol·L^-1 < [OH^-] < 0.05 mol·L^-1时,形成较小空腔(30-60 nm)的空心球.以NH₃水为OH^-缓释源时,虽然OH^-浓度较低,但同时Cu²⁺的浓度也低,胶团外部形成的Cu(OH)₂不足以阻碍OH^-离子的向内扩散,反应过程中NH₃的释放及较低的OH^-浓度阻碍了重结晶的发生,从而形成Cu₂O介孔纳米球.对三种典型结构特征的产物进行了NO₂气体传感性质研究,结果表明, Cu₂O介孔纳米球相比空心结构和实心结构具有更为优异的响应性.结合比表面积数据,我们认为介孔纳米球疏散的结构有利于NO₂气体的扩散和O₂的吸附,从而表现出了更灵敏的气体传感性.     

二维金属-六亚氨基苯框架材料的气体吸附效应

利用密度泛函理论研究了气体分子(NH₃, H₂O, H₂S, NO₂)吸附在二维M₃(HIB)₂(M=Ni, Cu; HIB为六亚氨基苯)薄膜上体系的几何结构和电子结构的变化. 结果表明, 2种薄膜对气体分子的响应不同. 其中NH₃, H₂O和H₂S在M₃(HIB)₂薄膜表面的吸附较弱, 主要与薄膜的亚氨基形成氢键, 吸附能均小于-0.36 eV, 吸附对体系电子性质的影响很小. 但是 NO₂分子在薄膜表面形成化学吸附, 吸附能在-0.65~-1.72 eV范围内. 吸附NO₂分子使其电子结构发生明显改变, 如Cu₃(HIB)₂在费米能级处打开带隙, 由金属性质转变为半导体性质. 这是由于NO₂分子的p_z轨道与金属原子$d_{z}^{2}$ 轨道发生了强烈的轨道杂化. 此外, 研究发现高浓度的NO₂分子吸附能够使Ni₃(HIB)₂薄膜由非磁性变为磁性体系, 由普通金属性质变为半金属性质; 而高浓度的NO₂分子使Cu₃(HIB)₂薄膜由金属性质变为半导体性质, 薄膜电导率降低.     

中空纤维担载氧化硅膜的制备及结构研究

采用SXRD,HRTEM,FTIR,SEM和氮气吸附等测试手段对膜结构、形貌、孔径及其分布进行了表征.SXRD和HRTEM结果显示,所制备的膜具有短程有序结构.SEM分析发现膜表面完整.气体渗透实验表明,担载膜具有一定的气体选择性,在0.1MPa下对H₂/N₂和CH₄/N₂的分离因子分别为2.25和1.56,气体透过膜孔的扩散由努森机制所控制.等温氮气吸附实验显示,经500℃热处理后氧化硅膜的最可几孔径小于3.34nm,非担载膜的比表面积为919.8m²/g,孔容为0.43mL/g.     

配位竞争策略制备的两个镁基金属有机骨架及其选择性CO2捕集

利用配位竞争策略制备了2个镁基金属有机骨架(MOFs)。在酸性条件下,镁离子与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)热分解产生的甲酸原位反应得到三维甲酸镁MOF:[Mg₃(HCO₂)₆]·DMF(1)。在相同条件下,当加入竞争配体1,1′∶3′,1″-三联苯-3,3″,5,5″-四甲酸(H₄L)后,甲酸不再参与配位,得到新的三维镁基MOF:[Mg₂(L)(H₂O)₃]·2H₂O·2CH₃CN·DMF(2)。单晶X射线分析表明,MOF 1具有[Mg₄@Mg2]四面体建筑块,它们形成dia拓扑网络并有一个孔径为0.44 nm的一维孔道。而MOF 2具有独特的[Mg₂]双核簇,与4-连接配体L^4-配位后,形成sra拓扑网络且沿a轴方向存在一个哑铃型孔道,长度为1.42 nm。气体吸附研究发现1具有微孔结构,其表面积为342 m^2<...     

前驱体物相转变对浆态床合成甲醇催化剂活性的影响

采用并流共沉淀法, 通过考察老化温度, 研究CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂前驱体晶相及组成的变化对浆态床催化合成甲醇的反应活性的影响. 结果表明, 前驱体的物相转变对浆态床合成甲醇活性影响显著, 单斜晶系锌孔雀石(Cu,Zn)₂CO₃(OH)2和斜方晶系绿铜锌矿(Cu,Zn)₅(CO₃)₂(OH)₆晶体是产生高活性催化剂的主要物相. 随着Cu²⁺/Zn²⁺进入Zn₅(CO₃)₂(OH)₆/Cu₂CO₃(OH)₂晶格, 离子同晶取代量增加, 催化剂前驱体中形成了固定铜锌比的锌孔雀石和绿铜锌矿物相. 焙烧后催化剂比表面积增大, CuO-ZnO固溶体协同作用加强, 浆态床催化合成甲醇的活性提高.     

光照法研究超氧化物歧化酶及其模型化合物与超氧离子的反应动力学

用改进的光照法研究了超氧化物歧化酶及其模型化合物μ-桥基·二(2,6-二乙酰基吡啶)缩二丙二胺合铜(Ⅱ)(桥基为SCN^-,N₃^-,I^-,Br^-,Cl^-,OH^-)与超氧离子的反应动力学,测定了反应速率常数k_Q,结果表明,超氧化物歧化酶的k_Q与脉冲辐解法及黄嘌呤氧化酶法的结果一致。6种配合物中,Cu₂L(SCN)(ClO₄)₃的k_Q最大,Cu₂L(N₃)(ClO₄)₃的最小,并讨论了真k_Q不同的原因。     

具有不同电荷和手性的Co(Ⅲ)配合物跨人红细胞膜的动力学研究

研究了4种不同电荷的Co(Ⅲ)金属配合物跨人红细胞膜的动力学,并测定了它们跨人红细胞膜的一级反应动力学速率常数,发现[Co(C₂O₄)₃]^3-的跨膜速率明显高于[Co(en)₃]³⁺,[Co(en)₂(C₂O₄)]⁺和[Co(en)(C₂O₄)₂]^-,后3种配合物的跨膜速率常数随正电荷的减少略有增加,跨膜机制为简单扩散.[Co(C₂O₄)₃]^3-的跨膜速率受阴离子通道抑制剂DIDS明显抑制,抑制率为51.95%,推测其跨膜机制为部分经阴离子通道协同简单扩散过膜.人红细胞摄入L-[Co(C₂O₄)₃]^3-的速率明显大于D-[Co(C₂O₄)₃]^3-,显示了一定的手性选择性.     

水热法制备Bi2O3纳米片及其电化学性能的研究

以Bi(NO₃)₃和氨水为原料、水溶性淀粉为分散剂, 采用水热法制备了Bi₂O₃纳米片, 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)和氮气吸附-脱附等对材料进行了表征. 结果表明Bi₂O₃纳米片厚度分布比较窄, 比表面积达到9.26 m²/g. 同时, 采用循环伏安法和充放电仪测试了Bi₂O₃纳米片的电化学性能, 结果显示其具有一定的电化学活性.     

香蒲基生物炭的活化及对VOCs吸附的应用

以香蒲为原料制备生物炭(Biochar), 并用不同试剂进行活化. 活化前的Biochar比表面积和孔体积很小, 分别为1.71 m²/g和0.00421 cm³/g, 而活化后的Biochar比表面积和孔容均增大, 其中经碳酸钠（Na₂CO₃）活化后的Biochar比表面积和孔容最大. 研究了Na₂CO₃与Biochar的质量比对其活化的影响, 确定了Na₂CO₃/Biochar最佳质量比为3∶1条件下, 得到的样品Biochar-Na₂CO₃-3具有最优的表面积和孔容, 分别为624 m²/g和0.211 cm³/g, 并具有优异的挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能, 其正己烷、 甲苯和92号汽油的静态吸附容量分别为1.03, 0.814和0.751 g/g, 正己烷和甲苯的动态吸附容量分别为1.00和0.796 g/g, 且吸附稳定性相对较高, 优于商业用活性炭(AC)和硅胶(SG).     

含叔丁基聚酰亚胺均质膜的气体分离性能

采用高温“一步法”缩聚合成了一系列含叔丁基的可溶性芳香聚酰亚胺树脂, 然后通过溶液浇注法制得相应均质薄膜, 并对其气体分离性能进行了测试, 同时研究了二酐结构和温度对聚酰亚胺均质膜气体分离性能的影响. 结果表明, 对于H₂, N₂, O₂, CO₂和CH₄ 等5种气体, 含叔丁基聚酰亚胺均质膜不仅表现出良好的透气性, 而且具有较高的气体透过选择性, 4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)两类聚酰亚胺均质膜的气体分离性能最佳. 除CO₂外, 这两类聚酰亚胺均质膜的气体渗透系数随温度升高而升高, 而所有测试气体在这两种均质膜中的扩散系数和溶解度系数均随温度升高而增大.     

Co3(HCOO)6@rGO 作为锂离子电池负极材料的研究

MOFs材料作为一类新型的锂离子电池电极材料而受到广泛关注和研究. 作者通过溶液扩散法将Co₃(HCOO)₆原位负载在 rGO（还原氧化石墨烯）上制备出Co₃(HCOO)₆@rGO复合材料. 将Co₃(HCOO)₆@rGO作为锂离子电池负极材料,以500 mA·g^-1的电流密度恒电流充放电循环 100 周后,仍然保持有 926 mAh·g^-1 的比容量,亦表现出很好的倍率性能. 循环伏安和X-射线光电子能谱测试表明,Co₃(HCOO)₆@rGO材料上的Co²⁺和甲酸根在充放电过程中均发生可逆的电化学反应. 对比同样采用溶液扩散法合成的 Co₃(HCOO)₆ 的测试结果发现,rGO起到活化甲酸根的电化学反应的作用,同时也改善了Co₃(HCOO)₆的倍率性能. 将MOFs材料与rGO复合为优化 MOFs 材料的电池性能提供了一个新思路.     

浓凝胶转换法制备纳米SAPO-34及其CH4/N2吸附分离性能研究

通过浓凝胶转换法合成了一种厚度约为50 nm, 大小约为200 nm的纳米片状SAPO-34分子筛, 经XRD, SEM, ICP和氮气(77 K)吸附-脱附等方法对其进行了表征, 结果显示, 相比于微米级立方体形的SAPO-34 (2 μm), 本文合成的纳米片状SAPO-34表现出更高的比表面积(818.68 m²/g)和孔容(0.57 cm³/g). 比表面和孔容积的增大使其气体吸附容量得到较大的提升, 其中CH₄的吸附容量达到25.74 cm³/g, 提升了60%, 高于绝大多数分子筛吸附剂, 同时CH₄/N₂的吸附选择性未出现明显下降(3.1), 且达到商用吸附剂水平(＞3.0). 通过CH₄/N₂(体积比1∶1, 298 K)混合气体穿透测试证明所合成的纳米SAPO-34是一种有效的CH₄/N₂分离吸附剂, 在煤层气富集脱氮工业中具有极大的应用潜力.     

碳微球模板制备LaMnO3及其电化学性能研究

以葡萄糖为碳源采用水热法制备出碳微球,再将其作为模板剂,柠檬酸作为络合剂,去离子水和乙醇作为溶剂,经混合搅拌、沉淀和去除模板剂等步骤,由La(NO₃)₃·6H₂O和Mn(NO₃)₂制备LaMnO₃。采用粉末X射线衍射、场发射扫描电镜、N₂吸附-脱附等对LaMnO₃进行表征分析,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,碳微球模板可制备出层状多孔结构的LaMnO₃,其具有良好的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性,比表面积为26m²/g,将其制备成铝-空气电池空气电极催化剂,在电流密度20mA·cm^-2时放电电压可达1.476V,高于共沉淀法制备的LaMnO₃的放电电压。     

三维Cu-MOF对亚甲蓝的吸附和光催化降解及其机理

本文报道了[Cu₃(ppda)₃(tib)₂(H₂O)₄]·6H₂O(Cu-MOF)的合成、结构、吸附和光催化降解性能。在Cu-MOF中,1,4-苯二乙酸(H₂ppda)和1,3,5-三(1-咪唑基)苯(tib)配体交替连接Cu离子形成二维层,层与层之间通过trans-ppda^2-相互穿插形成稳定的三维结构。Cu-MOF对亚甲蓝(MB)的催化效率为97%,最高反应速率常数为0.019 7 min^-1。光催化降解机理：在光的激发下,催化剂表面的光生电子和空穴对发生分离,并与O₂、H₂O、H₂O₂反应生成活性物质,将染料降解为CO₂和H₂O。在MB溶液中加入NaCl(200 g·L^-1)后,Cu-MOF的吸附量有所提升(87.23 mg·g     

对苯二甲酸根桥联的双铜(Ⅱ)和双锰(Ⅱ)配合物的合成和长程磁交换作用

合成和表征了4种新型配合物[Cu₂(TPHA)(NO₂-Phen)₁](ClO₁)₂·H₂O、[Cu₂(TPHA)(Me-bpy)₁](ClO₁)₂、[Mn₂(TPHA)(NO₂-Phen)₁](ClO₁)₂·2H₂O和[Mn₂(TPHA)(Me-bpy)₁](ClO₁)₂(TPHA:对苯二甲酸根阴离子;NO₂-Phen:5-硝基-1,10-菲绕啉;Me-bpy:4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶).测定了配合物的变温磁化率,并求出了交换积分J分别为-5.04、-6.52、-0.68及-0.73cm^-1.     

trz-Cl-Cu-PMo12的合成、 表征及催化氧化碘离子性能

以H₃PMo₁₂O₄₀为前驱体, 采用水热法使1,2,4-三氮唑-3-甲酸进行原位脱羧后, 合成了1,2,4-三氮唑修饰的Keggin型多金属氧酸盐基金属-有机框架化合物(trz-Cl-Cu-PMo₁₂), 并通过X射线单晶衍射、 红外光谱(IR)、 热重分析(TG)、 X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)及元素分析等手段对其进行了表征. X射线单晶衍射及元素分析表明, 该晶体化合物的结构式为[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄][PMo₁₂O₄₀][Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄], 且由1个经典的 Keggin 型[PMo₁₂O₄₀]^3-和2个[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄]^1.5+以近似中心对称的方式构成, 各组分之间通过超分子作用形成一维(1D)~三维(3D)结构. 催化性能研究结果表明, 该非均相催化剂在催化过氧化氢氧化碘离子为碘单质的反应中, 经4 min 35 s到达终点时, 反应速率高达1.42×10^-5 mol·L^-1· s^-1, 碘单质生成速率提高了约551倍. 催化剂重复使用8次, 转化率仍然高达99.6%, 表现出优异的催化活性, 且具有良好的可重复性.     

负载型Pd-Cu催化剂的制备及富氢气氛下CO优先氧化性能

分别以Al₂O₃, SiO₂和C₃N₄为载体, 通过简单浸渍法制备了3种负载型Pd-Cu催化剂(PC-Al₂O₃, PC-SiO₂, PC-C₃N₄), 考察了其在室温下富氢气氛中CO优先氧化反应性能. 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 氮气物理吸附仪(N₂-physisorption)、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、 X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射傅里叶变换红外光谱(In situ DRIFTS)等手段对其进行了表征. 结果表明, 与PC-SiO₂和PC-C₃N₄相比, PC-Al₂O₃具有更高的CO优先氧化性能. 这是由于PC-Al₂O₃上形成了大量与Pd物种具有强相互作用的Cu₂Cl(OH)₃物种; 而PC-SiO₂中仅有少量的Cu₂Cl(OH)₃, 且与Pd物种相互作用较弱; PC-C₃N₄中Cu物种则更易与C₃N₄基质配位, 由此削弱了Pd, Cu之间的相互作用. 在反应气氛下PC-Al₂O₃表面还易形成具有更强CO活化能力的Pd⁺物种, 通过与大量Cu⁺物种紧密相互作用, 在一定程度上抑制Pd⁺被过度还原为Pd⁰, 从而维持了其催化活性. 与SiO₂和C₃N₄相比, Al₂O₃更适合负载Pd-Cu用于富氢气氛下CO优先氧化反应.     

新型苯并咪唑类配体配合物的合成及其性能

以苯并咪唑（HL¹）和3,6 二氯哒嗪在钠催化下反应制得配体3-氯-6-(苯并咪唑-1-基)哒嗪(L²）;采用溶液法和水热法,L¹分别与含有银、铜过渡金属盐反应合成了3种新的有机金属苯并咪唑配合物［AgL¹］_n(1),［Cu₄(HL¹)₄(O)(Cl)₆］(2)和{［Cu(HL¹)₂］·SiF₆}(3);采用溶液法,L²与Zn(NO₃)₂·6H₂O经配位反应合成了配合物{［Zn(L²)₃(NO₃)］NO₃}(4),其结构经IR,元素分析和X-射线单晶衍射表征。结果表明：1通过苯并咪唑桥连形成一维链状结构,2由苯并咪唑和氯离子桥接形成四核结构,3和4均显示一个单核结构,3的金属中心原子采用二配位构型,4的金属中心原子采用四配位构型。此外,研究了配体HL¹与1,及配体L²与4的荧光性能。结果表明：与HL¹相比,1的最大发射波长发生了红移;而4相对于配体L²其最大发射峰发生明显蓝移。