过渡元素掺杂对纳米TiO_2光催化剂性能的影响

以沉淀法制备得到了第一过渡系23至30号元素(V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)分别掺杂的纳米TiO_2光催化剂。考察了它们光催化降角水中十二烷基苯磺酸 钠的活性，研究了它们的光催化活性与催化剂微晶结构、电子亲和势与离子半径比 、离子的磁矩之间的关系。发现其催化活性的变化与这些元素的稳定氧化态的电子 亲和势与离子半径的比值和掺杂原子的磁矩具有较好的相关性。而催化剂的（101 ）晶面的XRD衍射强度、微晶尺寸和晶格畸变应力对催化活性也具有一定的影响。     

过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究

采用浸渍法制备了过渡金属掺杂的光催化剂MOx/TiO2(M=Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu).以乙酸的光催化氧化降解反应为探针,研究了催化剂的光催化性能.研究结果表明,经过渡金属掺杂改性的二氧化钛,光催化性能都有所提高.掺杂量有一个最佳值,在最佳掺杂量时,催化剂光催化性能的提高程度与对应金属氧化物的生成焓有很好的一致性,还发现光催化性能与过渡金属离子稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值间呈现火山型关系曲线.     

LSDA+U方法研究Ni掺杂CuO和Cu掺杂NiO的电子结构和反铁磁学性质

光催化分解水制H2和光催化还原CO2是解决能源危机和全球变暖的有效途径.但是,由于粉末光催化剂存在回收效率低的问题,因而光催化成本很高.而磁性光催化剂便于回收和重复利用,因此人们把目光转向具有磁性的非光催化剂材料,试图通过改性使得磁性材料具有合适的水分解或者还原CO2的氧化还原电位.同时,对具有光催化活性但是没有磁性的材料进行磁化改性可以得到新型的磁性光催化剂.本文通过对本身具有磁性的NiO材料进行Cu掺杂能带调整,使调整后的NiO具有合适的氧化还原电位;对本身具有良好光催化氧化还原电位的CuO材料进行Ni掺杂磁化调整,使磁化后的CuO既有良好的氧化还原电位又有磁性.最终两种材料经过掺杂变成磁性光催化材料,既有较好的光催化性能,又可高效回收,因此有望在光催化领域具有潜在的应用前景.LSDA(局域自旋密度近似)+U(有效库仑相关能)计算方法能够很好地给出磁矩和禁带宽度等电子结构性质.本文通过LSDA+U计算方法对具有磁性的宽禁带半导体材料NiO进行电子结构改性研究,希望通过降低其禁带宽度、调整其氧化还原电位使之对太阳光有响应.因其同时具有磁性便于回收,使得光催化分解水制H2和光催化还原CO2成本高的问题得到解决.对NiO的磁胞进行了Cu掺杂计算,结果发现Cu的掺杂几乎没有引起NiO空间结构的变化,这是因为Cu和Ni的离子半径相近.通过对电子结构的计算发现掺杂体系的禁带变窄,并且在禁带中间出现了两条杂质能级,该杂质能级是由掺杂原子Cu 3d态组成.杂质能级的出现能够降低光生载流子在带隙中的复合,从而提高光催化效率.计算结果同时表明,Cu掺杂的NiO系统具有一个1μB的净磁矩,即Cu的掺杂使得NiO显示出磁性,而Ni的磁矩在掺杂前后几乎保持不变,由纯相的1.67μB增加到掺杂体系中的1.70μB.由于CuO本身低指数(111)面和(011)面具有合适的分解水制H2和还原CO2的氧化还原电位,如果对CuO进行磁化改性,可以使光催化剂CuO同时带有磁性,便于回收再利用.本文对CuO磁胞进行了Ni的掺杂计算.结果表明,由于离子半径相近,Ni掺杂几乎没有引起CuO空间结构的变化.掺杂后的体系具有一个1.66μB的净磁矩,同时Ni的掺杂引起多个杂质能级出现,靠近价带的杂质能级由Cu 3d态组成,而在导带底位置出现的杂质能级主要由Ni 3d态组成.整个能带向高能级方向平移.     

氟掺杂提高纳米二氧化钛光催化活性的研究进展

纳米二氧化钛(TiO2)具有光催化活性高、无毒、化学性质稳定、成本低等优点,是目前最具发展前景的光催化剂。但TiO2的宽禁带和低量子效率限制了它的实际应用。因此,对TiO2进行改性研究,实现TiO2的可见光响应和提高其量子效率成为研究的热点。氟掺杂不仅能够使TiO2具有可见光催化活性,而且可提高其紫外光催化活性。本文综述了氟掺杂TiO2的制备,氟掺杂提高TiO2光催化活性的机理、氟与其他元素共掺杂TiO2的研究进展。     

水热法制备Pr掺杂Bi_2WO_6三维花状微球的光催化性能（英文）

通过水热法制备稀土Pr掺杂Bi_2WO_6三维花状微球,利用XRD、SEM、N2吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱对所制备的光催化材料进行表征。通过降解亚甲基蓝评价样品的光催化活性。结果表明,1.0%Pr-Bi_2WO_6样品的可见光催化活性最佳,降解率达到95%。Pr掺杂提高了催化剂的可见光吸收性能并且能够束缚光生电子使得电子空穴对有效分离从而获得强氧化物质。对其光催化降解做出了合理的解释。     

LSDA+U方法研究Ni掺杂CuO和Cu掺杂NiO的电子结构和反铁磁学性质（英文）

光催化分解水制H_2和光催化还原CO_2是解决能源危机和全球变暖的有效途径.但是,由于粉末光催化剂存在回收效率低的问题,因而光催化成本很高.而磁性光催化剂便于回收和重复利用,因此人们把目光转向具有磁性的非光催化剂材料,试图通过改性使得磁性材料具有合适的水分解或者还原CO_2的氧化还原电位.同时,对具有光催化活性但是没有磁性的材料进行磁化改性可以得到新型的磁性光催化剂.本文通过对本身具有磁性的NiO材料进行Cu掺杂能带调整,使调整后的NiO具有合适的氧化还原电位;对本身具有良好光催化氧化还原电位的CuO材料进行Ni掺杂磁化调整,使磁化后的CuO既有良好的氧化还原电位又有磁性.最终两种材料经过掺杂变成磁性光催化材料,既有较好的光催化性能,又可高效回收,因此有望在光催化领域具有潜在的应用前景.LSDA(局域自旋密度近似)+U(有效库仑相关能)计算方法能够很好地给出磁矩和禁带宽度等电子结构性质.本文通过LSDA+U计算方法对具有磁性的宽禁带半导体材料NiO进行电子结构改性研究,希望通过降低其禁带宽度、调整其氧化还原电位使之对太阳光有响应.因其同时具有磁性便于回收,使得光催化分解水制H_2和光催化还原CO_2成本高的问题得到解决.对NiO的磁胞进行了Cu掺杂计算,结果发现Cu的掺杂几乎没有引起NiO空间结构的变化,这是因为Cu和Ni的离子半径相近.通过对电子结构的计算发现掺杂体系的禁带变窄,并且在禁带中间出现了两条杂质能级,该杂质能级是由掺杂原子Cu 3d态组成.杂质能级的出现能够降低光生载流子在带隙中的复合,从而提高光催化效率.计算结果同时表明,Cu掺杂的NiO系统具有一个1μB的净磁矩,即Cu的掺杂使得NiO显示出磁性,而Ni的磁矩在掺杂前后几乎保持不变,由纯相的1.67μB增加到掺杂体系中的1.70μB.由于CuO本身低指数(111)面和(011)面具有合适的分解水制H_2和还原CO_2的氧化还原电位,如果对CuO进行磁化改性,可以使光催化剂CuO同时带有磁性,便于回收再利用.本文对CuO磁胞进行了Ni的掺杂计算.结果表明,由于离子半径相近,Ni掺杂几乎没有引起CuO空间结构的变化.掺杂后的体系具有一个1.66μB的净磁矩,同时Ni的掺杂引起多个杂质能级出现,靠近价带的杂质能级由Cu 3d态组成,而在导带底位置出现的杂质能级主要由Ni 3d态组成.整个能带向高能级方向平移.     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

镧在TiO2薄膜中的非均匀掺杂对光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了La^3＋非均匀掺杂的TiO2薄膜。通过对甲基橙的光催化降解实验来评价催化剂薄膜的催化活性，结果表明：La^3＋的掺杂方式对TiO2的催化活性有很大的影响，采用非均匀掺杂方式可以明显提高TiO2的催化活性，掺杂浓度以0．5％（原子分数）为最佳。紫外-可见漫反射光谱鼎示其吸收带边明显红移；电化学行为表明其光生空穴一电子对的形成能力和分离效率得到提高。通过比较太阳能光电池异质结的“窗口效应”理论，初步探讨了La^3＋非均匀掺杂对TiO2的光催化活性的影响机制。     

Fe3+/V5+/TiO2复合纳米微粒光催化性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了Fe^3 /V^5 /TiO2复合纳米微粒作为光催化剂。光降解反应结果表明，其掺杂催化剂Fe^3 /V^5 /TiO2的光催化活性明显提高。光电化学研究显示，铁离子可以成为电荷陷阱，促进空穴的界面传递反应。适量钒离子掺杂使TiO2电极的光电流升高，导带中电子浓度的增大，加快了界面的电子传递反应。共掺杂催化剂中，Fe^3 、V^5 分别提供了空穴与电子的陷阱，同时加快了电子与空穴的界面传递反应，从 更有效地提高光催化活性。双组份共掺杂为提高TiO2光催化活性提供新的途径。     

LaFe1-xCuxO3光催化降解水溶性染料的活性

采用柠檬酸法合成了钙钛矿型复合氧化物催化剂LaFeO3,并按不同比例进行掺杂,制备了LaFe1-xCuxO3(x=0.01～0.09)系列样品.以高压荧光汞灯为光源,测定了该系列样品对酸性红3B等水溶性染料的光催化降解活性.采用红外、紫外、光声光谱及正电子寿命谱等技术分析了催化剂的光催化性能及掺杂对活性的影响.结果表明,掺杂后LaFeO3的光催化活性明显提高,这主要与B离子的d电子结构有关.     

有氧气氛中碱金属改性CuAl复合氧化物催化分解N2O的活性

合成了Cu/Al原子比分别为2.0、3.1、4.1的CuAl类水滑石样品,焙烧得到CuAl复合氧化物。在Cu/Al原子比为3.1的CuAl氧化物表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性CuAl复合氧化物,用AES、XRD、FT-IR、BET、H₂-TPR、XPS等技术对催化剂进行了结构表征,考察了CuAl复合氧化物组成、碱金属助剂类型和K的前驱物对改性催化剂在有氧气氛中催化分解N₂O活性的影响。结果表明,Na、K、Cs改性CuAl复合氧化物均提高了催化剂活性,但K助剂的增强效应最显著;钾的不同前驱物改性CuAl复合氧化物的催化活性有显著差异,加入碳酸钾、草酸钾提高了催化剂的活性,而加入醋酸钾、硝酸钾反而降低了催化剂活性。优化出的K改性CuAl复合氧化物催化剂在含氧含水气氛的N₂O分解反应中表现出了较高的活性。     

Regulating Charge Transfer of Lattice Oxygen in Single‐Atom‐Doped Titania for Hydrogen Evolution

Single‐atom catalysts have attracted much attention. Reported herein is that regulating charge transfer of lattice oxygen atoms in serial single‐atom‐doped titania enables tunable hydrogen evolution reaction (HER) activity. First‐principles calculations disclose that the activity of lattice oxygen for the HER can be regularly promoted by substituting its nearest metal atom, and doping‐induced charge transfer plays an essential role. Besides, the realm of the charge transfer of the active site can be enlarged to the second nearest atom by creating oxygen vacancies, resulting in further optimization for the HER. Various single‐atom‐doped titania nanosheets were fabricated to validate the proposed model. Taking advantage of the localized charge transfer to the lattice atom is demonstrated to be feasible for realizing precise regulation of the electronic structures and thus catalytic activity of the nanosheets.     

Acidic Ionic Liquids as Efficient and Environmentally Benign Medium for the Synthesis of 2-Phenylbenzimidazole

2‐Substituted benzimidazoles have been synthesized in excellent yields under solvent‐free conditions using a series of acidic ionic liquids as catalysts. The results indicate that SO₃H‐functionalized ionic liquids show higher catalytic activities than other acidic ionic liquids. The effects of reaction conditions such as the amounts of ionic liquids, the ratio of reactants were investigated. A Hammett method was used to determine the acidity order of these ionic liquids and the results were found to be relevant to the catalytic activities observed in the synthesis reaction. Besides, the reaction mechanism was stimulated using DFT method.     

Br(o)nsted酸性离子液体在醛醇缩合反应中的应用

合成了一系列Br(o)nsted酸性离子液体并将其应用在醛醇缩合反应中.醛醇缩合产物由于极好的溶剂性质等被广泛用作溶剂和试剂.离子液体[BSmim][OTf]在甲醛和乙二醇缩合生成1,3-二氧五环的反应中表现出了极好的催化活性,甲醛转化率和主产物1,3-二氧五环选择性分别可以达到96.1％和92.4％.对影响离子液体催化性能的因素进行了探索,并对催化反应中的离子液体的用量、反应温度、反应时间以及反应物料比进行了考察.通过Hammett酸度函数法测定了所用到离子液体的酸性,结果表明离子液体酸性与其在缩合反应中的催化活性顺序完全一致,酸性越强催化性能越好.结合实验给出了离子液体[BSmim][OTf]催化甲醛和乙二醇缩合反应的可能的反应机理.该催化剂体系具有良好的催化性能,反应可以在较温和的条件下进行,实现了高活性和高选择性的目标,产物易分离,催化剂重复使用7次,其催化活性基本不变.并将该Br(o)nsted酸性离子液体进一步应用到其他醛(酮)醇缩合反应中.     

Ordered Porous Nitrogen‐Doped Carbon Matrix with Atomically Dispersed Cobalt Sites as an Efficient Catalyst for Dehydrogenation and Transfer Hydrogenation of N‐Heterocycles

Single‐atom catalysts (SACs) have been explored widely as potential substitutes for homogeneous catalysts. Isolated cobalt single‐atom sites were stabilized on an ordered porous nitrogen‐doped carbon matrix (ISAS‐Co/OPNC). ISAS‐Co/OPNC is a highly efficient catalyst for acceptorless dehydrogenation of N‐heterocycles to release H₂. ISAS‐Co/OPNC also exhibits excellent catalytic activity for the reverse transfer hydrogenation (or hydrogenation) of N‐heterocycles to store H₂, using formic acid or external hydrogen as a hydrogen source. The catalytic performance of ISAS‐Co/OPNC in both reactions surpasses previously reported homogeneous and heterogeneous precious‐metal catalysts. The reaction mechanisms are systematically investigated using first‐principles calculations and it is suggested that the Eley–Rideal mechanism is dominant.     

Mo（W）－Co（Ni，Fe）簇合物的加氢脱硫催化活性

对线型、立方烷型和笼状３种不同构型的Ｍｏ（Ｗ）－Ｃｏ（Ｎｉ，Ｆｅ）－Ｓ（Ｏ）簇共１２种化合物进行了噻吩加氢脱硫和环己烯加氢的催化活性研究．讨论了簇合物的组成，金属原子的配比、价态与催化活性的关系．探讨了不同构型对活性的影响．     

Relationship between structure and CO oxidation activity of ceria-supported gold catalysts

Gold catalysts supported on cerium oxide were prepared by solvated metal atom dispersion (SMAD), by deposition-precipitation (DP), and by coprecipitation (CP) methods and were characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The catalytic activity was tested in the CO oxidation reaction. The structural and surface analyses evidenced the presence of a modified ceria phase in the case of the DP sample and the presence of pure ceria and gold metal crystallites in the case of the SMAD and CP samples. The DP sample, after a mild treatment in air at 393 K, exhibited only ionic gold, and it was very active below 273 K. By comparing the activities of the different catalysts, it is suggested that the presence of small gold particles, as obtained by the SMAD technique, is not the main requisite for the achievement of the highest CO conversion. The strong interaction between ionic gold and ceria, by enhancing the ceria surface oxygen reducibility, may determine the particularly high activity.     

The Co‐Entrapment of a Homogeneous Catalyst and an Ionic Liquid by a Sol–gel Method: Recyclable Ionogel Hydrogenation Catalysts

Molecular hydrogenation catalysts have been co‐entrapped with the ionic liquid [Bmim]NTf₂ inside a silica matrix by a sol–gel method. These catalytic ionogels have been compared to simple catalyst‐doped glasses, the parent homogeneous catalysts, commercial heterogeneous catalysts, and Rh‐doped mesoporous silica. The most active ionogel has been characterised by transmission electron microscopy, X‐ray photoelectron spectroscopy, and solid state NMR before and after catalysis. The ionogel catalysts were found to be remarkably active, recyclable and resistant to chemical change.     

PROPERTIES OF POLYMER SUPPORTED Ni-Cu BIMETALLIC CATALYSTS PREPARED BY SOLVATED METAL ATOM IMPREGNATION

D-72 resin supported nickel-copper catalysts prepared by solvated metal atom impreg-nation (SMAI) were studied by magnetic measurements and X-ray photoelectron spectro-scopy (XPS). The Ni particles on the catalysts are very highly dispersed and displaysuperparamagnetic behaviour. Ni-Cu alloy clusters were found to be formed. The sur-face compositions are different from the bulk concentrations. In contrast with the surfaceenrichment in copper generally observed on conventional Ni-Cu catalysts, the surfaces ofthese catalysts are enriched in nickel. The nickel is in both zero and valent states, whilecopper is mainly in metallic state. Catalytic data show that the formation of Ni-Cu alloyclusters has a profound effect on the catalytic activities of the catalysts in the hydrogena-tion of furfural. The activity of the Ni:Cu ratio of one bimetallic catalysts is much higherthan that of the Ni or Cu monometallic catalyst.     

ZrO2在Pd／Al2O3催化剂中的助剂作用

用流动反应法考察了富氧或贫氧气氛中添加ＺｒＯ２的Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上ＣＯ的催化氧化反应，并用ＸＲＤ、ＴＰＲ和ＴＰＤ－ＭＳ等技术研究了助剂ＺｒＯ２与γ－Ａｌ２Ｏ３间的相互作用对催化剂上氧物种的还原和脱出－恢复行为的影响，结果表明，基质γ－Ａｌ２Ｏ３与ＺｒＯ２能发生相互作用，添加６％ＺｒＯ２的催化剂氧化活性最好，添加适量的ＺｒＯ２有利于催化剂上氧物种的脱出－恢复，从而促进ＣＯ氧化活性及表面活泼氧物