石墨烯量子点/铁基金属-有机骨架复合材料高效光催化二氧化碳还原※

利用可见光将二氧化碳光还原为有用的化学品是一项有前景但充满挑战的工作. 金属有机骨架(MOFs)作为一种新兴的具高孔隙率、高比表面积、强吸附富集CO₂能力、结构和功能可调的多孔材料, 在光催化二氧化碳还原反应中具有极强的应用潜力. 但大多数金属有机骨架材料存在可见光吸收范围窄、光生载流子快速复合等问题, 导致催化二氧化碳还原活性仍然较低. 通过静电自组装策略将纳米级胺基化金属有机骨架材料(NH₂-MIL-88B(Fe))和羧酸化石墨烯量子点(GQD)通过静电作用结合, 得到GQD/NH₂-MIL-88B(Fe)复合材料. 该复合催化剂有效结合了金属有机骨架强二氧化碳吸附富集能力和GQD的可见光吸收范围宽、电子传导能力强等优点, 因此与纯金属有机骨架材料NH₂- MIL-88B(Fe)相比较, 该复合材料能高效光催化还原CO₂为CO, 并在10 h可见光下活性高达590 μmol/g, 约为NH₂-MIL-88B(Fe)活性的四倍. 这项工作为制备高活性催化CO₂的金属有机骨架复合材料提供了借鉴.     

提高MIL-125(Ti)-NH2可见光催化活性的研究进展

太阳能是一种清洁的可再生能源,其中,可见光占太阳能总能量的45%。发展可见光响应的光催化剂是光催化领域重要的研究内容之一。NH₂-MIL-125（Ti）是一种有代表性的金属有机骨架可见光催化剂,但其存在可见光利用效率不高、光生电子-空穴对复合快等缺点。近年来,研究者们通过对NH₂-MIL-125（Ti）的晶面、结构和组成进行调控和修饰,提高其可见光催化活性。本文对近年来报道的关于提高NH₂-MIL-125（Ti）可见光催化活性的方法进行了综述,并对NH₂-MIL-125（Ti）基可见光催化剂的发展方向提出了建议,以期为NH₂-MIL-125（Ti）在光催化反应中进一步应用研究提供参考。     

Ru-B/MIL-53(AlxCr1)催化剂在苯部分加氢反应中的催化性能

金属-有机骨架材料不仅比表面积大、孔隙率高、孔道规则, 而且化学性质和结构性质多样、可调, 所以在近年来受到了研究者的广泛关注. 合成了MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)及新颖的含有二元配位金属的MIL-53(Al_xCr₁)(x=1, 2, 3, 4)材料, 以此为载体采用浸渍-化学还原法制备了Ru-B/MIL-53催化剂, 考察了它们在苯部分加氢制环己烯反应中的催化性能. 催化剂评价结果表明, Al/Cr比不仅影响Ru-B/MIL-53催化剂上的初始反应速率(r₀), 也影响环己烯的初始选择性(S₀). 一般而言, 高Al含量的MIL-53作为载体对r₀有利, 而含有二元配位金属的MIL-53作为载体时, S₀高于仅有单一配位金属的MIL-53载体. 在环己烯选择性最高的Ru-B/MIL-53(Al₃Cr₁)催化剂上, r₀和S₀分别为9.2 mmol/(min·g)和71%. 采用多种手段, 对环己烯选择性差异最为显著的Ru-B/MIL-53(Al₃Cr₁)和Ru-B/MIL-53(Cr)催化剂的物化性质进行了对比研究, 发现二者Ru-B纳米粒子的化学组成、电子性质、微观结构接近, 但前者的活性表面积大于后者, Ru-B粒子的尺寸更小, 分散更加均匀, 且金属-载体作用更强. 更小的Ru-B粒径不仅能够提供更多的活性位, 而且也有利于环己烯选择性的提高. 通过对反应条件进行优化, 在180 ℃和5.0 MPa H₂压力下, 以100 mL乙醇胺为修饰剂时, 在Ru-B/MIL-53(Al₃Cr₁)催化剂上可得环己烯得率29%的结果.     

金属有机骨架材料负载镍纳米颗粒催化硝基苯加氢

以MIL-53(Al)、MIL-96(Al)和MIL-120(Al) (MIL: Material Institute of Lavorisier)三种金属有机骨架材料为载体, 采用浸渍法制备了负载廉价金属镍纳米颗粒的催化剂. 将其用于催化硝基苯加氢合成苯胺反应, 发现以MIL-53(Al)为载体制得的催化剂表现出优异的催化性能. 采用不同的镍前驱体, 如硝酸镍、醋酸镍、乙二胺合镍, 制备了一系列Ni/MIL-53(Al)催化剂. 通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、电感耦合等离子体、N₂物理吸附、H₂程序升温还原、透射电镜等技术对其进行了表征, 研究了镍前驱体对金属-载体相互作用、镍颗粒尺寸以及分散程度的影响.结果表明:以乙二胺合镍为镍前驱体制得的催化剂具有金属-载体相互作用适中、镍纳米颗粒更小(4-5 nm)和分布更均匀的特点, 在硝基苯加氢反应中表现出优异的催化性能, 硝基苯转化率达到100%.回收重复使用5次后, 此催化剂仍保持催化活性,硝基苯转化率达92%.     

苯部分加氢制环己烯新型Ru-B/MOF催化剂

制备了多种金属-有机骨架(MOF)材料,采用浸渍-化学还原法制备了非晶态Ru-B/MOF催化剂,考察了它们在苯部分加氢反应中的催化性能.催化性能评价结果表明,这些催化剂的初始反应速率(r0)顺序为Ru-B/MIL-53(Al)Ru-B/MIL-53(Al)-NH2Ru-B/UIO-66(Zr)Ru-B/UIO-66(Zr)-NH2Ru-B/MIL-53(Cr)Ru-B/MIL-101(Cr)Ru-B/MIL-100(Fe),环己烯初始选择性(S0)顺序为Ru-B/MIL-53(Al)≈Ru-B/MIL-53(Cr)Ru-B/UIO-66(Zr)-NH2Ru-B/MIL-101(Cr)Ru-B/MIL-53(Al)-NH2Ru-B/UIO-66(Zr)≈Ru-B/MIL-100(Fe).催化性能最好的Ru-B/MIL-53(Al)催化剂上的r0和S0分别为23 mmol·min-1·g-1和72%.采用多种手段,对催化性能差异最为显著的Ru-B/MIL-53(Al)和Ru-B/MIL-100(Fe)催化剂的物理化学性质进行了表征.发现MIL-53(Al)载体能够更好地分散Ru-B纳米粒子,粒子的平均尺寸为3.2 nm,而MIL-100(Fe)载体上Ru-B纳米粒子团聚严重,粒径达46.6 nm.更小的粒径不仅能够提供更多的活性位,而且也有利于环己烯选择性的提高.对Ru-B/MIL-53(Al)催化剂的反应条件进行了优化,在180°C和5 MPa的H2压力下,环己烯得率可达24%,展示了MOF材料用作苯部分加氢催化剂载体的良好前景.     

自支撑NH2-MIL-125/聚噁二唑复合正渗透膜的制备及性能

合成了高强度亲水性含羧基聚噁二唑材料(POD-COOH)和含氨基金属有机框架材料(NH₂-MIL-125), 以NH₂-MIL-125为填料, 与POD-COOH基体材料进行溶液共混, 并通过溶液浇铸法制备系列新型自支撑复合正渗透膜, 研究NH₂-MIL-125的引入对复合正渗透膜结构和性能的影响. 研究结果表明, 所制备的系列复合正渗透膜均呈致密结构, 且随着NH₂-MIL-125含量的增加, 复合膜的表面亲水性增加、 电负性增强, 并保持良好的机械性能. 以去离子水为进料液, 1.5 mol/L硫酸钠溶液为汲取液, 对上述自支撑复合膜进行正渗透性能测试, 发现由于消除了传统正渗透膜支撑层的内浓差极化现象, 该新型复合正渗透膜在分离过程中具有优异的正渗透性能.     

一步法构筑离子液体功能化MOF材料用于常压催化CO2环加成反应

采用原位组装法将羧基离子液体1-丙酸-3-甲基咪唑氯（CFIL）一步固载到一种金属有机框架（MOF）材料NH₂-MIL-101上,制备了具有多重活性位点的非均相催化剂NH₂-FMOF-CFIL,对其在CO₂和环氧氯丙烷的（ECH）环加成反应中的催化性能进行了研究。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和元素分析结果证实离子液体CFIL引入到MOF材料中,粉末X射线衍射（PXRD）、扫描电子显微镜（SEM）和N₂吸脱附结果表明离子液体的引入不会破坏NH₂-MIL-101的MOF晶体结构或堵塞孔道,但能诱导产生介孔。催化反应表征结果显示,离子液体CFIL结构中咪唑N作为Lewis碱性位点活化CO₂,Cl^-作为亲核试剂促进环氧氯丙烷开环,并与MOF材料NH₂-MIL-101上的Cr³⁺和氨基产生协同作用,诱导在温和条件（0.1 MPa CO₂、25–70℃、无溶剂和助剂）下,高效催...     

基于Fe(Ⅲ)-2-氨基对苯二甲酸金属有机框架的免标记氯霉素电化学传感器的构建及应用

快速、简便的氯霉素(CAP)传感检测技术在食品安全和环境监测等领域具有良好的应用前景。本研究以FeCl₃·6H₂O和2-氨基对苯二甲酸(2-ATPA)为原料，采用水热合成法成功制备了金属有机框架(MOF)材料NH₂-MIL-88(Fe)，并利用2-ATPA配体上的氨基，将其共价固定在羧基化的玻碳电极表面；进一步利用磷酸基团(-PO₄^3–)与铁离子(Fe(Ⅲ))之间的强配位作用，将5′-PO₄^3–修饰的CAP核酸适配体(C-Apt)直接自组装到NH₂-MIL-88(Fe)修饰电极表面，无需额外交联剂和预活化过程，构建了一种新型C-Apt电化学传感界面。电化学实验结果表明，基于NH₂-MIL-88(Fe)的类过氧化物酶活性，NH₂-MIL-88(Fe)修饰电极对H₂O₂/3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)表现出明显的电催化...     

玻璃球负载非晶态有机钛聚合物提高光催化还原CO2的转换频率

化学蚀刻玻璃球,表面产生纳米孔缝,再通过溶剂热法在孔缝内制备了非晶态有机钛聚合物。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）、荧光光谱（PL）、有机元素分析（OEA）、紫外光电子能谱（UPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等表征了材料的结构及光电性能。结果表明,负载的非晶态有机钛聚合物对可见光有明显的吸收,且荧光强度较NH₂-MIL-125（Ti）大幅度降低,光生电子-空穴对更加稳定。玻璃球负载的非晶态有机钛聚合物为催化剂,300 W氙灯为光源催化还原CO₂,反应4 h后,甲醇的产量达941.6 μmol,相应的转换频率（TOF）值为46.4 h^-1。使用具有相同有机配体及金属离子的NH₂-MIL-125（Ti）及P25为对比催化剂,在相同的光催化条件下,其相应的TOF分别为0.28和0.019 h^-1。催化剂热处理实验表明玻璃球载体对有机钛聚合物的化学稳定性有明显的保护作用,经过300 ℃处理,负载的有机钛聚合物光催化性能仍然稳定,而NH₂-MIL-125（Ti）的光催化活性衰减了54%,这是由于其化学结构及晶体结构被破坏。     

中心为氨基、末端为硝基的苯乙炔树枝状分子的合成

将固定相合成与“收敛/发散”方法相结合,合成了第一、二代苯乙炔树枝状分子.通过Heck-Cassar-Sonogashira-Hagihara偶联反应,将其中心和末端分别修饰上供电子的氨基和拉电子的硝基,得到第一、二代中心为氨基、末端为硝基的苯乙炔树枝状分子NH₂-G1-(NO₂)₂和NH₂-G2-(NO₂)₄.用傅里叶变换红外光谱跟踪了整个固定相合成过程.苯乙炔树枝状分子的紫外-可见吸收光谱呈现出规律性变化.     

Ag/NH2-MIL-125(Ti)的构建及可见光还原水中Cr(Ⅵ)

开发高效、稳定的复合光催化材料是当前环境领域的迫切需求。 本文采用溶剂热协同紫外光还原法成功制备了复合光催化材料Ag/NH₂-MIL-125(Ti),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对其形貌、结构及光学性质进行分析,考察了Ag/NH₂-MIL-125(Ti)可见光(λ≥420 nm)催化还原Cr(Ⅵ)的性能,并优化了催化剂用量、Cr(Ⅵ)浓度、空穴捕捉剂种类及用量等条件。 结果表明,在最佳条件下,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)具有良好的吸附及光催化还原Cr(Ⅵ)性能,其吸附及光催化还原率是NH₂-MIL-125(Ti)的3.11倍,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)特殊的“芝麻饼”形貌以及Ag⁰与NH₂-MIL-125(Ti)之间形成的异质结有助于增强复合材料的光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。 同时,通过条件实验,提出了光催化还原过程中主要的活性物种以及Cr(Ⅵ) 的还原机理。 本研究将为金属有机骨架(MOFs)复合材料在可见光催化环境修复领域的应用提供理论依据和实验参考。     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载纳米Pd颗粒：一种CO氧化的活性催化剂

通过等体积浸渍法制备了金属有机骨架材料MIL-53(Al) (MIL：Materials of Institut Lavoisier)负载纳米Pd催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构进行了表征. 催化剂在反应前后XRD衍射峰保持不变,说明载体MIL-53(Al)具有良好的稳定性. 采用TEM对催化剂进行表征,结果表明,MIL-53(Al)的多孔晶体结构有助于形成高度分散的纳米Pd颗粒,样品2.7% (w) Pd/MIL-53 中Pd颗粒的平均粒径为2.21 nm. 该催化剂在CO氧化反应中表现出较高的催化活性,115 ℃达到完全转化. 同时催化剂可循环使用,多次反应后催化活性和催化剂结构都保持稳定.     

Synthesis of N-TiO2@NH2-MIL-88(Fe) Core-shell Structure for Efficient Fenton Effect Assisted Methylene Blue Degradation Under Visible Light

Core-shell TiO₂-based photocatalysts with specific composition, morphology, and functionality have attracted considerable attention for their excellent degradation properties on organic pollutants via a photocatalytic oxidation process. Herein, a N-TiO₂@NH₂-MIL-88(Fe) core-shell structure was prepared by coating NH₂-MIL-88(Fe) on nitrogen-doped TiO₂(N-TiO₂) nanoparticles. Introduction of heteroatom nitrogen to pure TiO₂ expands the spectral response range, leading to enhanced quantum efficiency of photocatalyst. Furthermore, loading NH₂-MIL-88(Fe) on N-TiO₂ improved the adsorption ability of the nanocomposites due to the porous tunnels of NH₂-MIL-88(Fe). The resulted core-shell N-TiO₂@NH₂-MIL-88(Fe) nanocomposites realized the transfer of photo excited electrons from N-TiO₂ to NH₂-MIL-88(Fe) rapidly, partially reduced Fe³⁺ to Fe²⁺ in NH₂-MIL-88(Fe), and further enhanced the Fenton effect on efficiently degrading methylene blue dye(MB) under visible light(λ ≥ 420 nm) with the assistance of H₂O₂.     

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂, 同时研究了NH₃和NO_x (NO和NO₂)在该催化剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率, 得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34 上的吸附性能及其在NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)反应中的作用. 研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验. 瞬态实验结果表明NH₃是吸附性气体. 程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH₃可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH₃物种, 它们显示不同的SCR活性. NH₃在Cu²⁺上的吸附速率最快, 且键强最强. NO_x可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在Cu物种上. 最后, 本文讨论了NH₃选择性催化还原反应过程中在Cu物种上的中间物种并推测反应机理.     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能

采用溶剂法合成了热稳定性高的金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier),用此材料为载体负载钴催化剂用于CO的催化氧化反应,并与Al2O3负载的钴催化剂进行了对比.采用热重-差热扫描量热(TG-DSC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的结构性质进行了表征.TG和N2物理吸附-脱附结果表明,载体MIL-53(Al)有好的稳定性和高的比表面积;XRD以及TEM结果表明Co/MIL-53(Al)上负载的Co3O4颗粒粒径(平均约为5.03 nm)明显小于Al2O3上Co3O4颗粒粒径(平均约为7.83 nm).MIL-53(Al)的三维多孔结构中分布均匀的位点能很好地分散固定Co3O4颗粒,高度分散的Co3O4颗粒有利于CO的催化氧化反应.H2-TPR实验发现Co/MIL(Al)催化剂的还原温度低于Co/Al2O3催化剂的还原温度,低的还原温度表现为高的催化氧化活性.CO催化氧化结果表明,MIL-53(Al)负载钴催化剂的催化活性明显高于Al2O3负载钴催化剂,MIL-53(Al)负载钴催化剂在160°C时使CO氧化的转化率达到98%,到180°C时CO则完全转化,催化剂的结构在催化反应过程中保持稳定.     

NO_2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH_3选择性催化还原NO性能的影响

主要考察了NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂在整个温度范围内(100-500°C)NH3选择性催化还原(SCR)NO性能的影响.研究所使用样品为新鲜Cu/SAPO-34催化剂在750°C下水热处理4 h的稳定期样品.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构以及形貌进行表征,采用SCR活性评价、动力学实验以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ-DRIFTS)表征催化剂的性能以及催化剂表面物种的变化.活性评价实验结果表明,NO2会抑制催化剂的低温(100-280°C)活性,但其存在会提高催化剂的高温(280°C以上)活性.与此同时,随着反应物中NO/NO2的摩尔比例减少,由于NH4NO3物种的分解,副产物(N2O)的浓度增大.动力学结果表明,Cu/SAPO-34催化剂上快速SCR反应的表观活化能(Ea=64.02 kJ?mol-1)比标准SCR反应的表观活化能(Ea=48.00 kJ?mol-1)更大.In situ-DRIFTS实验结果表明NO比NO2更容易在催化剂表面形成硝酸盐,并且NO2更容易与吸附在Br?nsted酸性位上的NH3物种反应生成NH4NO3.低温下,催化剂表面的NH4NO3物种会覆盖SCR反应的活性位,造成活性降低,但在高温时,形成的NH4NO3物种一部分会被NO还原为N2,而另一部分会直接热分解为N2O,造成催化剂的选择性降低.     

钛改性对γ-Fe2O3选择催化还原脱硝性能强化机制的分子模拟研究

采用密度泛函理论（DFT）研究了典型过渡金属Ti掺杂改性对γ-Fe₂O₃选择催化还原（NH₃-SCR）脱硝性能强化影响的作用机制。构建了单Ti和双Ti在γ-Fe₂O₃（001）表面的不同Fe位置的掺杂模型，计算了表面掺杂形成能，探讨了O₂、NO和NH₃分子在Ti掺杂前后的γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附特性，并进行了反应机理分析。结果表明，单Ti倾向于掺杂在八面体Fe_oct位，双Ti倾向于两个Fe_oct位。Ti的掺杂增强了催化剂表面对O₂的吸附能力，吸附性能随Ti掺杂量增加而增强。单Ti和双Ti的掺杂都抑制了NO以N端在催化剂表面的吸附。Ti能够强化NH₃的吸附，增强了Lewis酸位，有利于SCR反应。Ti的掺杂增大了NO₂生成的反应能垒，降低了γ-Fe₂O₃低温区的SCR反应。Ti的掺杂抑制了NH和N的形成，避免了NH₃的过度氧化，提高NH₃的利用率，有利于SCR反应，并且抑制了通过E-R机理产生的N₂O，具有良好的N₂选择性。Ti的掺杂能够改善γ-Fe₂O₃在NH₃-SCR中还原NO的性能。     

Mechanism of the Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3 over W-Doped Fe/TiO2 Catalyst

The W-doped Fe/TiO2 catalyst prepared by an impregnation method exhibited a good NH3-selective cata- lytic reduction（SCR） activity and N2 selectivity with broad operation temperature window. The interaction between Fe and W could increase the amount of surface chemisorbed oxygen, and thus enhances the low temperature SCR activity by facilitating the fast SCR of 2NH3＋NO＋NO2 →2N2＋3H2O. The NH3-SCR reaction mechanism over the W-Fe/TiO2 was fully investigated via in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy（in situ DRIFTS）. In the low temperature range（〈250 ℃）, the reactive surface species were mainly coordinated NH3, ionic NH~ and adsorbed NO2 species, and the SCR mainly followed the Langmuir-Hinshelwood mechanism, during which the adsorbed NO2 species became the important active sites. In the high temperature range（〉250 ℃）, the reactive surface species were mainly NH2, and the SCR mainly followed the Eley-Rideal mechanism, during which the for- mation of NH2NO intermediate species after H-abstraction of NH3 was the rate-determining step.     

NH2-Ga-MIL-53催化剂对Strecker反应的底物选择性（英文）

研究了金属有机骨架化合物NH2-Ga-MIL-53对多种N-苯基亚胺底物的Strecker反应的催化性能,研究结果表明:(1)NH2-Ga-MIL-53具有高度催化活性和良好的底物普适性;(2)亚胺底物上取代基的电子效应是影响催化反应速率的关键因素,在亚胺底物上引入给电子取代基团(如甲氧基和苯基)可以加快反应速率,引入吸电子取代基团(如三氟甲基和硝基)可降低反应速率;(3)亚胺底物上取代基的位置对于催化反应速率同样具有重要影响,在亚胺底物的邻位引入甲氧基取代基团时,反应速率加快得最明显;(4)作为非均相催化剂,NH2-Ga-MIL-53可循环使用9次而不失活且保持骨架结构不变;(5)NH2-Ga-MIL-53和Ga-MIL-53催化性能的对比结果表明,NH2-Ga-MIL-53结构中的氨基可以作为路易斯碱活性中心协同路易斯酸催化中心(Ga3+)有效促进strecker反应的进行。此外,由NH2-Ga-MIL-53、六水合硝酸镓和2-氨基对苯二甲酸对Strecker反应的催化效果的对比可知,NH2-Ga-MIL-53的孔结构是提高反应产物专一性的重要因素。