基于硅基硼掺金刚石电极的电化学-原位核磁共振波谱电解池的设计、制备与可行性研究

电化学与核磁共振波谱联用技术（EC-NMR）可以实时监测电化学反应过程,从分子水平阐释反应机理,是一种非常有前景的无损在线检测技术。本文首次报道以硅基硼掺金刚石（Si/BDD）作为工作电极的原位EC-NMR三电极单室电解池的设计和制作。研究表明,由于尺寸12.5 mm × 1.2 mm × 0.5 mm的Si/BDD电极在核磁检测区的体积较小且电极材料厚度较薄,因此该电极对射频场的阻碍较小,对磁场均匀性破坏也相应较小。运用自制的EC-NMR电解池并以经典的对苯二酚（QH ₂）电氧化生成对苯二醌（Q）作为模型体系,原位研究了该电化学反应的整个动态过程。在1.2 V恒电位下电解0.1 mol·L^-1 QH₂ 64分钟,监测到位于6.83 ppm处的Q特征峰逐渐生成,反应过程中核磁谱峰未发生裂分或明显的展宽。结果表明,应用本文所设计并制备的原位EC-NMR电解池,可有效对电化学反应物和产物进行定性、定量分析,将可在后续的电化学原位核磁波谱研究中发挥重要作用。     

三功能策略设计制备具有优异低温抗积碳性能的Ni-CeO2@SiO2催化剂催化甲烷干重整反应

随着全球人为温室气体排放量(主要是甲烷和二氧化碳)的增加,全球变暖的趋势逐渐增加,因此,迫切需要通过各种技术来捕获和利用这些温室气体.甲烷干气重整反应(DRM)可以有效地将甲烷和二氧化碳这两种资源丰富、价格低廉的温室气体转化为高附加值化学品,减少它们向大气排放.尽管DRM工艺的应用具有许多优势,但是反应期间碳沉积和活性组分的烧结是阻碍其工业应用的两个主要原因.这些碳沉积物可能覆盖活性中心或阻塞催化剂的孔道,从而导致催化剂活性降低.镍基催化剂因其价格低廉、初始活性高和资源丰富而得到广泛的应用.但应用于DRM反应的Ni基催化剂在反应中容易烧结和积碳,导致催化剂迅速失活.为解决上述问题,本文从三功能策略角度出发,即SiO2壳层的限域作用和Ni-Ce之间的协同作用以及CeO2的消除积碳作用,采用原位一锅法设计合成了一种限域型Ni-CeO2核壳结构催化剂(Ni-CeO2@SiO2).通过X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散X射线光谱、N2吸附/脱附、氢气程序升温还原和脱附、氧气程序升温脱附、拉曼光谱、热重分析和原位漫反射红外傅里叶变换光谱测试对催化剂进行了系统的表征,来揭示催化剂的理化性质和反应机理.催化剂应用于甲烷干气重整反应结果表明,在温度区间为550～800℃时,与传统浸渍法合成的催化剂相比,Ni-CeO2@SiO2催化剂具有更高的活性.高温800℃下的稳定性测试结果显示,传统浸渍法合成的催化剂在反应20 h后就出现了大量的积碳且活性下降明显;而Ni-CeO2@SiO2催化剂在800℃下反应100 h后未检测到积碳,并且催化剂中的Ni纳米颗粒的平均粒径从5.01 nm仅增长到5.77 nm,表现出很好的高温抗积碳和耐烧结性能.值得注意的是,Ni-CeO2@SiO2催化剂在低温600℃(形成碳沉积的最可能温度区域)下反应20h后也未检测到积碳的形成,表现出催化剂良好的低温稳定性和抗积碳性能.这可能归因于对Ni-CeO2@SiO2催化剂的三功能作用,即多孔二氧化硅壳层的限域作用、Ni与CeO2之间强的金属-金属氧化物相互作用以及具有丰富活性氧物种CeO2的消除积碳的作用.通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱测试来探究反应机理.结果 表明,DRM反应在Ni-CeO2@SiO2催化剂上遵循L-H机理,添加CeO2可以消除碳沉积并促进CO2活化.该三功能策略为设计其他应用于DRM的高性能催化剂提供了指导,有望加快该工艺的工业化.     

高活性和高稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C催化氧还原

在质子交换膜燃料电池中,金属铂是最高效的阴极氧还原催化剂之一,但是铂昂贵的价格严重阻碍了其在燃料电池领域中的大规模商业化应用.通过铂与3d过渡金属(Fe、Co和Ni)合金化可以有效提高催化剂的氧还原活性,然而在实际的高腐蚀性、高电压和高温的燃料电池运行环境中,铂合金纳米粒子易发生溶解、迁移和团聚,从而导致催化剂耐久性差.同时过渡金属离子的溶出会影响质子交换膜的质子传导,并且一些过渡金属离子会催化芬顿反应,产生高腐蚀性?OH自由基,加快Nafion和催化剂的劣化.与过渡金属掺杂相比,非金属掺杂具有明显优势:一方面,非金属溶出产生的阴离子不会取代Nafion中的质子,也不会催化芬顿反应;另一方面,与3d过渡金属相比,非金属具有更高的电负性,其掺杂很容易调节Pt的电子结构.因此,本文通过非金属磷掺杂合成具有优异稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C氧还原催化剂.通过热处理磷化商业碳载铂形成磷化铂(PtP2),经由酸洗处理产生富铂壳层,即PtPx@Pt/C.X射线粉末多晶衍射结果证明了PtP2相的存在,并且进一步通过电子能量损失谱对纳米粒子进行微区面扫描分析以及X射线光电子能谱分析证实了富铂壳层的存在,壳层厚度约1 nm.得益于核壳结构及磷掺杂引起的电子结构效应,PtP1.4@Pt/C催化剂在0.90 V(RHE)时的面积活性(0.62 mA cm–2)与质量活性(0.31 mAμgPt–1)分别是商业Pt/C的2.8倍和2.1倍.更重要的是,在加速耐久性测试中,PtP1.4@Pt/C催化剂在30000圈电位循环后质量活性仅衰减6％,在90000圈电位循环后仅衰减25％;而商业Pt/C催化剂在30000圈电位循环后就衰减46％.PtP1.4@Pt/C催化剂高活性与高稳定性主要归功于核壳结构、磷掺杂引起的电子结构效应以及磷掺杂增加了碳载体对催化剂粒子的锚定作用进而阻止了其迁移团聚.综上所述,本文为设计同时具有优异活性与稳定性非金属掺杂Pt基氧还原催化剂提供新的思路.     

形状记忆型聚氨酯干法黏结剂的研究

本文分别以一乙醇胺、乙二醇、1.4-丁二醇及1.6-己二醇为扩链剂,制备出形状记忆性聚氨酯干法黏结剂。再将其应用于聚氨酯合成革中。通过在合成革表面滴加一滴丁酮,观察其表面形成的鼓包大小、细密程度及消失时间等,判定制备的聚氨酯黏结剂形状记忆功能的优劣。对比实验结果得出,以一乙醇胺为扩链剂时制备的黏结剂具有最佳的形状记忆功能。     

高指数晶面纳米催化剂的电化学制备及应用

催化剂的性能与其表面结构及组成密切相关,高指数晶面纳米晶的表面含有高密度的台阶原子等活性位点而表现出较高的催化活性. 本文综述了电化学方波电位方法用于Pt、Pd、Rh等贵金属高指数晶面结构纳米晶催化剂的制备、形成机理及其电催化性能的研究. 针对贵金属利用率问题,还着重介绍了具有较高质量活性的小粒径Pt二十四面体的制备. 在此基础上,还介绍了电化学方波电位方法用于低共熔溶剂中制备高指数晶面纳米晶,以及高指数晶面纳米催化剂的表面修饰及应用;最后对高指数晶面纳米催化剂的发展做出了展望.     

磺化壳聚糖的制备及其对生长因子活性的保护作用

以壳聚糖为基材,分别以氯磺酸、三甲胺.三氧化硫和丙磺酸内酯为磺化试剂,制备了3,6-O-磺化壳聚糖(OCS)、2-N-磺化壳聚糖(NCS)和2-N-磺丙基壳聚糖(PCS)3种磺化壳聚糖.采用红外光谱、核磁共振谱证明了磺化壳聚糖的结构,元素分析测定了磺化壳聚糖的磺化率.以组织修复过程中一种重要的活性因子——碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)为目标因子,通过体外成纤维细胞培养实验,评价了不同磺化壳聚糖对bFGF活性的保护能力.结果显示,相对于未改性壳聚糖(CS),磺化壳聚糖对成纤维细胞的形态无显著影响.细胞活性检测结果显示,OCS和PCS对bFGF活性无明显的保护能力;NCS能有效提高bFGF促进成纤维细胞活性的能力,其对bFGF活性的保护能力可达肝素70%左右.磺化壳聚糖的bFGF活性保护能力不随磺化率的改变而变化.     

医用高分子

近代科学技术的发展为医学提供了许多诊断方法和治疗手段,特别是高分子材料的发展,大大丰富了外科手术治疗、人工脏器及药物等方面所用材料的来源,而医学的发展又促进高分子材料向着功能化的方向发展。这一领域的研究工作,目前虽尚处于开始阶段,但其重要性已被人们所认识。由于医学上用的高分子材     

渤海裂谷系的沉积-构造演化及其有关的油气聚集

渤海地区是我国重要的油气区,本区几个第三纪沉积盆地组成了渤海裂谷系.该裂谷系的演化阶段可以划分为:(1)张裂前的区域上隆阶段.(2)初始张裂阶段,(3)早期裂陷阶段,(4)强烈裂陷阶段和(5)衰亡阶段.每个阶段都以其不同的构造活动方式和不同的构造岩性组合而相互区别.这些构造岩性组合可以划分为:(1)火山岩-红色碎屑岩组合,(2)蒸发岩组合,(3)构造砂岩-泥岩组合和(4)类磨拉石组合. 这些裂谷盆地在快速沉积作用下,充填了巨厚的沉积岩.由于生油母岩巨厚,地温梯度较高,并具备良好的圈闭条件.所以它们是寻找石油和天然气的有利地区.     

NⅡ离子2p4f—2p3d辐射跃迁概率的理论研究

在全相对论理论框架下，利用多组态Dirac-Fock(MCDF)方法，系统计算了NⅡ离子2p4f—2p3d的辐射跃迁概率，得到的结果与已有实验值符合很好.具体计算中，详细分析了相对论效应、电子关联、弛豫效应、Breit相互作用和量子电动力学(QED)效应对能级精细结构及辐射跃迁概率的影响.结果表明：相对论效应、电子关联和弛豫效应对NⅡ 2p4f-2p3d辐射跃迁概率有很重要的影响,考虑了这些效应后计算值得到明显改善.     

MgF2单晶的THz光谱研究

利用THz时域光谱技术对MgF₂晶体(样品1)和MgF₂：Co晶体(样品2)在0.5—2.5 THz的吸收特性进行了研究.在0.5—2.5 THz波段，样品1吸收系数α(ν)随频率ν增加而增大，最大值为24 cm^-1.样品2的吸收系数比样品1大得多，Co掺杂使晶格吸收带边向低频移动，而且样品2在1.9 THz有吸收峰，吸收系数达到70 cm^-1，由此求出F^--Co²⁺离子键伸缩振动的键力常数K为3.40×10^-2　N/cm.这一结果表明，THz光谱分析有可能成为研究晶体化学键的一种重要手段.利用光学常数之间的关系计算了两个样品在0.5—2.5 THz的介电函数的实部ε₁(ν)，得到样品1的ε₁(ν)值在4.67至4.73之间，样品2的ε₁(ν)值在4.62至5.01之间. 关键词： THz辐射 光谱 2晶体')" href="#">MgF₂晶体