制备条件对Cu2O结构及甲醛乙炔化性能的影响

以Cu（NO₃）₂·3H₂O为铜源,在液相还原过程中,调变沉淀剂NaOH、还原剂L-抗坏血酸钠的加入顺序制备了Cu₂O,借助X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、俄歇电子能谱（XAES）和H₂程序升温还原（H₂-TPR）等手段研究了制备条件对Cu₂O结构及催化甲醛乙炔化性能的影响.结果表明,调变NaOH及L-抗坏血酸钠的添加方式改变了Cu₂O的结晶度与粒径尺寸,从而使Cu₂O表现出不同的炔化性能.先加入NaOH,后加入抗坏血酸钠,Cu₂O结晶度高,粒径大,难以转化为活性物种炔化亚铜;先加入抗坏血酸钠,后加入NaOH,Cu₂O被过度还原为非活性的金属Cu,两者均造成催化剂活性较低.而NaOH和抗坏血酸钠混合后添加的方式制备出表面Cu₂O结晶完整而体相Cu₂O分散度高的样品,这使得Cu₂O高效转化为炔化亚铜活性物种,表现出最优的炔化性能,在适宜的反应条件下,1,4-丁炔二醇收率达到71.7%,经6次循环后,仍保持在56.5%.     

多元醇法形貌可控制备氧化亚铜微纳米颗粒

以硝酸铜、乙酸铜、乙酰丙酮铜为原料,采用多元醇还原法合成制备了氧化亚铜立方体、微球、空心球、核壳结构等微纳米颗粒。 利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等测试手段对样品的物相、形貌、元素组分及吸光性能进行了表征。 同时考察了铜源、反应时间、和多元醇类型对氧化亚铜微纳米材料形貌的影响,对产物形成机理进行了初步的探讨。 对产物形成机理进行了初步的探讨。 采用简单低廉的多元醇合成法,可以控制合成不同相貌的氧化亚铜微纳米结构。 对制备形貌可控的氧化物具有一定的指导意义。     

用于光电催化水分解的氧化亚铜基光电阴极研究进展

随着不可再生资源的消耗及环境污染日趋严重,开发环境友好、可再生的新能源受到广泛关注。氢可通过燃料电池进行发电,被认为是理想的洁净能源载体。耦合可再生能源,如光能、风能、海洋能等,进行光电水分解制氢是有效途径之一。氧化亚铜(Cu₂O)具有合适的能带结构、制备简单、资源丰富,成为光电阴极半导体的研究热点。然而,Cu₂O光电阴极面临光生电荷复合较快、光腐蚀严重等挑战,导致其光电效率低、稳定性差。本综述首先简要介绍光电水分解制氢原理以及Cu₂O的能带结构适配性,其次总结氧化亚铜的制备方法;重点概述提高Cu₂O光电效率和稳定性的策略,包括形成氧化亚铜-n型半导体p-n结、添加助催化剂、引入空穴传输层等;结合近年来表征技术的发展,介绍先进的光电阴极表征手段;最后,对光电阴极未来的研究方向进行展望。     

也谈醋酸和氧化亚铜不能共存

《化学教育》2009年第4期发表了《醋酸和氧化亚铜不能共存》一文。受此文启发,经过深入思考和实验,对相关问题笔者形成了自己的看法,和广大同仁共同探讨。     

负载于二氧化硅上的小尺寸氧化亚铜物种促进丙烯选择性氧化生成丙烯醛

氧化物负载的含铜材料是丙烯选择性氧化制备丙烯醛的理想催化剂,一直以来都受到人们的广泛关注.然而,对于该催化体系的结构与性能之间的关系仍不是很清楚.因此,我们以碳酸钠为沉淀剂,通过沉积沉淀法将铜负载于高比表面的二氧化硅载体上,从而得到了均匀分散且小尺寸的Cu/SiO2催化剂.另外,采用浸渍法制得了相同负载量的分散不均匀、大尺寸的Cu/SiO2催化剂.丙烯选择性氧化反应活性测试发现,沉积沉淀法制备的催化剂比浸渍法制备的更有利于丙烯醛的生成,表现出了优异的催化性能:在300℃反应时,丙烯的转化率达到25.5%,丙烯醛的选择性达到66.8%,对应的丙烯醛的生成速率高达10.5 mmol·h^-1·gcat.^-1或111.2 mmol·h^-1·gCu^-1,远远超出了浸渍法制备的催化剂性能(1.7 mmol·h^-1·gcat.^-1或17.2mmol·h^-1·gCu^-1)和文献中报道的结果.结合高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和X射线吸收精细结构(XAFS)技术,对沉积沉淀法制备的催化剂进行表征,发现在反应后铜物种的结构发生了明显的变化,由小尺寸的氧化铜(CuO)团簇转变为氧化亚铜(Cu2O)团簇,并且铜物种的尺寸没有明显的增大.为了进一步探索铜物种在预处理(氢气还原)以及催化反应时(丙烯+氧气)的结构变化,对不同方法合成的两种催化剂进行了原位X射线粉末衍射测试,发现不同尺寸的铜物种在还原和反应时都经历了从氧化铜(CuO)变为金属Cu再到Cu2O的结构变化,并且Cu2O在320 min的反应过程中可以稳定存在,说明它是该催化反应的活性物种.另外,通过原位双光束傅里叶变换红外光谱追踪反应时气体分子在催化剂表面的吸脱附状态,发现丙烯可以有效地吸附在小尺寸Cu/SiO2催化剂表面,随着Cu2O的形成,检测到了烯丙基中间体(CH2=CHCH2*)的产生,该物种可以与邻近Cu2O上的一个氧发生反应,从而生成丙烯醛,因此结合N2O滴定实验,我们可认为,高度分散的小尺寸的Cu2O物种是丙烯进行高效选择性氧化反应生成丙烯醛的活性物种.     

多壁碳纳米管负载Cu2O和CuI催化剂上芳醛与2-氨基吡啶氧化酰胺化反应：Cu（I）物种的催化作用

采用浸渍法制备了多壁碳纳米管(MWCNT)负载的Cu2O和CuI催化剂,并运用粉末X射线衍射、红外光谱、扫描电镜-能量散射谱、透射电镜和NH3程序升温脱附等技术对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂中沉积的Cu2O和CuI分别以立方相和γ相存在于MWCNT上,且表现出由弱到强的拉电子(Lewis酸)性能。将催化剂用于催化芳醛与2-氨基吡啶氧化酰胺化反应合成N-(吡啶-2-基)苯酰胺类化合物,产物选择性为100%,收率为50%–95%。 CuI/MWCNT催化剂上产物分离收率性能好于Cu2O/MWCNT,但后者的循环使用性能更好。与共价的CuI相比,离子化的Cu2O与极性的酸活化的MWCNT间具有更适宜的相互作用,这种不同的相互作用可显著影响2-氨基吡啶的氨基对芳醛羰基的亲核进攻速率。     

Cu_2O(111)催化水煤气变换反应机理的理论研究

采用密度泛函理论结合周期平板模型方法系统地研究了水煤气变换反应在Cu_2O(111)表面上的反应机理,包括氧化还原机理、羧基机理和甲酸根机理.结果表明,在Cu_2O(111)表面,羧基机理和甲酸根机理均可行,且甲酸根机理更为有利,其最佳反应途径为H_2O~*→H~*+OH~*;CO(g)+H~*+OH~*→trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*→CO_2~*+H_2(g).其中trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*为其决速步,该基元反应的能垒仅为59 kJ·mol~(-1).羧基机理的最优反应路径同样是以H_2O的解离反应开始,随后CO(g)+OH~*→cis-COOH~*→trans-COOH~*→CO_2(g)+H~*,最后产生的两个吸附的H原子先迁移再结合生成H_2,整个反应的控速步骤为H原子的迁移,迁移能垒为96 kJ·mol~(-1).氧化还原机理则由于OH解离需要越过一个很高的能垒(254 vs.187 kJ·mol~(-1))而不可行.     

以SDS-PVP项链状软团簇为模板简易一锅法合成Cu2O中空亚微球

在SDS-PVP水溶液中采用N2H4•H2O还原CuSO4, 在pH (10±0.5), (40±1.0) ℃条件下反应55 min得到橙色Cu2O溶胶, 离心分离产物经XRD鉴定为Cu2O立方晶系晶体; SEM和TEM表明该法获得的晶体为形状规整、粒径分布窄的Cu2O中空亚微球, 并证实系由大量10 nm量级的原级Cu2O纳米晶粒组装而成. 根据实验事实推断, SDS-PVP项链状软团簇提供了“双重软模板”功能, 借助独特的“模板诱导两级组装”作用一锅法合成了Cu2O中空亚微球. Cu2O中空亚微球生长的可能途径为: 首先, 项链状软团簇中的SDS束缚胶束作为第一重软模板, 诱导一级组装10 nm量级的原级Cu2O纳米晶粒; 然后, 软团簇中立体桥联SDS束缚胶束的PVP链节作为第二重软模板, 诱导一定空间范围内的原级Cu2O纳米晶粒长大并进一步聚集/二级组装, 经一锅法合成得到次级Cu2O中空亚微球. 实验结果证明该一锅法温和、简便、快捷, Cu2O中空亚微球的粒径分布窄.     

β-环糊精调控水溶液中Cu~(2+)的辐射还原

在β-环糊精(β-CD)水溶液的安全吸收剂量范围内,利用β-CD来调控Cu2+的辐射还原.随着β-CD的加入,硝酸铜的辐射还原产物从Cu2O逐渐转变为Cu.当β-CD浓度增大至8.0mmol·L-1时,辐射还原产物主要为Cu纳米粒子.在辐照过程中,Cu2+的还原没有经历Cu2O的中间过程.这是由于β-CD对·OH的清除减少了·OH与水化电子(ea-q)的反应,增大了ea-q的产额,从而有利于Cu的生成.另外,β-CD通过羟基在Cu纳米粒子表面的吸附可增强Cu纳米粒子在水溶液中的稳定性.用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、粉末X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)对Cu2+辐射还原产物进行了表征.     

β-环糊精调控水溶液中Cu2+的辐射还原

在β-环糊精(β-CD)水溶液的安全吸收剂量范围内, 利用β-CD来调控Cu2+的辐射还原. 随着β-CD的加入, 硝酸铜的辐射还原产物从Cu2O 逐渐转变为Cu. 当β-CD浓度增大至8.0 mmol·L-1时, 辐射还原产物主要为Cu纳米粒子. 在辐照过程中, Cu2+的还原没有经历Cu2O的中间过程. 这是由于β-CD对·OH的清除减少了·OH与水化电子(e-aq)的反应, 增大了e-aq的产额, 从而有利于Cu的生成. 另外, β-CD通过羟基在Cu纳米粒子表面的吸附可增强Cu纳米粒子在水溶液中的稳定性. 用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、粉末X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)对Cu2+辐射还原产物进行了表征.