Comparison of reduction behavior of Fe2O3, ZnO and ZnFe2O4 by TPR technique

Advanced integrated gasification combined cycle (IGCC) power generation systems require the development of high-temperature,regenerable,desulfurization sorbents capable of removing hydrogen sulfide from coal gasifier gas to very low levels.As a sort of effective desufurizer,such as Fe2O3,ZnO and ZnFe2O4,it will endure strong reducing atmosphere in desulfurization process.The reduced degree of desufurizer can have an effect on its desulfurization reactivity.In this paper,Fe2O3,ZnO and ZnFe2O4 were synthesized by precipitation or co-precipitation at constant pH.After aging,washing and drying,the solids were calcined at 800℃.The reduction behaviors of sample were characterized by temperature-programmed reduction (TPR).It is found that there are two reduction peaks for Fe203 in TPR,and whereas no reduction peaks for ZnO are found.The reduction process of ZnFe2O4 prepared by co-precipitation is different from that of Fe2O3.ZnFe2O4 is easier to be reduced than Fe2O3.The activation energy of reduction process for Fe2O3 and ZnFe2O4 is obtained at different reduction periods.     

单分散磁性纳米粒子靶向药物载体

本文综述了单分散磁性氧化铁纳米粒子的主要制备方法、表面修饰以及在生物医学靶向药物方面的应用研究进展。金属有机前驱体高温热分解法、溶剂热合成法和LSS（liquid-solid-solution）法是目前制备高质量单分散磁性纳米粒子比较有效的手段。通过表面修饰制备出的具有良好水溶性、生物相容性和活性功能基团的磁靶向药物载体将可能实现定位蓄积、高效载药、控制释药和可生物降解等靶向治疗癌症的目的。开发出具有荧光检测、主动靶向识别、高效载药、智能控药释放、无毒副作用和生物相容性于一体的多功能靶向药物载体将是其发展趋势。     

Highly Ordered Superlattices from Self-assembly of Fe3O4 Nanocrystals

The nano materials often exhibit very interesting electrical, optical, magnetic, and chemical properties, which can not be achieved by their bulk counterparts. The development of uniform nanometer sized particles has been intensively pursued because of their technological and fundamental scientific importance. It is significant that nanostructured materials can be controllably assembled into the required geometry onto substrates, becoming the basis of the next generation of components and devices. The development of new methods and strategies for organizing the nanoparticle basic building blocks into the desired structures is required. Superlattices made from these building blocks give us the opportunity to study not only the properties of the individual building blocks, but also collective effects. The superparamagnetic iron oxide nanocrystals（NCs） have been used in the fields of bio-medicine, ferrofluids, refrigeration system, catalysis,     

单原子催化剂M1/FeOx(M=Pt,Fe)的理论研究:CO氧化反应

负载型纳米贵金属催化剂是用于多相催化反应的重要的催化剂之一,也是各国催化科学与技术研发的重点,其工业应用也越来越广泛.理论和实验的研究结果均表明,当载体表面的金属粒子尺寸减小至亚纳米级乃至更小的低配位、不饱和的原子团簇时,它们常常成为诱发催化反应的活性中心,呈现更高的催化活性和选择性.将负载的金属尺寸由纳米量级减小至分散的金属团簇甚至单原子而使每个原子成为反应的活性位点已成为研究的重点.最近,由张涛等首次合成的单原子催化剂(SAC)Pt1/FeOx引起了国内外催化及表面科学工作者的极大关注.单原子催化剂作为连接均相催化剂和多相催化剂的桥梁,不仅具有非均相催化剂的稳定、易于与反应体系分离、易表征等优点,而且具有均相催化剂活性中心结构均一、活性中心原子利用率百分之百等优点.一方面,单原子催化剂给多相催化领域注入了新的活力,另一方面也更有利于运用量子与计算化学的研究方法建立与实验相匹配的理论模型并从原子水平上进一步理解多相催化反应的微观作用机理.实验和理论的研究结果表明,其它单原子催化剂如Ir1/FeOx,Au1/FeOx和Ni1/FeOx催化CO氧化反应表现出不同的活性.然而,底物FeOx中的Fe同样是第VIII族中的3d过渡金属,却在低温下对CO氧化反应没有催化活性.我们围绕这一问题,重点研究了底物FeOx在负载单原子Pt1前后催化CO氧化的反应机理和活性,解释了单原子催化剂Pt1/FeOx相比于底物FeOx为何具有如此高的催化活性的原因.我们采用Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)从头算模拟软件和密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)进行了理论计算.其中,选择PBE泛函描述体系的交换关联相互作用,用投影缀加波(PAW)赝势基组方法描述体系中的电子和离子实之间的相互作用,对Fe原子采用了DFT+U方法进行d电子强相关校正,并使用Dimer计算方法搜寻反应过渡态.研究结果表明,底物FeOx中氧空位的再生伴随第二个CO2分子从催化剂表面脱附的过程需要较高的活化势垒(1.09 eV),这一过程是整个CO氧化反应的决速步.与此相比较,Pt1/FeOx催化剂中,由于Pt原子代替了表面Fe原子,导致电子结构及性质的显著变化,有利于CO的活化、氧化和CO2的脱附.我们从电子能量态密度(DOS)和Bader电荷分析及模型分子团簇的轨道相互作用的角度进一步分析了两种催化剂存在差异的本质;揭示了单原子催化剂Pt1/FeOx中Pt1和底物FeOx之间的相互作用的机理及催化剂表面Pt单原子在催化反应过程中的关键作用.     

氧化铁对铂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用

Pt催化剂是电催化领域用途最为广泛的贵金属催化剂.Pt资源稀缺,价格昂贵,同时它的物理化学特性又决定了其在多种催化反应中难以被替代.在质子交换膜燃料电池的小分子醇类电氧化过程中,难免存在Pt的毒化现象,其催化性能有待进一步提升.因此,围绕着Pt催化剂纳米结构的设计、抗毒性及反应机理的探索一直是电催化研究面临的重要课题.目前,已被广泛认可的提高Pt催化性能的方法之一是引入第二种金属,通过金属间协同效应(双功能机理)、张力效应或电子效应等对Pt的催化行为进行改性.对于由双/多金属组成的纳米结构催化剂,无论是协同效应还是电子效应,催化活性的提高都需要金属间有丰富的接触界面和恰当的邻近状态.通过调变两组元的种类、原子比和接触状态等可以实现对金属-金属界面的调控,进而调变催化剂性能.除金属助剂外,金属氧化物对Pt催化剂的助催化作用也引起广泛关注.由于金属氧化物与Pt之间的密切接触作用,氧化物的形貌特点对Pt的催化性能可产生重要影响.到目前为止,有关催化剂形貌效应的研究主要集中于贵金属纳米颗粒上(Pt,Au,Pd等),但关于金属氧化物载体/助剂的形貌对贵金属催化性能影响的研究尚不多.具有明确形貌的金属氧化物载体/助剂,暴露的晶面不同,表面原子的配位状态也不同,从而造成与之密切接触的Pt的性质发生改变.因此,金属氧化物的表面性质以及Pt-金属氧化物的界面性质将对电催化性能产生重要影响,深入阐释贵金属-金属氧化物的表/界面性质以及建立有效的构效关系,对设计和制备高效电催化剂具有一定的指导意义.为了提高Pt基催化剂活性、抗CO中毒能力以及稳定性,本文采用共沉淀法和水热法分别制备了纳米棒和六边形纳米片状的Fe2O3作为Pt催化剂的助剂,考察了助剂形貌对Pt催化剂在碱性介质中催化氧化甲醇的促进作用.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及电化学技术对催化剂进行了表征.结果显示,Fe2O3的存在能显著提高Pt催化剂在碱性介质中对甲醇氧化的电催化性能,而且以Fe2O3纳米棒为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-R催化剂催化活性以及稳定性比Fe2O3纳米片为助剂制备的Pt-Fe2O3/C-P催化剂更高.这种促进效应可能与助剂Fe2O3的形态有关.Pt-Fe2O3/C-R催化剂中Pt的质量比活性为5.32 A/mgPt,本征活性为162.7 A/m2Pt,分别是Pt-Fe2O3/C-P催化剂的1.67和2.04倍,是商业PtRu/C样品的4.19和6.16倍.协同效应和电子效应是Pt催化性能提升的主要原因.此外,Pt-Fe2O3/C-R样品中高价态Pt的含量较高,可能也是加速甲醇氧化反应动力学的原因之一.高价态的Pt可能会增强甲醇分子在Pt表面的吸附强度,促进Pt上甲醇氧化反应初始步.这些发现不仅可对甲醇电催化氧化机理有了更深的理解,而且对设计和制备高性能甲醇氧化电催化剂也具有一定的指导意义.     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

新型磁性荧光Fe3O4-CdSe纳米复合材料的制备

以1-十八烯作为高沸点溶剂, 在磁性粒子表面沉积量子点获得新型的磁性荧光Fe₃O₄-CdSe 纳米异质结构. 首先以乙酰丙酮铁(Fe(acac)₃)为前驱体, 二苯醚为溶剂, 油酸为表面活性剂和油胺(OAm)为表面活性剂兼还原剂, 通过溶剂热法制备单分散性的Fe₃O₄ 纳米粒子. 然后以1-十八烯为高沸点溶剂, CdO 为镉源,TOP-Se为硒源, 十六胺为表面活性剂以及硬脂酸为生长促进剂和成核剂制备得到新型的Fe₃O₄-CdSe纳米异质结构. 通过透射电镜(TEM), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, X射线衍射(XRD)谱, X射线光电子能谱(XPS)分析仪, 振动样品磁强计(VSM), 紫外-可见(UV-Vis)光谱和光致发光(PL)等手段对Fe₃O₄-CdSe 纳米复合材料的结构和性能进行表征. 结果表明, CdSe纳米粒子成功地吸附在Fe₃O₄纳米粒子表面, 并沿着c轴生长, 形成了宽3.6 nm, 长分别为14.5 和32.5 nm的新型枣核状和钉子状的异质结构体. 这种新型的Fe₃O₄-CdSe纳米复合材料是由磁铁矿Fe₃O₄和六方形的CdSe棒状结构组成, 具有较好的荧光性能和超顺磁性. 随着CdSe棒长度的增加, 荧光吸收峰向长波方向移动. Fe₃O₄纳米粒子, 枣核状和钉子状的Fe₃O₄-CdSe纳米复合材料的饱和磁化强度分别是57.80, 40.76和31.10 emu·g^-1.     

碳酸钾催化的铁基氧载体煤催化化学链燃烧

研究了K₂CO₃催化剂及惰性担体对铁基氧载体煤化学链燃烧的影响.实验结果表明,K₂CO₃的添加可明显促进铁基氧载体与煤之间的反应速率,其原因可归结为从氧载体上迁移到煤颗粒上的K₂CO₃对煤-CO₂气化步骤的催化作用(该步骤为整个还原过程的速率控制步骤);由于K₂CO₃本身的促熔效果及加入K₂CO₃后导致的剧烈氧化还原反应,可以发现,K₂CO₃会增大铁基氧载体的烧结;不同惰性担体对铁基氧载体与煤的反应性影响不大,这是由于惰性担体对还原速控步没有影响;K₂CO₃在多循环化学链燃烧过程中依然可以保持一定的催化活性,另外由于催化剂的流失与失活,使得氧载体的反应活性有所下降.     

微波诱导Fe2O3/Al2O3催化剂催化氧化处理水中苯酚

 以γ-Al2O3为载体,采用浸渍-焙烧法制备了Fe2O3/Al2O3催化剂,并将其应用于微波诱导催化氧化处理模拟含酚废水. X射线衍射和X射线荧光光谱测试结果表明,活性组分氧化铁在催化剂中以α-Fe2O3的形式存在,其含量为3.71%. 与载体氧化铝相比,Fe2O3/Al2O3催化剂的比表面积和平均孔径及平均孔容略有降低. 对于100 mg/L的模拟含酚废水,最佳的处理工艺条件为: 微波辐照功率400 W,辐照时间5 min,催化剂加入量60 g/L,H2O2浓度600 mg/L,体系pH＞4. 在此工艺条件下,水中苯酚的去除率达97.98%. 催化剂连续使用20次后苯酚去除率仍达96.34%. 表观反应动力学研究表明,在氧化铁催化剂存在的条件下,微波诱导H2O2产生氧化性极强的羟基自由基,整个反应过程可分为微波诱导阶段和催化氧化阶段,两个阶段的氧化过程均符合一级反应动力学规律.     

TiO2/SiO2/γ-Fe2O3-SiO2磁性光催化剂的制备与表征

 A γ-Fe2O3-SiO2 composite was prepared by sol-gel method followed by calcination at 700 ℃ for 30 min starting from tetraethoxysilane and iron nitrate. Upon further coating with SiO2 and TiO2, a TiO2/SiO2/γ-Fe2O3-SiO2 magnetic photocatalyst was obtained. XRD results show that Fe in the composite converts to the γ-Fe2O3 phase up to a processing temperature of 700 ℃, and further increase in temperature results in the formation of the α-Fe2O3 phase. The TiO2/SiO2/γ-Fe2O3-SiO2 samples obtained are monodisperse spherical particles with 200～250 nm diameter, well coated firstly by an amorphous SiO2 layer and then by an anatase TiO2 layer. The TiO2/SiO2/γ-Fe2O3-SiO2 particles retain their magnetic property well and show high activity for the photocatalytic degradation of salicylhydroxamic acid.