Cu分隔开的Pd单原子用于乙炔选择加氢:Cu担载量的影响

大量乙烯中少量乙炔的去除是化工生产中的重要过程之一,理想途径是将其选择加氢生成乙烯.负载型Pd催化剂因具有很高的乙炔转化率而被广泛用于该过程,但乙烯选择性很低,同时会使原料气中的乙烯被加氢,造成原料气的浪费.采用其它元素对Pd纳米粒子表面修饰,覆盖部分活性位,可以在一定程度上提高乙烯选择性,但是会大大降低Pd的利用率.因此,制备兼具高活性和高选择性且经济实用的催化剂,仍是这一过程亟待解决的主要问题之一.我们的前期工作中,将Pd与IB族金属(Au,Ag,Cu)分别结合制备得到了一系列含Pd的合金单原子催化剂(SAC),发现它们在大量乙烯存在条件下的乙炔选择加氢反应中表现出优异的催化性能.其中,Pd的用量仅为ppm级别,大大提高了Pd的利用率.作为IB族最为廉价的金属,Pd与Cu形成的合金SAC在提高Pd原子利用率的同时,能够进一步降低催化剂的经济成本.然而,当形成合金SAC时,Cu/Pd原子比例的极限值仍然不确定.本文通过固定Pd的担载量,采用简单的等体积共浸渍的方法,制备了一系列不同Cu/Pd原子比例的氧化硅负载的双金属催化剂.首先,我们采用程序升温还原(TPR)和X射线衍射(XRD)对催化剂的还原能力和双金属纳米粒子的尺寸进行了考察.进一步,采用X射线吸收光谱(XAS,包括EXAFS和XANES)对双金属催化剂中Pd的配位环境进行了分析.最后,结合它们在大量乙烯存在条件下的乙炔选择加氢反应中的催化性能,对形成合金SAC时Cu/Pd原子比例进行了讨论.TPR结果显示,Cu与Pd结合时会促进双金属纳米粒子的还原.XRD结果表明,随着Cu含量的降低,双金属纳米粒子的尺寸明显减小.XANES结果证实,当Pd与Cu结合时,Pd会带有部分负电荷,这也与Pd的电负性大于Cu相一致.通过对EXAFS拟合结果进行分析,我们发现当Cu/Pd的原子比例≥40/1时,Pd原子可以被Cu原子完全分隔开,形成含Pd的合金SAC,使其在大量乙烯存在条件下的乙炔选择加氢反应中表现出优异的催化性能.通过对还原温度的考察,我们发现还原温度由250 oC升高到400 oC时,对同一催化剂的催化性能影响不大;EXAFS拟合结果显示,对比分别经过250和400 oC还原后的催化剂,Pd的配位环境变化不明显,这可能是导致催化性能相似的主要原因.     

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.     

关注学生思维 探求自然解法

文章记录了一道选择题的教学过程,并形成反思:解题教学应关注学生思维,重视课堂生成;淡化特殊技巧,探求自然解法.     

静水压对立方钙钛矿CsSnX3(X=I, Br, Cl)光电性质的第一性原理探究

全无机无铅卤化物钙钛矿已经成为重要的新一代太阳能电池材料.采用密度泛函理论的第一性原理研究了不同静水压下CsSnX₃(X=I, Br, Cl)材料的晶体结构,电子结构和光学性能,并分析了其内在联系.结果表明施加静水压可使材料中Sn-X键长减小,使原子之间的耦合增强,带隙值减小,且随着卤族元素半径的增大,压力效应越明显;随着压力的增加,材料的吸收系数和复折射率增大,吸收光谱出现红移现象,在可见光区和近红外光区吸收增强.相比CsSnBr₃和CsSnCl₃,CsSnI₃在可见光区吸收最佳且受压力作用影响最小,更适用于钙钛矿太阳能电池材料.     

基于双极性混沌序列的托普利兹块状感知矩阵

感知矩阵的构造是压缩感知从理论走向工程应用的关键技术之一.由于托普利兹感知矩阵能够支持快速算法且与离散卷积运算相对应,因此具有重要的研究意义.然而常用的随机托普利兹感知矩阵因其元素的不确定性,使得它在实际应用中受到了诸多约束,例如内存消耗较高和不易于硬件加载.基于此,本文结合双极性混沌序列的内在确定性和托普利兹矩阵的优点,提出了基于双极性混沌序列的托普利兹块状感知矩阵.具体地,首先介绍了双极性混沌序列的产生并分析了它的统计特性.其次,构造了双极性托普利兹块状混沌感知矩阵,从相关性方面证明了新建的感知矩阵具有近乎最优的理论保证,并同时证实了它满足约束等距条件.最后,研究了该感知矩阵针对一维信号和图像的压缩测量效果,并与典型感知矩阵进行了对比.结果表明,提出的感知矩阵对这些测试信号具有更好的测量效果,而且它在内存开销、计算复杂度和硬件实现等方面均具有明显的优势.特别地,该感知矩阵非常适用于多输入-单输出线性时不变系统的压缩感知测量问题.     

超声辅助提取/离子色谱法测定铬污染土壤中的六价铬

建立了超声辅助提取/离子色谱法测定铬污染场地中铬（Ⅵ）的方法。选用0.3 mol/L的KCl溶液作提取剂,对12组土壤样品中的铬（Ⅵ）进行超声辅助提取20 min。采用Metrosep A Supp 4-250（250 mm×4.0mm）型阴离子分离柱,以4 mmol/L Na₂CO₃-1 mmol/L NaHCO₃混合溶液为淋洗液对样品进行分离分析。铬（Ⅵ）在0.01²0 mg/L浓度范围有较好的线性关系,相关系数（r²）为0.999 8;该方法的检出限为0.003 mg/L,加标回收率为96.4%¹06.8%,相对标准偏差（RSD,n=3）为0.56%。该方法具有简便、快速、准确等优点,适用于铬污染场地的监测与调查。     

聚苯乙烯提取物的检测与评价

随着材料科学的迅速发展,聚合物材料以不同的形态越来越广泛地应用于食品包装中。但是由于聚合物材料自身的特性及其改性加工,导致了很多低分子量化合物的形成,因而给食品安全性带来很大隐患,也危害着人们的身体健康。为了解决这一问题,在选用材料前,必须分析聚合物材料中低分子化合物的迁移情况,考虑迁移过程对包材使用的影响。实验中选用正庚烷、8%乙醇、50%乙醇和蒸馏水作为食品模拟液,用气相色谱测定聚苯乙烯提取物的迁移量,进而将实验数据分析比较。结果显示,迁移量随着温度的升高和时间的延长而不断增加,溶剂种类的影响为:正庚烷>50%乙醇>8%乙醇>蒸馏水。     

Oxygen vacancy control of electrical,optical, and magnetic properties of Fe0.05Ti0.95O2 epitaxial films

High-quality Fe-doped TiO₂ films are epitaxially grown on MgF₂ substrates by pulsed laser deposition. The x-ray diffraction and Raman spectra prove that they are of pure rutile phase. High-resolution transmission electron microscopy (TEM) further demonstrates that the epitaxial relationship between rutile-phased TiO₂ and MgF₂ substrates is 110 TiO₂₂. The room temperature ferromagnetism is detected by alternative gradient magnetometer. By increasing the ambient oxygen pressure, magnetization shows that it decreases monotonically while absorption edge shows a red shift. The transport property measurement demonstrates a strong correlation between magnetization and carrier concentration. The influence of ambient oxygen pressure on magnetization can be well explained by a modified bound magnetization polarization model.     

撞击流中颗粒碰撞传热理论模型研究

建立了考虑颗粒接触面导热的颗粒碰撞传热模型,相应完善了气固两相撞击流理论模型,并对不同条件的撞击流干燥过程进行了模拟。计算结果与实验结果非常吻合,从而验证了所建模型的正确性。本文还分析了颗粒碰撞传热、加料方式以及喷嘴间距对撞击流干燥性能的影响规律。结果表明:在本文所涉及的撞击流干燥过程中,颗粒碰撞传热对干燥性能的影响并不明显;单边加料时颗粒物料的降水幅度及撞击流装置的干燥强度都明显大于双边加料的工况;喷嘴间距较大时,物料的降水幅度及装置的干燥强度均较大。     

量子阱垒层掺杂变化对双波长LED调控作用研究

采用APSYS软件研究了InGaN/GaN量子阱垒层掺杂变化对双波长 发光二极管发光光谱的调控问题. 在不同掺杂类型和浓度下对器件电子空穴浓度分布、 载流子复合速率、 能带结构、 发光光谱进行分析, 结果表明, 调节量子阱垒层n型和p型的掺杂浓度可以精确而有效地根据需要调控发光光谱, 解决发光光谱调控难的问题. 这些现象归因于掺杂的量子阱垒层对电子空穴分布的调控作用.