Nafion薄膜中单分散TiO2纳米晶体的合成

采用全氟化离子聚合物薄膜(钠型Nafion薄膜)作模板合成了平均直径为4.0nm的TiO₂晶体粒子。利用高分辨电子显微镜(HRTEM)、X-射线衍射仪(XRD)和紫外-可见光谱仪(UV-VIS)，对Nafion中TiO₂的含量、粒子大小分布、相变条件、纳米晶体微观型貌及其结构、Nafion薄膜结构和TiO₂粒子形成机理等进行了研究。研究结果表明，Nafion中Ti⁴⁺含量不仅与起始原料有关，还与起始物浓度有关。TiO₂在Nafion中的形成速度主要受控于水在膜中的扩散速度，而TiO₂晶体粒子的大小与分布则取决于Nafion的孔径，与起始原料种类以及晶化条件无关。文中还探索了无定型TiO₂转变成单分散晶体的各种途径，详细讨论了TiO₂晶体粒子合成的影响因素。     

沸石分子筛的表面改性技术进展

沸石分子筛的改性技术与这类材料的合成及应用一样相当大地推动了沸石化学的发展。本篇文章引用了至少90篇文献概括地介绍了最近发展起来的三种沸石表面改性方法:沸石内配位化学、化学蒸汽沉积和沸石的表面有机金属化学。     

烷基锡化合物在HY沸石超笼表面的接枝反应研究

在高真空系统中研究了HY沸石分子筛与SnMe₄、SnEt₄、SnPr₄和SnBu₄的反应，用元素分析、ICP、GC、XRD、FTIR、TG、DRS、TPR、BET及烷烃和芳烃的脉冲吸附等方法表征了产物的组成、结构和性质。结果表明，HY沸石分子筛超笼羟基与SnMe₄、SnEt₄、SnPr₄和SnBu₄的反应温度分别为：183K、243K、273K和333K，生成组成为(≡Si-O)SnR₃的表面单接枝物种。表面接枝烷基锡碎片后，HY沸石的孔口尺寸变小，吸附行为发生显著变化。     

半导体光催化研究进展与展望

评述了目前半导体光催化在国内外的研究概况,并对存在的问题和未来的发展动向进行简要分析.列举了近30年来关于光催化研究的部分成果,内容涉及光催化剂的制备(包括新催化剂的开发, TiO2、 ZnO、 CdS等光催化剂的各种改性或修饰)、光催化作用机理研究、光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究和产品开发等等从基础到应用研究的各个方面.总体上来看,半导体光催化基本上是一个没有选择性的化学过程,所以再进行大量的不同反应物的光催化活性的评价研究意义已不是很显著,认为未来的半导体光催化研究应该集中在机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催化剂制备、半导体光催化技术工程化及新型光催化产品开发方面.     

ZSM-5分子筛光催化活性的初步研究

开发具有广泛用途包括光催化合成和选择性氧化有机物的新型光催化剂是光催化研究领域所面临的重要挑战之一[1] . Kato等[2 ] 报道了HZSM- 5和丝光沸石对甲烷无氧偶联反应具有光催化活性,我们也发现HZSM- 5原粉对乙烯、溴代甲烷和染料都表现出明显的光催化活性.由于分子筛不是半导体,所以其光催化性能难于用传统的半导体光催化理论加以解释.Kato[2 ] 认为分子筛中Al—O单元是HZSM- 5和丝光沸石产生光催化活性的活性位,Anpo等[3]认为,过渡金属原子在Y沸石和MCM- 41介孔分子筛的骨架内形成了孤立的金属-氧物种电荷转移激发态:[Me(n- 1…     

固体催化剂活性中心的分子设计及其XAFS表征

表面金属有机化学是设计制备组成和结构明确的表面金属物种的一条有效途径。同步辐射X射线吸收精细结构光谱技术(XAFS)是当前表征固体催化剂活性中心结构的有力工具。二者结合为在分子水平上设计构筑催化中心提供了一条可借鉴的分子研究途径和方法,已发展成为催化基础研究的重要方向之一。本文综述了过去十年内,我们研究组在利用表面金属有机化学方法在沸石分子筛孔道表面分子构筑单分散金属氧活性单元和XAFS在表征多相催化材料活性位结构方面取得的一些进展。简要介绍了XAFS技术的基本物理原理、实验方法、数据分析及在表征催化材料方面的优缺点,并回顾了固体表面金属有机化学的化学基础。借助表面金属有机化学的理论和方法实现了在沸石分子筛表面分子构筑“单点”单核或“单点”多核金属钛、铜和铁催化活性中心。通过对其微观结构的详细表征,并结合其催化性能的研究建立起活性与组成、结构三者之间的关联,阐明了这些金属物种化学态与其催化活性之间的本质联系。研究结果从分子层面揭示了MCM-41表面Cu ₂的热解化学机制,给出了具有明确组成和微观结构的CuO、Cu₂O和Cu(0)/MCM-41材料的新制备途径, 并阐明了含铜介孔分子筛催化苯酚羟基化反应中Cu活性中心的作用本质以及铁核性相关的苯酚羟化机制;基于分子构筑的、结构和组成明确的双核二铁 簇,发现并提出了铁催化HC-NO选择性催化还原反应新途径;借助X射线精细结构分析光谱技术鉴别了含铁、钛沸石分子筛光催化剂和N掺杂二氧化钛可见光催化剂的光活性物种及局域结构,提出了“表面激发光催化作用模型”新概念。     

TS-1及HZSM-5分子筛对典型气相分子的光催化降解与选择性氧化

以典型气态探针分子及骨架含高分散非毗邻过渡金属(Ti, Fe)的沸石分子筛材料(TS-1, HZSM-5)、半导体二氧化钛(P25)为考察对象, 拟通过沸石分子筛对不同探针分子所表现的迥异光催化行为揭示催化材料本征物化结构、吸附特性、活性位类型对光催化行为的影响规律. 催化材料表征及所获得的气相光催化反应结果表明: 沸石分子筛(TS-1, HZSM-5)上的光催化氧化-还原反应主要通过表面金属-氧结构单元的电荷转移激发态实现; 源于独特MFI拓扑孔道结构的优异吸附能力、特殊表面活性位分布环境及不同的光生电子-空穴分离机制, 使得具规整分子级孔窗的TS-1及HZSM-5对三氯甲烷的光催化降解效率与活性稳定性远高于传统二氧化钛光催化剂; 对单碳分子甲醇及含仲碳醇羟基异丙醇的光催化反应中, 上述沸石分子筛则表现异常突出的选择性氧化特征, 对终端产物甲醛及丙酮均具较高的转化效率和选择性. 本文的反应设计路径及选择性氧化结果, 可为高分散过渡金属修饰沸石分子筛在有机小分子的光催化转化上提供思路借鉴.     

原位FTIR技术考察金红石TiO2的表面羟基及其对甲苯的光催化氧化作用

表面羟基是TiO2表面性质的一个重要组成部分,是TiO2光催化活性的一个重要影响因素。在光催化反应过程中,TiO2的表面羟基不仅能够与光生空穴反应生成羟基自由基(OH·),而且还可能成为有机物的吸附中心而改变反应物的吸附形态并影响反应物分子的催化反应,因此,研究TiO2的表面羟基有助于更深刻理解光催化反应机理。本工作以金红石TiO2为研究对象,在自制的原位红外测试系统中探测了样品在经过不同温度真空处理后,样品表面羟基的数量、种类和分布的变化;以甲苯为反应探针分子,采用原位FTIR技术研究了不同表面羟基对甲苯的吸附作用和光催化反应性能。结果表明,金红石TiO2表面含两种热稳定性不同的羟基,一类是在高温下保持相对稳定的孤立羟基,其红外吸收波数在3 724,3 700,3 652cm-1,其中3 652cm-1的吸收强度最大;另一类是热稳定性较差的氢键羟基,其红外吸收波数在3 648,3 610,3 413,3 362cm-1,这些羟基在热处理温度为250℃时几乎消失。在吸附甲苯的过程中,只有吸收波数在3 648,3 610和3 652cm-1的羟基强度减小,是甲苯的吸附中心,而其余羟基几乎不变。     

TiO2对牛血清白蛋白的光催化降解的研究

报道了TiO2对牛血清白蛋白（BSA）的光催化降解。利用紫外-可见光谱（UV—Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及高效液相色谱（HPLC）研究了降解过程并对降解终产物进行了分析。结果显示：在近紫外灯（365nm）照射下,BSA在5h内就可以被TiO2光催化完全降解为小碎片,延长反应时间到40h可使BSA完全矿化（93．5％）,其中C,N和S分别被矿化成CO2,NO3^-和SO4^2-而在仅有紫外灯或仅有TiO2存在的条件下,5h内仅有30％左右BSA被降解为小碎片,即使延长反应时间,也无法使BSA矿化成CO2和无机离子。     

介孔分子筛表面丁基锡的制备和性能

在高真空系统中研究了MCM-41介孔分子筛与四丁基锡的反应,并用元素分析、气体容量分析、XRD、FTIR、 ¹³C及 ¹¹⁹Sn MAS NMR和氮气及烃吸附等方法表征了产物的组成、结构和性质。结果表明,MCM-41的表面羟基与四丁基锡能在150℃发生反应,在200℃预脱水处理后的MCM-41上生成组成为(≡Si-O) _xSn(n-Bu) _4-x的表面混合物,而在500℃预脱水处理后的MCM-41上则得到组成为≡Si-O-Sn(n-Bu)₃的表面单接枝物种;表面接枝丁基锡物种导致MCM-41的孔道尺寸变小,表面组成改变,从而引起对烷烃的吸附行为发生变化。