气体电极反应动力学的薄膜旋转圆盘电极方法研究

薄膜旋转圆盘电极方法是一种常用的评价气体物质在纳米电催化剂上的反应活性的方法,但是在数据分析过程中经常忽视了气体反应物在催化剂层中到活性位点的传质可能对估算的反应动力学参数的影响.本文以氧电极反应为例,使用薄膜旋转圆盘电极研究了不同担载量Pt/C电极的氧还原活性.实验结果表明,根据Koutecky-Levich方程求算相同电位下的"表观动力学电流密度"(对Pt活性面积归一化的mA/cm2Pt)或比质量电流(mA/μg Pt)随Pt担载量的减小而增大,说明在估算动力学电流时不能忽略O2在催化剂层中的扩散传质,而气体在催化剂层中的传质与催化剂层的结构、厚度、纳米催化剂的分散度等密切相关.建议在使用薄膜旋转圆盘电极方法来研究纳米催化剂气体电极反应活性时,首先系统考察担载量、分散度与催化剂层厚的影响,然后根据不同担载量催化剂归一化后的动力学电流密度(或比质量电流)-电势曲线是否重合来验证得到的是否是真实的动力学电流,从而得到更为准确的评价结果.     

CexTi1-xO2复合氧化物表面结构和体相结构的演变

利用X射线衍射、N₂吸附等温线、X射线光电子能谱、X射线吸收谱、H₂-程序升温还原、甲基橙选择化学吸附和等电点测定等方法研究了共沉淀方法制备的一系列Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的结构. 成功发展了甲基橙选择化学吸附和等电点方法研究Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的最外层表面结构, 并定义了“等价CeO₂表面覆盖度”来描述Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的最外层表面结构. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物 (x ≥ 0.7)形成立方萤石相固溶体, Ce_0.3Ti_0.7O₂表现出纯的单斜相, 而其它复合氧化物表现出混合相. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物最外层表面结构的演变行为不同于其体相结构.Ce_0.7Ti_0.3O₂立方萤石相固溶体最外层表面已经部分形成了单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂, 随Ce含量的降低, 单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂从最外层表面向体相生长. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物立方萤石相固溶体和单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂分别在相对较低和较高的温度表现出好的还原性能. 上述结果提供了全面和深层次的Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物结构信息.     

TiO2晶面依赖的Ir-TiOx相互作用对Ir/TiO2催化剂巴豆醛选择性加氢性能的影响

α,β-不饱和醇是一类重要的精细化学品,主要通过α,β-不饱和醛选择性加氢获得.由于α,β-不饱和醛分子中含有共轭的C=C键和C=O键,且后者键能更大,在热力学和动力学上均不利于C=O键的选择性加氢生成α,β-不饱和醇.因此,提高α,β-不饱和醛中C=O的加氢选择性是催化领域中一项挑战性的课题.巴豆醛属于典型的α,β-不饱和醛,研究其选择性加氢生成巴豆醇具有广泛的代表意义;Ir负载在具有还原性载体(如TiO2)上时,表现出很好的C=O加氢选择性,因此,成为近年来的研究热点.由于暴露不同晶面的TiO2具有不同的形貌和电子结构,因此研究Ir-TiO2相互作用的晶面依赖性及其对巴豆醛选择性加氢反应的影响具有重要意义.本文以分别暴露{101}、{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2纳米晶为载体,制备了负载型Ir/TiO2催化剂,系统研究了催化剂经过不同的预处理过程(在不同温度下H2还原和O2再氧化)后对巴豆醛的气相选择性加氢的性能.利用高分辨透射电镜、原位X射线光电子能谱和原位漫反射红外光谱及氨程序升温脱附等技术研究发现,预处理条件显著改变了Ir-TiOx的相互作用,包括Ir金属的几何、电子性质及催化剂表面酸性.这种相互作用与TiO2的暴露晶面密切相关,从而改变了不同Ir/TiO2催化剂上不同加氢反应行为.研究结果表明,经300℃预还原的Ir/TiO2-{101}催化剂催化性能最好,在80℃下初始反应速率为166.1 μmol g-Ir-1 s-1,巴豆醇的生成转化频率为0.022 s-1.与其他催化剂相比,Ir/TiO2-{101}催化剂表面Ir0浓度最高,表面酸度适中,因此表现出最佳的催化性能.同时Ir-TiOx界面在反应中的协同作用,对H2和巴豆醛分子中C=O键的吸附和活化起到了关键作用.然而当催化剂经过400℃的H2预还原后,由于产生了强的金属-载体相互作用使得TiOx对Ir粒子进行了包裹从而导致Ir-TiOx界面缺失,因而催化剂催化巴豆醛加氢性能降低.本文为理解金属-载体相互作用对巴豆醛选择性加氢反应的影响提供了新的见解,并为设计高性能α,β-不饱和醛选择性加氢催化剂提供了理论依据.     

基于碳纳米管分子封装的一维电子波函数扫描

利用第一性原理,设计并研究了一类基于单臂碳纳米管的分子封装的分子体系．计算表明,半环葫芦脲类化合物可有效封装碳纳米管,引入微弱的分子间相互作用,对碳纳米管的电子态能级结构分布 仅带来微弱影响．半环葫芦脲分子与碳纳米管在管径方向的一维电子态波函数充分耦合,进而有效改变了一些前沿分子轨道的波函数在管径两头的分布以及相应的电子布居浓度．基于电子输运的模拟,发现半环葫芦脲分子在碳纳米管一维方向滑动时的某个电压下的电导变化可准确反映电子态波函数在相应分子导电通道上的一维分布信息．     

粘土担载的钼基催化剂的制备、结构及CO加氢合成醇性能

采用溶胶凝胶法与等体积浸渍相结合制备了一系列以粘土为载体的K-Co-Mo催化剂. 采用XRD、N₂等温吸脱附、H_{26+的还原,但对Mo⁴⁺和Co²⁺的还原没有明显的影响. 催化剂经还原后,在其表面生成了一种更低价态的Mo^δ+(1<δ<4)物种,被认为是合成醇的活性中心. 与非负载催化剂相比,粘土担载的K-Co-Mo具有更高的合成醇性能. 负载型催化剂具有较高的活性物种分散度,并且其介孔结构在一定程度上延长了合成醇反应中间体的滞留时间,从而促进了低碳醇的生成. 经773 K还原的催化剂具有较高的活性,其原因可为催化剂表面具有较高含量的Mo^δ+物种.}     

磷酸钾缓冲溶液与模型细胞膜相互作用的和频光谱

利用和频光谱技术详细研究了磷酸钾缓冲溶液与带负电荷的生物仿生膜(d₅₄-DMPG磷脂双层膜)相互作用的实时过程．通过监控CD₂、CD₃、磷脂分子头部的磷酸根以及羰基官能团的光谱信号随加入磷酸钾缓冲溶液的实时变化,获得了磷脂双层膜分子结构的动力学变化．结果表明K⁺能够结合到细胞膜上,并且很快地引起了CD₂、CD₃、磷脂头部磷酸根以及羰基官能团信号的变化．根据各官能团的和频信号响应,磷酸钾缓冲溶液很可能是通过在双层膜中形成环形气孔来与磷脂双层膜发生作用．该结果可以很好地解释磷酸钾缓冲溶液环境下的离子协助蛋白质的跨膜过程．     

四氧杂卟啉二价正离子共振拉曼光谱的TDDFT计算研究

采用DFT/TDDFF计算和极化率的态求和方法研究了四氧杂卟啉二价正离子(TOP²⁺)B态(S₂态)激发的共振拉曼(RR)光谱, 计算模型同时处理了A项和B项对拉曼极化率的贡献.用PBE1PBE、B3LYP、Cam-B3LYP、B3LYP-D3四种交换-相关泛函计算得到的RR光谱总体上相似,其中PBE1PBE和B3LYP 给出的RR 强度与实验吻合得更好一些. 对于全对称振动(A_1g),其拉曼谱带相对强度的理论计算结果与实验一致;TDDFF计算表明： 相对于基态,TOP²⁺的B态沿υ2、υ6、υ7、υ8简正模式有较大的无量纲位移, 导致相应的RR带有较大的强度. 非全对称的B_1g和B_2g 模式通过B项机理增强,其强度比A_1g模式小1～2个量级,与实验结果定性符合. 与实验相比,υ10模式(B_1g)RR强度的理论值过小,而υ11模式(B_1g)的理论值偏大;这可能是由于TOP²⁺的B-态(S₂态)具有Jahn-Teller效应.     

NH3的同步辐射光电离

用同步辐射光在１０．０－１１．８ｅＶ能量范围内测量了ＮＨ３的光电离效率曲线，观察到在台阶状的离子振动谱上叠加了丰富的自电离结构。通过相应振动结构分析，得到ＮＨ３分子离子基电子态的振动波数ωｅ和非谐性常数（ωｅχｅ），对于出现的自电离结构可归类于ｎｓａ１（ｎ＝５，６），ｎｐａ１（ｎ＝５，６）和ｎｐｅ（ｎ＝６，７）Ｒｙｄｂｅｒｇ系列。     

CH^35Cl3和CH^35Cl2^37Cl分子V=3的傅里叶变换光谱研究

采用傅里叶变换光谱技术（ＦＴＳ）记录了ＣＨ＾３５Ｃｌ３和它的同位素分子ＣＨ＾３５Ｃｌ２＾３７Ｃｌ的Ｖ＝３的高分辨光谱，由于０．０２ｍ＾－１分经不足以分辨Ｋ结构，我们将所观察到的谱线近似归属为Ｋ＝０的转动能级，归属了ＣＨ＾３５Ｃｌ３岔子４〈Ｊ〈７３，ＣＨ＾３５Ｃｌ＾３７Ｃｌ分子６〈Ｊ〈５３的转动级。最后采用最小二乘法拟合，得到了关于Ｊ的转动常数和振动带心。     

不同阳离子Y分子筛上金属络合物的吸附和分解 Ⅱ.Co(CO)_3NO吸附和分解的红外光谱表征

采用红外光谱表征了含不同阳离子的Ｙ分子筛上Ｃｏ（ＣＯ）３ＮＯ的吸附和分解及其和阳离子的作用．结果表明，Ｃｏ（ＣＯ）３ＮＯ吸附后主要形成Ｃｏ（ＣＯ）ｘＮＯ（ｘ＝２，３），并出现热稳定性较高的Ｃｏ（ＮＯ）２＋２．产生Ｃｏ（ＮＯ）２＋２的机制和最终分解产物与分子筛阳离子的性质有关．ＮａＹ上Ｃｏ（ＣＯ）ｘＮＯ歧化产生少量Ｃｏ（ＮＯ）２＋２，分解产物主要为Ｃｏ（０）；ＣｏＹ中Ｃｏ２＋的存在部分避免了Ｃｏ（ＣＯ）ｘＮＯ的歧化，分解得到的Ｃｏ（０）含量较高；ＮｉＹ，尤其ＣｕＹ阳离子和吸附物种发生电子转移，形成ＮＯ＋中间物种，氧化Ｃｏ（０）产生Ｃｏ（ＮＯ）２＋２，分解产物为Ｃｏ（０）和Ｃｏ（Ⅱ）的混合物．