HZSM-5分子筛中邻近酸中心上的协同催化作用

总结了HZSM-5分子筛中邻近的酸中心协同催化作用的研究进展, 包括布朗斯特酸(B酸)和路易斯酸 (L酸)的协同催化、 B酸和B酸的协同催化作用. 综述了通过多种表征手段下协同催化作用机理的研究进展, 以及实验与理论计算相结合并相互验证的研究结果, 对邻近酸中心协同作用下反应分子的共同吸附、 活化与转化路径的特点进行了分析与总结, 提出了对邻近酸中心协同催化作用进行深入研究的关键科学问题和可能的解决方案.     

NH3在硼纳米管表面吸附的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了NH₃在完整和含有缺陷的硼纳米管上的吸附行为以及相关电子性质. 计算结果表明, 对于α硼纳米管, 在不同的直径和手性条件下, NH₃均倾向于吸附在配位数为6的顶位上. 电子结构计算结果表明, NH₃能够吸附在纳米管表面主要是由于N和B原子产生了较强的相互作用. 表明硼纳米管是一种潜在的NH₃气气敏材料.     

中空碳纳米球的制备及VOCs吸附性能

首先, 在碱性条件下, 不使用表面活性剂, 采用St?ber小球法以正硅酸四乙酯(TEOS)和正硅酸四丙酯(TPOS)为硅源, 生成初级氧化硅球形颗粒; 然后, 使酚醛树脂(间苯二酚和甲醛)与球形氧化硅的羟基共缩合形成酚醛树脂-氧化硅复合材料; 最后, 经高温碳化和酸蚀获得了空心碳纳米球(HCNSs). 通过调节TEOS/TPOS的摩尔比获得了一系列具有良好的单分散性且粒径、 壁厚可调节的HCNSs, 其粒径和壁厚分别在280~430 nm和15~63 nm的范围内. 仅以TPOS为硅源时合成的HCNS-0/4具有较大的粒径(426 nm)和壁厚(63 nm)、 较高的比表面积(1216 m²/g)和孔容(0.508 cm³/g), 并且具有较大的挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能, 其正己烷、 甲苯和油气的静态吸附容量分别为2.02, 1.42和0.926 g/g, 正己烷和甲苯的动态吸附容量分别为2.01 g/g和1.37 g/g, 均远高于商业化活性炭.     

水分子在均三嗪基g-C3N4上的吸附

气体分子与光催化剂之间的相互作用对于光催化反应的触发非常重要.对于TiO2,ZnO和WO3等传统金属氧化物光催化剂上的水分解反应而言,已有许多报道研究了水分子在它们表面的吸附行为.结果表明,水分子与催化剂表面的原子形成了O-H…O氢键.石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光响应且化学性质稳定的光催化剂,对其进行修饰以增强其分解水产氢性能的研究非常多.本文通过密度泛函理论计算,全面研究了水分子在均三嗪(s-triazine)基g-C3N4上的吸附情况.首先构建了一系列初始吸附模型,考察了各种吸附位和水分子的朝向.通过比较分析计算得到的吸附能,确定了一种最优的吸附构型,即水分子以竖直的朝向吸附于褶皱的单层g-C3N4表面.水分子中的一个极性O-H键与g-C3N4中一个二配位富电子的氮原子结合形成了分子间的O-H…N氢键.其中,H原子与N原子的间距为1.92?,O-H键的键长由0.976?增至0.994?.进一步通过计算Mulliken电荷,态密度和静电势曲线分析了该吸附体系的电子性质.结果发现在分子间氢键的桥接作用下,g-C3N4上的电子转移至水分子,由此导致g-C3N4的费米能级降低,功函数由4.21 eV增至5.30 eV.在该吸附模型的基础上,考查了不同的吸附距离.当水分子与g-C3N4的间距设为1至4?时,几何优化后总是能得到相同的吸附构型,吸附能和氢键长度也十分相近.随后,通过改变吸附基底g-C3N4的大小和形状,验证了这种吸附构型具有很强的重复性.将2′2单层g-C3N4吸附基底替换为2′2多层g-C3N4(2至5层),3′3和4′4单层g-C3N4,以及具有不同管径的单壁g-C3N4纳米管后,水分子的吸附能随着体系原子数的增多而增大,但吸附模型的几何结构和电子性质基本不变,包括O-H…N氢键的形成和键长,以及电子转移和增大的功函数.另外还研究了非金属元素(P,O,S,Se,F,Cl和Br)掺杂对吸附能的影响.构建模型时,杂质原子以取代二配位氮原子的方式进行掺杂,水分子放置于杂质原子上方.结果显示,引入杂质原子后水分子的吸附能增大,在理论上从吸附的角度解释了元素掺杂增强g-C3N4分解水活性.总之,本文揭示了一种在分子间氢键的作用下,具有高取向性的水分子吸附的g-C3N4构型,这有助于g-C3N4基光催化剂上水分解过程的理解和优化设计.     

油茶果壳活性炭的制备及其对Cr(Ⅵ)的去除

利用磷酸活化法制备油茶果壳活性炭,并将其作为吸附剂用于去除水溶液中的Cr(Ⅵ),同时探讨了不同参数(Cr(Ⅵ)的初始浓度、吸附剂的用量、pH、温度等)对油茶果壳活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:当温度为293 K,Cr(Ⅵ)初始浓度为250 mg/L,pH为2.0时,Cr(Ⅵ)的最大吸附量可达165.0 mg/L。根据吸附动力学原理,发现其吸附过程遵循拟二级动力学模型。Cr(Ⅵ)的去除程度随Cr(Ⅵ)初始浓度的升高而增加,且其平衡数据与Freundlich模型拟合良好。     

水铁矿负载甘蔗渣吸附磷酸根开放性综合化学实验

采用原位沉淀法制备了对磷酸根有较好吸附性能的水铁矿负载甘蔗渣复合吸附剂。通过扫描电镜-X射线能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Zeta电位等手段对负载甘蔗渣吸附剂进行了表征,同时考查了水铁矿负载甘蔗渣吸附剂对磷酸根吸附的行为和机理。结果表明负载后的甘蔗渣对磷酸根的吸附量提高显著,吸附可在30 min内达到平衡,等温吸附线符合Langmuir模型,动力学曲线符合准二级模型,负载吸附剂对废水中磷的去除率高达99.8%。该研究可作为工业分析、应用化学、环境工程等专业高年级的综合化学实验,有利于提升学生的研究兴趣,培养学生将理论知识运用于实际的能力,激发学生的创新能力。     

超微Ni(OH)2纳米粒子的合成及其对Li+的超高吸附性能

在葡萄糖水溶液中合成得到平均粒径为5 nm的α-Ni(OH)2超微纳米粒子。研究结果发现,在水溶液中葡萄糖浓度能够控制α-Ni(OH)2纳米粒子粒径的大小,我们对其中的原理进行了剖析。当没有葡萄糖存在时,合成得到的Ni(OH)2晶型为β型,且颗粒粒径尺寸分布为微米级别。另外,研究发现α-Ni(OH)2超微纳米粒子室温下对中性水溶液中Li^+具有较强的吸附性能,且这种吸附性能随粒径的减小而剧烈增大;粒径为5 nm的α-Ni(OH)2粒子对Li^+的最大吸附量为214 mg·g^-1(远大于文献报道的有关吸附剂对Li^+的吸附容量),而粒径为1μm的β-Ni(OH)2在相同条件下对Li^+的最大吸附量低于30 mg·g^-1。计算分析表明,Li^+在α-Ni(OH)2纳米粒子表面吸附满足Freundlich方程,符合层层吸附模型。