在光催化还原CO2中具有高催化效率的八面体Cu2O修饰的TiO2纳米管

光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展,但是整体的光催化转换效率还非常低。因此,需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配,人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说, TiO2仍存在很多不足,如只能吸收太阳光谱中的紫外光,光生载流子会快速结合,以及光生空穴的强氧化能力等,这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物,并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示,所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构;复合物中的纳米颗粒为Cu2O;当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时,得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加, Cu2O颗粒尺寸增加,具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明, TiO2纳米管为锐钛矿,八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下,由于自身的禁带宽度,纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力;经过Cu2O纳米颗粒的修饰,复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力,其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下,经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中,主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率,我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明, Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域,提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外,我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱,研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明,适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力,增加了光生载流子的数量,从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上,本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下,该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论,我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点,同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载,从而提高了电子和空穴的分离;(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收,促进催化剂最大程度地利用太阳光;(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配,在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力,从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程：氧化钒的保留和氧化钨的牺牲

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活。因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论。但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据。本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应。利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献。
　　催化剂活性测试结果表明, V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/TiO2二元催化剂。催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素。原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Br?nsted酸性位数量及氧化还原能力提高。作为反应的主要活性物种, V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Br?nsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活。在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性。
　　另外, WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性。除此之外, WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种。因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力。
　　活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力。但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性。     

SCR催化剂碱(土)金属中毒的研究进展

在选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统中,催化剂碱(土)金属中毒和再生受到广泛关注。本文综述了SCR脱硝催化剂碱(土)金属中毒的失活机理及基于分子水平上碱金属中毒的研究新思路,并根据催化剂的各种失活机理,有针对性地综述了提高催化剂抗碱金属中毒的途径及中毒催化剂的再生方法。     

杂多酸离子液体催化燃油萃取氧化脱硫性能研究

本文首次将一系列含有不同酸性咪唑阳离子和不同杂多酸阴离子的杂多酸离子液体[C4mim]3PW12O40、[COOH-Cmim] 3PW12O40、[SO3H-C3mim]3PW12O40、[SO3H-C3mim]3PMo12O40和[SO3H-C3mim]4 SiW12O40作为催化剂,乙腈为萃取剂,H2O2为氧化剂,用于催化含二苯并噻吩、苯并噻吩及噻吩模型油的萃取氧化脱硫研究中.实验结果显示,杂多酸离子液体催化燃油脱硫性能不仅与阳离子的酸性强弱有关,而且与阴离子结构密切相关.阳离子的催化活性顺序为:[SO3H-C3mim]+＞[COOH-Cmim]+＞[C4mim]+;阴离子的催化活性顺序为PW12O403-＞ PMo12O403-＞ SiW12O404-.其中[SO3H-C3 mim]3 PW12O40催化活性最高,在60℃反应40min的条件下,二苯并噻吩的转化率约为100％,催化不同硫化物的转化率为:二苯并噻吩＞苯并噻吩＞噻吩.此外,该杂多酸离子液体循环使用5次催化活性仅略有下降.     

甲烷部分氧化过程中强制振荡的动力学Monte Carlo模拟

为了有效控制动力学振荡行为以提高反应的转化率, 利用Monte Carlo 方法研究了甲烷催化部分氧化过程中的强制振荡行为, 探讨了原料气周期性变化对振荡动力学和转化率的影响. 研究表明原料气周期性变化不仅可以有效调控振荡的动力学行为, 产生如短周期振荡和双峰振荡等特殊动力学过程, 而且还可以提高反应的转化率. 当强制过程的周期从T/3 增大到2T(T为自发振荡过程的平均周期), 振荡过程从短周期振荡变化为双峰振荡. 对反应过程中CO的转化率进行了计算, 结果表明原料气周期性变化可以有效提高反应的转化率.振荡动力学的改变和转化率的提高主要是因为强制振荡过程使得催化剂表面发生了从氧化态向还原态的转变.     

pH和还原性双响应性壳聚糖纳米粒子作为药物传输载体

用硫辛酸修饰壳聚糖并制备纳米粒子,用催化量的二硫苏糖醇(DTT)处理得到二硫键交联的壳聚糖纳米粒子.二硫键结构的引入不仅使纳米粒子具有还原相应性,而且还引入疏水基团,疏水性的抗癌药阿霉素和荧光探针荧光素通过疏水作用负载于纳米粒子内.二硫交联结构的形成使负载的阿霉素在没有还原剂的环境中(模拟血液的低还原环境)的释放速率大大减慢,而在10 mmoL/L DTT(模拟细胞内高浓度谷胱甘肽环境)存在下,交联纳米粒子负载的阿霉素快速释放,这可归因于DTT还原二硫键使交联结构破坏.流式细胞实验表明,当介质的pH值由7.4(血液和正常组织pH值)降低到7.0、6.8和6.5(模拟肿瘤组织的微酸性环境)时,交联纳米粒子进入细胞的倾向逐渐增加,这是由于在中性环境中纳米粒子表面是电中性和亲水性的,而在酸性介质中,氨基的质子化使纳米粒子表面带正电荷,zeta电位数据证实这种推断.细胞毒性实验表明,在pH6.5的环境中负载阿霉素的交联纳米粒子对HeLa细胞的毒性大于在pH 7.4时的毒性.     

不同Ce/Mn摩尔比对CeO_2-MnO_x催化剂低温NH_3选择性催化还原NO的影响

以高锰酸钾和硝酸锰为锰源,采用改进的共沉淀法制备了不同Ce/Mn摩尔比的Ce O2-Mn Ox催化剂.以NH3为还原剂,考察了催化剂低温(小于150℃)NH3选择性催化还原NO的性能.并采用XRD,BET,H2-TPR,NH3-TPD和XPS等手段对催化剂的物理化学性质进行表征.结果表明,Ce O2-Mn Ox催化剂在50~150℃温度区间内表现出了良好的催化活性.引入适量的Ce可以有效地改变催化剂的晶粒大小,增强其氧化还原能力;而Mn的加入,促进了其低温SCR活性.当Ce/Mn摩尔比为1∶3时(C1M3),低温活性最佳,在82~150℃温度区间内NO去除率达到90%以上,这主要是由于C1M3催化剂有较高含量的表面吸附氧、大量的弱酸性位点、良好的氧化还原性能以及表面较高含量的Mn4+物种.     

制备工艺对Mn-Fe/ZSM-5催化剂在NH3-SCR催化还原反应中催化性能的影响

分别采用共沉淀法和浸渍法、不同铁前驱物以及不同焙烧温度等研究了制备工艺对Mn-Fe/ZSM-5催化剂的结构、化学组分及NH3-SCR活性的影响。结果显示,当采用Fe(NO3)3作为Fe前驱物,并用共沉淀法制备、300°C焙烧条件下得到的MFZ-CP-N-300样品低温活性最优,在120°C时,其NO的转化率达到96.7%,120-300°C范围内NO转化率始终保持在95%以上。同时利用XRD、NH3-TPD、XPS、SEM、TEM、氮吸附等手段对催化剂结构、晶相、酸位、锰铁氧化物的化学形态及表面的形貌特征进行表征分析。结果表明锰铁氧化物分别以MnO2-Mn2O3和Fe2O3的形式高度分散于催化剂表面,特别是当Mn4+/Mn3+比例为1.254时,有较强的表面中强酸和较多的酸位数,从而增加了NH3的吸附能力,提高NO的转化率。     

炭黑负载Pt-Sn双金属催化剂对乙醇的电催化氧化性能

采用一步还原法(乙二醇为还原剂)与两步还原法(在聚乙烯吡咯烷酮PVP保护下,先用硼氢化钠还原制备Sn溶胶,沉积Pt后用乙二醇还原)制备了炭黑负载Pt-Sn双金属催化剂,利用循环伏安法和计时电流法考察了催化剂制备方法、Pt/Sn原子比、溶液p H值、PVP/Sn质量比、反应介质等对乙醇室温电催化氧化活性和稳定性的影响.以X光衍射、透射电镜及电化学活性面积测定对所得催化剂进行了表征.发现引入Sn明显提高了Pt催化剂对乙醇的电催化活性与稳定性,两步还原法得到的Pt3Sn/C催化剂具有更小的颗粒尺寸,更大的电化学活性面积及更高的乙醇氧化活性与稳定性.与酸性介质相比,该催化剂在碱性介质中的电化学活性更好.     

Fe掺杂改性TiO_2的制备及其可见光催化醇氧化性能研究

以钛酸四丁酯为钛源,硝酸铁为铁源,表面活性剂P123和F127为模板剂采用溶胶凝胶水热的方法制备了具有较高比表面积及可见光活性的Fe掺杂改性Ti O2光催化材料.采用粉末X射线衍射仪、氮气吸附-脱附仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、紫外可见漫反射光谱仪、拉曼光谱仪等对催化剂进行了系统表征.以日用的1 W LED射灯为光源,将催化剂用于分子氧为氧化剂的芳香醇的氧化反应,考察了不同Fe掺杂量对反应的影响.结果表明,0.023%Fe-Ti O2的催化性能优良,具有点击反应的特点,在最佳反应条件下一些醛的选择性大于99%.