磷钼酸作为低温碳燃料电池的碳间接电氧化介质

以磷钼酸作为低温下碳间接电氧化的介质构建新型碳燃料电池。通过线性电位扫描和计时电流法研究不同碳材料、不同反应条件、不同反应时间、不同磷钼酸浓度对碳间接电氧化性能的影响。采用循环伏安法研究碳在磷钼酸介质中的间接电氧化机理。研究结果表明,椰壳活性炭的间接电氧化活性要明显高于煤和煤质活性炭。以磷钼酸为介质时,采用光照与升温80oC避光的条件均可以提高碳间接电氧化性能,且提高程度接近。由循环伏安测试分析出磷钼酸中+6价Mo可将碳氧化,且被还原成+5价Mo,随后又在阳极上重新被电氧化回+6价Mo,通过该过程将从碳材料上获得的电子转移到阳极上,从而实现碳在低温条件下的间接电氧化过程。并且通过对光照条件的分析,证实光对磷钼酸催化碳电氧化反应有两方面的促进作用:一方面光的热效应使反应温度升高,从而提高反应速率;另一方面磷钼酸利用其特有结构吸收光能,提高磷钼酸与碳的反应速率,且后者促进作用更明显。以VO2+/VO2+为阴极构建的碳燃料电池全电池室温下功率是0.087m W?cm-2,验证了碳燃料电池在常温条件下运行的可行性。     

硫粉为硫源,多元醇辅助合成硫化钼纳米片

MoS₂ nanosheets are prepared with sulfur powder and Na₂MoO₄ by a one-pot two-phase method at 170-200 ℃ for 8 h. In addition, a three-step growth mechanism based on the aggregation and coalescence model is proposed. The reassembly of sulfur powder ensures the transformation from sulfur powder to H₂S to reduce Na₂MoO₄ and plays a key role in the successful preparation of MoS₂ nanosheets. The as-prepared MoS₂ nanosheets are rich in unsaturated sulfur atoms, probably resulting from the dislocation cores of the MoS₂ nanosheets, which have been found to be beneficial for hydrogen evolution reaction catalysis. The method and growth mechanism adopted in this study may be applied to other transition metal dichalogenides for similar structures. The facile and green method provides an alternative for the preparation of MoS₂ nanosheets.     

Zn/SiO_2气相催化裂解1,1,2-三氯乙烷脱HCl:酸性与失活

用浸渍法制备了一系列SiO_2负载的过渡金属催化剂M/SiO_2(M为第Ⅳ周期过渡金属),用于气相催化裂解1,1,2-三氯乙烷(TCE)脱HCl的反应。研究发现,在M/SiO_2催化剂中,Zn/SiO_2催化性能最好,TCE转化率能达到98%,顺-1,2-二氯乙烯(cis-DCE)的选择性为82%。随着Zn负载量的增加,Zn/SiO_2催化剂上TCE转化率逐渐增加,与催化剂上总酸量变化一致。将总酸量以Zn负载量归一化得到比酸量,则比酸量越大,Zn/SiO_2催化剂比活性越高,表明Zn/SiO_2催化剂表面酸性中心是TCE脱氯反应的活性中心。Zn/SiO_2催化剂在TCE脱HCl反应中存在一定的失活现象,归因于反应过程中催化剂表面积炭。低Zn负载量催化剂上会产生较多积炭,归因于其具有较多强酸性中心,表明催化剂表面强酸中心是导致催化剂积炭和失活的主要原因。     

TiO_2纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展

阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列因其简单的制备方法、可控的形貌以及环境友好等优点而成为超级电容器领域重点研究的电极材料之一。本文介绍了TiO_2纳米管的多重改性方法,包括引入氧空位、金属或非金属修饰或掺杂、金属化合物(氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物)以及导电聚合物修饰等,以进一步提高TiO_2纳米管的电化学性能。介绍了近年来阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列在超级电容器中应用的研究进展,为进一步拓展TiO_2纳米管阵列的实际应用提供参考。     

极长与极短的铜铜距离-吡唑环三核亚铜配合物亲铜作用本质及发光调控

本文结合近年来亲金属作用研究领域的进展,针对本课题组在环三核亚铜配合物方面的最新研究成果,讨论了两个铜(I)–铜(I)作用相差悬殊的体系。一是通过构筑具有环三核单元的三棱柱笼状配合物,确认在正堆积模式下即使环三核单元之间亲铜作用极弱依然可以在磷光发射态中产生强亲铜作用,且通过配体的预留配位点与Cu_2I_2簇连结从而得到自校准大范围发光温度计;二是通过与亲铜作用正交的Br―Br卤键,实现环三核亚铜配合物前所未有的极短铜(I)–铜(I)距离,通过各种电子结构分析方法研究其本质。结果表明即使当铜(I)–铜(I)距离很接近铜的范德华半径和时,其本质依然为闭壳层作用,而Br―Br作用总为闭壳层作用,且该体系中最强的Br―Br作用很好地体现出一个Br原子的σ穴和另一个Br原子的负静电势区域的匹配性。     

纳米自组装γ-Al_2O_3孔隙结构的核磁共振表征

纳米自组装γ-Al_2O_3具有两种纳米级孔道,可作为适合于大分子扩散的催化剂载体,也可用于页岩气藏模型。表征纳米材料孔隙结构的方法有扫描电镜、氮吸附法及压汞法等,各有局限。本文利用核磁共振弛豫测量对纳米自组装γ-Al_2O_3孔隙结构进行研究和定量表征,并通过核磁共振实验和数值模拟对纳米自组装γ-Al_2O_3表面弛豫强度及孔径分布进行探索。结果表明,数值模拟核磁弛豫表征的纳米自组装γ-Al_2O_3的主体孔径为5-7 nm和30-42 nm,核磁弛豫实验通过误差函数法表征的主体孔径为5-9 nm和29-47 nm。相比于氮吸附仅表征微孔介孔及部分大孔,不能表征大于100 nm孔径,压汞法描述小于10 nm孔径相对不准确等问题,核磁弛豫能够全面表征2.8-315 nm纳米自组装γ-Al_2O_3的双峰孔隙系统。三个样品S-1、S-2、S-3的横向弛豫时间T_2谱小孔大孔波峰的信号幅度比0.603、1.15、1.84直接反映各自的化学小孔大孔氧化铝投料比0.85、1.38、1.7的变化。建立的表征方法可以应用于页岩气微观结构和机理研究中,前景广阔。     

Pd/γ-Al_2O_3催化剂催化氧化邻-二甲苯

利用纳米γ-Al_2O_3(10 nm)和普通γ-Al_2O_3(200-300 nm),采用浸渍法制备了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂,考察了其催化氧化邻-二甲苯的性能以及催化剂的活性在氢气还原前后的区别。实验结果发现1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)在H_2还原后催化氧化邻-二甲苯的活性最高,T_(90)为150℃。利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,研究了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂物性结构与催化性能之间的构效关系。结果表明,还原态Pd是H_2还原后催化剂催化氧化邻-二甲苯的活性物种;Pd的颗粒大小与催化剂活性有显著的关系,小粒径有利于催化剂活性提高;纳米γ-Al_2O_3载体与Pd之间的相互作用强,有利于Pd的粒径控制和分散,从而提高1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)催化剂的活性。     

蒸氨法制备铜硅催化剂的二甲醚水蒸气重整制氢性能

采用蒸氨法制备出不同Cu负载量的xCu/SiO_2-AE催化剂,并将其用于二甲醚水蒸气重整制氢反应。当Cu负载量为30%(w)时,30Cu/SiO_2-AE催化剂表现出最佳的催化性能。结果显示,该方法制备的催化剂表面具有高度分散的CuO和层状硅酸铜物相,经还原后分别形成Cu~0和Cu~+物种。与常规浸渍法制备的30Cu/SiO_2-IM催化剂相比,蒸氨法制备的30Cu/SiO_2-AE催化剂具有优异的催化稳定性和活性,这与其独特的层状结构和表面Cu~0与Cu~+之间的协同作用相关。     

微波辅助裂解离子液体制备硫氮共掺杂多孔碳材料

Sulfur and nitrogen co-doped porous carbon (SNDPC) was successfully synthesized using one-step microwave-assisted pyrolysis of ionic liquid. The structure and morphology of the pyrolysis products were characterized by Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The pyrolysis mechanism of the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide (EMImNTf₂) under microwave irradiation was discussed. Microwave irradiation was found to accelerate the pyrolysis of EMImNTf₂. The cation of EMImNTf₂ works as the precursor of the carbon backbone of the porous carbon, while the anion acts as sulfur source and porosity-directing regulator. The SNDPC was obtained at 320 ℃ and exhibited graphitic structure with numerous surface defects. The atomic percentages of N and S in SNDPC were 12.84% and 1.07%, respectively. The N atoms mainly substitute the C sites in the graphitic carbon matrix, whereas the S atoms mainly bond to the ledges and defects of the carbon matrix.     

负载型双金属催化剂的制备及其等离子体催化氨分解制氢性能

利用等体积浸渍法制备了Fe-Co、Fe-Ni、Mo-Co、Mo-Ni双金属催化剂(总金属含量均为10%(w,质量分数),双金属摩尔比均为1:1),考察了其在等离子体条件下氨分解活性,结果表明Fe-Ni双金属催化剂表现出较好的协同作用。在此基础上,进一步考察了Fe/Ni摩尔比对其活性的影响。结果表明:当Fe/Ni摩尔比为6/4时,氨分解活性最好,而且该双金属催化剂稳定性良好。采用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对催化剂的物化性质、还原性能、微观形貌等进行了研究。结果表明:活性较好的Fe-Ni双金属催化剂中,Fe与Ni形成尖晶石结构NiFe_2O_4,该结构有利于Fe和Ni的还原,即活性组分易恢复金属态,这可能是其活性较高的原因。