ZnCr双金属层状材料对废水中酸性红14的吸附性能

采用共沉淀法制备性能优异的层状材料锌铬水滑石(Zn_xCr-LDHs, x=2, 3, 4), 并探究各种因素对吸附酸性红14(AR14)的影响。XRD、ICP、FTIR及BET表征结果表明:合成的Zn_xCr-LDHs晶型良好且稳定, 具备介孔结构。实验结果表明:最佳吸附剂为Zn₃Cr-LDHs, 比表面积为101 m²·g^-1, 对AR14的最大吸附容量为484.63 mg·g^-1。同时, 降低溶液pH值和提高溶液温度均可促进AR14的吸附。该吸附过程分别符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型。结合Materials Studio 5.5软件模拟, 推测该吸附机理主要以表面吸附为主, -SO₃^-基团是反应点。     

基于水滑石的Zn-Cr-Cu复合金属氧化物的制备及其对罗丹明B的光催化降解性能

采用共沉淀法一步组装获得席夫碱铜(Ⅱ)插层的Zn-Cr水滑石(ZnCr-SBCu-LDHs),再经500℃高温焙烧制得新颖的Zn-CrCu复合金属氧化物(ZnCr-SBCu-LDO)光催化材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射图谱(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)对催化材料的结构和性质进行分析表征。以较难被水滑石吸附的阳离子型染料罗丹明B(RhB)作为模型,研究材料的光催化活性,考察材料用量、RhB溶液的初始pH值、温度以及H_2O_2初始浓度等对光催化活性的影响。结果发现:ZnCr-SBCu-LDO具有优异的光催化活性,在初始pH值为7.40、温度为25℃以及H_2O_2初始浓度10 mmol·L~(-1)的条件下,光照4 h后,1 g·L~(-1)的催化材料对5 mg·L~(-1)的RhB溶液的降解效率可达98.68%。此外,进一步对催化剂的再生能力进行了研究,并初步探讨了光催化降解的机理。     

含Ce水滑石基复合氧化物对混合染料的光催化性能

将具有光催化活性的Ce O_2和锌锡水滑石进行复合,经焙烧得到光催化性能较高的Ce O_2/Zn O/Sn O_2复合氧化物。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射图谱(UV-Vis DRS)技术对样品的晶体结构、表面形貌和光学性能进行表征,并利用密度泛函理论(DFT)计算样品的态密度,分析其电子能态结构。以甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的混合溶液(C_(MO)∶C_(MB)=1∶1)模拟染料废水,研究Ce O_2含量和焙烧温度对复合氧化物光催化降解混合染料的影响。结果表明:随着Ce O_2含量和焙烧温度的增加,复合氧化物的结晶度及对MO和MB的光催化活性得到增强;同时,复合氧化物对混合染料中MO的降解率优于MB。其中Ce O_2含量为20%,焙烧温度为700℃时的复合氧化物表现出最佳的光催化性能,对混合染料中MO和MB的降解率分别达到96.7%和95.0%。结合实验结果和理论计算,推测了混合染料中MO和MB的降解路径。     

Au/Pd(111)双金属表面催化噻吩加氢脱硫的反应机理

采用密度泛函理论（DFT）计算了Pd（111）表面含有N（N=1-4）个Au原子数目时的表面形成能,选取最优构型进一步研究了噻吩在Au/Pd（111）双金属表面的吸附模式及加氢脱硫反应过程. 结果表明：当Pd（111）表面含有1个Au原子时,其形成能最低. 在Au/Pd（111）双金属表面噻吩初始吸附于Pd-Hcp-30°位时,其构型最稳定. 在各加氢脱硫过程中,反应总体均放出热量. 对于直接脱硫机理,其所需活化能较低,但脱硫产物较难控制;对于间接脱硫机理,反应最有可能按照顺式加氢方式进行,C―S键断裂开环时所需活化能最高,是反应的限速步骤. 此外,与单一Au（111）面及Pd（111）面相比,Au/Pd（111）双金属表面限速步骤的反应能垒最低,表明AuPd双金属催化剂比Au、Pd单金属催化剂更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行.     

In-Au(111)和Ir-Au(111)合金表面的性质及其对巴豆醛的吸附比较

采用密度泛函理论研究了M（M=In,Ir）原子修饰的M-Au（111）合金表面的稳定性,并选其最优模型探讨了合金表面的活性及其对巴豆醛的吸附。合金的几何构型、形成能和结合能等性质表明,In-Au（111）面的稳定性随In原子的间距增大而提高,Ir-Au（111）面的稳定性随Ir原子的间距增大而降低。对于巴豆醛在MAu（111）面上的吸附,当其通过C＝O吸附于合金表面的Top_M位时,吸附能最大,吸附构型最稳定。从巴豆醛的结构变化、态密度、差分电荷密度以及Mulliken电荷布居等分析可以看出,稳定吸附构型的巴豆醛分子形变较大,电荷转移明显。其中,位于-7.04 eV至费米能级处的p、d轨道杂化,对体系的吸附具有重要贡献。分析比较In-Au（111）面与Ir-Au（111）面,发现后者的配体效应更佳,不仅具有更高的稳定性和活性,而且对于巴豆醛具有更强的吸附力。此外,相比于改性前的Au（111）面,M原子的修饰明显提升了金属表面的稳定性及吸附能力。     

双金属合金团簇M12Ni(M=Pt,Sn,Cu)催化甲烷干法重整反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了M₁₂Ni(M=Pt, Sn, Cu) 3种双金属合金团簇的电子活性和结构稳定性, 并探讨了甲烷干法重整反应(DRM)在M₁₂Ni双金属团簇表面的反应能量变化情况. 经比较发现甲烷脱氢和二氧化碳活化过程在Pt₁₂Ni团簇表面进行需克服的活化能垒最低, 反应最易进行. Sn₁₂Ni团簇上生成碳需要较高的活化能, 说明Sn₁₂Ni团簇能够有效抑制焦碳的生成, 一定程度上克服了碳沉积导致的催化剂失活现象, 并且Sn₁₂Ni团簇在C ^*和CH ^*氧化过程中表现出最佳的催化活性. Cu₁₂Ni团簇仅在甲烷脱氢过程中表现出较为优异的催化活性.     

Adsorption and Hydrogenation Process of p-Chloronitrobenzene on Au_(20) Cluster:a DFT Study

We have systematically investigated the adsorption and hydrogenation process of p-chloronitrobenzene on Au20 cluster using density functional theory-DFT) calculations.The adsorption of two types of all species,vertical adsorption and parallel adsorption,is compared,revealing that former model is more stable than the latter,and all of the species prefer to adsorb at the vertex site.After adsorption,electrons transferred from Au20 cluster to the p-chloronitrobenzene molecule.Almost all hydrogenation processes are exothermic,and the C–Cl bond scissions are considered as the rate-limiting step for both Paths A-p-CNB→p-CAN→AN) and B-p-CNB→NB→AN) with the energy barriers of 2.62 and 2.95 e V,respectively.These suggest that the C–Cl bond scission is not easy to occur on Au20 cluster due to the high energy barrier,especially the path B.The p-chloroaniline is the main hydrogenation product catalyzed by Au20.     

AuCu/ZnAl-LDO复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用浸渍还原法成功将金铜纳米颗粒负载到锌铝水滑石表面(AuCu/ZnAl-LDHs),焙烧制得复合金属氧化物(AuCu/ZnAlLDO)。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)技术对材料的晶型、形貌、元素组成以及光吸收性能进行分析。以邻苯二酚为降解物,研究AuCu/ZnAl-LDO在可见光下的光催化性能。实验结果显示:相比于纯锌铝复合金属氧化物(ZnAl-LDO),AuCu/ZnAl-LDO具有更强的可见光吸收能力。Au、Cu负载比例为5∶1,焙烧温度为400℃的催化剂在5 h内对邻苯二酚的降解率为94.5%,其降解的反应速率常数为ZnAl-LDO的13.4倍。此外,借助理论计算推测了AuCu/ZnAl-LDO电子转移的路径,并以此提出可能的光催化降解机理。     

Fe3O4/MAl水滑石(M=Zn、Co、Ni)复合物光催化降解亚甲基蓝的性能、动力学与机理

基于低成本、无毒害、光吸收性强的四氧化三铁（Fe₃O₄）和大比表面、高稳定性的水滑石（LDHs）,制备了Fe₃O₄@MAl-LDHs （M=Zn、Co、Ni）复合物并用于典型偶氮染料亚甲基蓝的光催化降解。通过X射线粉末衍射（XRD）、紫外可见（UV-Vis）吸收光谱、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及N₂吸附-脱附测试表征了复合材料的组成与结构。光催化实验表明,最佳反应条件为催化剂用量50 mg、光照强度500 W、pH=9、反应温度40℃,此时,Fe₃O₄@MAl-LDHs复合材料对亚甲基蓝的降解率从LDHs的23.2%大幅提升到87.0%。LDHs对亚甲基蓝的降解主要来自·OH,而Fe₃O₄@CoAl-LDHs光降解活性的贡献主要由·OH和空穴提供。此外,LDHs和Fe₃O₄@CoAl-LDHs的电化学性质也存在较大差异。     

水滑石负载AuCu合金催化水煤气变换反应:催化性能与结构组成

以ZnAl水滑石(ZnAl-LDHs)为载体,合成了负载Au和AuCu合金的水滑石(Au/LDHs和AuCu/LDHs)用于催化水煤气变换反应(WGSR)。利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨率透射电镜(HRTEM)及扫描透射电子显微镜(STEM)表征了负载型催化剂的结构与组成。探讨了不同的Au和Cu物质的量之比(nAu∶nCu)对AuCu/LDHs催化WGSR性能的影响并与Au/LDHs的活性进行了对比。结果表明,负载Au纳米颗粒可明显的提升LDHs催化WGSR的活性,而负载AuCu合金后其活性又进一步的提升。当nAu∶nCu=2∶1时具有最佳的催化效率:活性为207.1μmol·gcat-1·s-1,TOF值为1.79 s-1,活化能为31.1 kJ·mol-1。通过分析对比不同样品的物理化学性质参数,探讨了不同的nAu∶nCu对Au的粒径、分散度、覆盖度及反应活性的影响。此外,X射线光电子能谱(XPS)分析表明,加入第二金属Cu形成合金后增大了Auδ+组分在体系中的含量(nAu∶nCu=2∶1时含量最高),这可能是负载体系催化WGSR具有高活性的原因。