微波辅助离子热合成具有高光催化活性的BiOBr片层微米立方体（英文）

微波辅助离子热合成技术因其加热和反应速度快、反应时间短、产物选择性高、环保、节能等优点,而广泛应用于纳米棒、纳米线和中空纳米微球等各种形貌功能材料的合成.BiOBr光催化剂具有毒性低、光生空穴氧化能力强、光降解活性高等优点,在光催化降解污染物方面研究非常广泛.虽然各种形貌的BiOBr光催化剂可以通过传统的溶剂热法合成,但仍然需要开发绿色和高效节能的合成方法,来设计新型结构和高光催化降解活性的BiOBr光催化剂.本文首次报道了由微波辅助离子热自组装的方法合成新型结构的BiOBr微米立方体.该BiOBr由规则的多层纳米片组成,其通过在Br-端表面上选择性吸附离子液体形成,随后形成氢键的兾.π堆叠.结果显示BiOBr是由厚度小于50 nm的纳米片组装成为4μm左右的纳米立方块.其中Bi:Br:O摩尔比为1:1:1,表明生成纯化学计量比的BiOBr,且具有高结晶度的纯四方相.我们通过添加不同的表面活性剂,进一步确认氢键-co-π–π叠层在BiOBr片层立方块形成中的重要性.将BiOBr片层立方块研磨粉碎后其BET表面积为从2.30急剧增至17.3 m~2/g,但其降解RhB活性却大幅度下降.由于纳米片层的层间反射和散射,有效地提升了BiOBr的可见光吸收,光学带隙由2.66窄化为2.56 eV,因而具有高的可见光光降解活性和优异的稳定性及矿化能力.光催化降解180 min后,罗丹明B的转化率约为99.57%,而有机碳去除率高达12.24%;对于磨碎的BiOBr罗丹明B的转化率和有机碳去除率分别为68.68%和8.62%.光催化反应前后的BiOBr中,Bi~(3+)离子的XPS峰位置没有明显的变化,进一步表明BiOBr光催化剂具有较高的稳定性.这种具有高活性、优异的稳定性以及高矿化能力的BiOBr,在实际应用光催化降解染料废水和清洁能源方面显示出很好的潜力.此外,通过光催化反应过程中不同捕获剂的添加确定了光降解的主要活性物种.当加入硝酸银溶液的时候,由于光生电子快速被Ag~+离子捕获,光降解活性明显下降.活性物种的捕获实验表明,光生电子为主要的活性物种.     

具有光增强芬顿活性的有序介孔Fe/TiO2的制备

Fenton反应能够无选择性地降解有机物,甚至能够处理一些不能被生物降解的污染物,其原理为过氧化氢(H_2O_2)和亚铁离子(Fe~(2+))在酸性溶液中生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH),后者将有机物氧化分解.因此,Fenton反应在处理环境问题中占有重要地位.将光催化与Fenton反应结合,相比单独的Fenton反应可提高氧化矿化性能,大大加快反应速率,减少H_2O_2使用量,降低成本,拓宽反应pH范围,其协同作用主要体现在两方面:(1)光催化产生的电子加速Fe~(3+)转变成Fe~(2+),促进Fenton反应进行;(2)Fenton反应中的H_2O_2与光生电子反应降低了电子-空穴的复合率,从而提高光催化降解效率.由于协同作用的存在,污染物的降解效率大大增加.到目前为止,Fenton反应中催化剂的载体多为惰性多孔材料,如沸石、粘土、金属氧化物、介孔二氧化硅、多孔碳和sp2型石墨(石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等)等具有较大比表面积的材料.通常,增加载体的表面积有利于活性位点的分散,但是大比表面积的载体材料会削弱铁催化剂组分之间的相互作用,导致催化剂稳定性差,循环利用几次后会增加铁浸出量.因此,寻求大比表面积和高稳定性的光催化材料依然是巨大的挑战.本文首次通过蒸发诱导自组装法成功制备了Fe离子修饰的有序介孔TiO_2(FT-X),并通过XRD、BET、TEM、XPS和UV-Vis等分析手段对催化剂的结构进行了表征,同时以光芬顿降解罗丹明B反应考察了pH、污染物浓度及载体(TiO_2)结构对催化性能的影响.结果表明,由于Fe离子修饰减小了TiO_2的禁带宽度,FT复合材料具有更宽的可见光响应距离和更强的可见光吸收,在光芬顿反应过程中可以迅速转移电子,避免电子-空穴对的重组,同时加速了Fe~(3+)和Fe~(2+)的转化,显著提高了催化剂的催化性能.另外,将Fe离子原位锚定在有序介孔TiO_2的孔壁上,使FT具有规整的孔道结构和高的比表面积.与不规则多孔材料相比,一方面,该结构有利于活性位点的暴露,另一方面,有序的孔道更有利于光吸收和溶质传输.同时,Fe离子与载体之间具有较强的相互作用,可以有效地抑制反应过程中Fe离子的流失,FT-1.5样品(Fe:Ti摩尔比为1.5%)在经过5次循环测试后依然保持较高的催化活性.     

酚酞型聚醚砜（PES—C）超滤膜的制备及性能

以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和乙醇（EtOH）为添加剂,采用相转化法制得了酚酞型聚醚砜（PES-C）超滤膜。结果表明：当以乙醇为添加剂时,随着乙醇含量的增加,膜上表面变为致密结构,下表面呈多孔结构,水通量先上升后减小;当以PVP为添加剂时,随着PVP含量增加,PES—C膜的指状孔得到发展,膜通量和截留率都上升,当PVP的质量含量为10％时,PES—C膜的通量达到134．3L／（m^2·h）,对牛血清蛋白的截留率达85．1％。     

原位稀土修饰Bi2MoO6高效可见光催化剂

采用原位法制备了系列稀土离子修饰的Bi₂MoO₆可见光催化剂并应用于罗丹明B的光催化降解,HPLC-MS显示该反应经脱除乙基的过程形成5个中间产物,最后完全矿化。研究表明,Gd³⁺修饰效果最佳,且原位法优于浸渍法,主要归因于Gd³⁺进入Bi₂MoO₆晶格,形成施主能级,导致能级带隙变窄,不仅有利于可见光活化光催化剂,而且阻碍电子-空穴复合并抑制修饰剂流失,从而提高光催化活性和稳定性。     

可重复使用的有序介孔碳-氧化钛吸附-光催化剂用于去除水中苯酚

制备了有序介孔碳-氧化钛吸附-光催化剂,利用可见光高效降解水中苯酚.为去除水中高浓度苯酚,设计了吸附-光催化循环,即暗条件吸附8h,分离催化剂和将固体催化剂置于可见光下辐照8h.经过10次循环,水中高浓度苯酚(200mg/L)几乎可被完全降解.详细讨论了TiO₂晶格中非金属掺杂、介孔碳壁对TiO₂纳米颗粒聚集的阻抑作用、介孔孔道吸附苯酚性能等因素对吸附-光催化剂性能的影响.有序介孔碳-氧化钛复合体有效地结合了物理吸附和光化学降解技术,有望用于降解水中难生物降解的高浓度有机污染物.     

高性能麦芽糖加氢Ru-B/SBA-15非晶态合金催化剂的制备

以介孔氧化硅(SBA-15)为载体, 采用超声辅助(NH₄)₂RuCl₆浸渍和BH₄^-还原法制备了负载型Ru-B催化剂, 并通过X射线衍射、X光电子能谱、差示扫描量热法和透射电子显微等技术表征了该催化剂.结果表明, 所制得的Ru-B-X/SBA-15催化剂具有非晶态合金结构, 且Ru-B颗粒高分散在SBA-15的孔道中.在液相麦芽糖加氢反应中, 与采用RuCl₃为金属源制得的Ru-B-C/SBA-15相比, Ru-B-X/SBA-15催化剂具有更高的活性, 是非负载型Ru-B-C催化剂的7倍以上, 且能重复套用11次而未发生显著的失活.     

仿生不对称转氨化合成手性α,ω-二氨基酸

以ω-溴-α-酮酸为原料,发展了一种合成手性α,ω-二氨基酸的高效方法,通过手性吡哆胺催化ω-溴-α-酮酸的不对称转氨化和NH₃对ω-溴的取代反应,在温和条件下一锅法合成了6个带有不同长度直链手性α,ω-二氨基酸,收率49~93%, ee值最高可以达91%,其结构经¹H NMR和¹³C NMR表征。     

尺寸可控、高热稳定性有序介孔碳Au催化剂的合成

纳米Au催化剂被认为是具有商业价值的用于醇选择氧化的第二代催化剂.这是因为Au氧化还原电势高,化学稳定性好,可抑制易使Pt族元素中毒的胺等的毒化;其次,对于一些特定选择氧化和还原反应而言,具有较优的反应选择性.目前较多的研究集中在调变Au纳米颗粒与氧化物载体的相互作用,获得协同效应.例如,利用CeO2纳米晶为载体,沉积Au纳米颗粒(约3 nm),使CeO2部分还原为非计量比的催化材料,活化氧并获得高选择氧化性能.碳是相对惰性的载体,与Au相互作用力弱,因此可被用于研究Au纳米颗粒本征催化性能.但负载碳金催化剂在焙烧甚至还原过程中易团聚,且在反应中易流失,可能导致活性下降.利用胶体沉积法可获得介孔碳担载纳米Au催化剂,对葡萄糖选择氧化具有很高的催化活性和选择性.但是,制备中使用的保护剂残留经常被忽略.由于立体效应或电子结构调变作用,保护剂可能影响Au催化剂活性或稳定性.我们前期建立了反应单体参与的自组装技术合成功能化介孔碳路线,一步在介孔碳骨架中掺杂氧化物纳米催化剂.本文从介孔催化材料的结构出发,设计“镶嵌”在碳骨架中的纳米Au颗粒.采用配位作用辅助表面活性剂自组装技术,以苯酚和甲醛为碳前体,引入含巯基硅烷偶联剂,通过配位作用稳定金离子,获得尺寸可控介孔碳限域纳米Au催化剂.低温炭化中,由于巯基-金的配位作用阻抑金属移动或团聚,高温下聚合物炭化为相对刚性的碳骨架.此时,Au纳米颗粒被相邻介孔孔墙限制.硅烷偶联剂可除去,不影响碳载体,并可产生丰富二级孔道,获得多级孔道介孔碳材料.X射线衍射和透射电镜结果显示,所合成的催化剂中Au颗粒的尺寸可控,为3-18nm,且具有单分散性,均匀地分散在整个介孔碳骨架中,其含量为1.1-9.0 wt％.金碳催化剂具有有序的二维六方介孔结构.能量散射谱(EDX)也证明了催化剂只含有C,O和Au元素,没有S和Si元素的残留.X射线光电子能谱(XPS)结果显示催化剂表面的Au含量远远低于ICP的测试结果,也证明了Au纳米颗粒分布在介孔碳骨架内,同时只含有C,O和Au元素也与EDX相符.X射线近边吸收谱结果表明,随着颗粒尺寸的减小,Au表面电子性质发生改变.N2吸脱附等温线显示,有序介孔碳金催化剂具有典型的第Ⅳ型曲线,说明孔径分布范围较窄,主孔道尺寸为3.4-5.7 nm.值得注意的是,低压力段吸附量显示明显突跃,暗示其具有一套约为2 nm的次级介孔.所有的催化剂都具有高的比表面积(1269-1743 m2/g)和大的孔体积(0.79-1.38 cm3/g).Au纳米颗粒具有高的热稳定性,在惰性气氛中,即使在600℃也未见明显聚集长大.进一步讨论了合成中影响金纳米颗粒尺寸的重要影响因素.(1)巯基含量:通过调节巯基组分的含量,可以调控催化剂中Au纳米颗粒的尺寸(9-18 nm).需要强调的是,Au纳米颗粒尺寸与巯基在新合成材料中的浓度有关,当巯基含量在所研究的范围中时(1.55-3.06 mmol/g),Au纳米颗粒尺寸仅仅与巯基浓度有关,而与Au浓度无关.(2)硫酸预炭化处理:新合成的材料经过一步硫酸预炭化处理,可以得到尺寸为3 nm的有序介孔碳金催化剂.表征结果证明,经过硫酸预碳化处理,大量表面活性剂被除去,同时聚合物载体发生部分碳化,有助于在后续高温炭化中保护3 nm金颗粒不团聚.尺寸可控、高热稳定性、无配体保护的有序介孔碳负载Au催化剂有望应用在催化和传感器等领域.     

叶酸修饰的具有靶向功能的Mn_3O_4造影剂的制备及其在核磁共振成像中的应用

通过高温热解的方法制备出Mn3O4纳米粒子,再利用正硅酸四乙酯(TEOS)包硅改善其水溶性和稳定性,通过加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)使纳米粒子表面接入大量氨基,最后再连接增加磁性纳米粒子生物相容性的有机分子聚乙二醇(PEG)和靶向分子叶酸(FA),得到Mn3O4靶向造影剂.体外实验表明,该造影剂具有低的细胞毒性,并对宫颈癌细胞具有较好的磁共振增强成像效果以及主动靶向作用.