Si-CNT循环催化N_2O与CO反应的理论研究

通过非金属催化转化有毒气体来解决环境问题已经成为最有效最有前景的方法.基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)研究了Si掺杂碳纳米管(Si-CNT)催化氧化N_2O与CO的反应. N_2O分子更易以直线形式吸附在Si-CNT催化剂上,并分解为N_2和CNT-SiO中间体,对应的活化能垒为2.42 kJ/mol. CNT-SiO中间体很活泼很容易与CO继续反应生成CO_2.通过分析发现CNT既可以作为电子的接受体又可以作为电子的供体,因此帮助了电荷在Si和目标分子之间的转移,这将为探索其它类似催化剂起到一定的帮助作用.     

HCl溶液中苯并咪唑类化合物对低碳钢的缓蚀性能研究

采用失重法和量子化学计算法对2-苯基苯并咪唑(PBI)、N,N-二(2-甲基苯并咪唑)胺(BMA)和N,N,N,N-四(2-甲基苯并咪唑)胺(EDTB)在盐酸介质中对低碳钢的缓蚀作用及其机理进行了研究。结果表明,三者均具有较为优良的缓蚀作用,原因在于苯并咪唑环具有更大的共轭体系而易于被吸附于低碳钢的表面,形成致密的保护涂层,量子化学计算的结果也表明苯并咪唑环为吸附的活性点,并进一步对缓蚀性能较为稳定的EDTB进行了研究。     

PtCu二元金属催化剂抗CO中毒性能的理论研究

基于密度泛函第一性原理研究了M-graphene(M=Pt,Cu,PtCu;graphene:pristine,Stonewales,Single-vacancy graphene)催化剂的抗CO中毒能力.对于纯Pt和纯Cu吸附在石墨烯上时,Pt的吸附能力最强,吸附结构最稳定.当Pt中掺杂Cu后,PtCu二元金属催化剂在石墨烯上的吸附结构的稳定性进一步增强.通过对M-graphene-CO吸附结构的研究,发现以缺陷石墨烯为载体的金属催化剂的抗CO中毒能力优于以原始石墨烯为载体的同种金属催化剂,PtCu二元金属催化剂抗CO中毒能力明显好于纯Pt和纯Cu的抗毒性.因此,缺陷石墨烯载体以及掺杂Cu的PtCu二元金属催化剂,对于提高催化剂的稳定性和抗CO中毒能力起到了重要的作用.     

界面法合成聚糠醛纳米球

采用界面自组装聚合的方法, 成功地制备出聚糠醛纳米球, 利用TEM, FT-IR, XRD, GPC及TG-DTA等技术对其形貌、结构等进行了表征, 并考查了单体浓度、催化剂用量以及乳化剂的存在与否对聚糠醛形貌等的影响. 结果表明, 由该方法合成的聚糠醛为不规则的结晶结构, 当乳化剂浓度在临界胶束浓度cmc附近、单体浓度在3～5 mol•L^－1、催化剂的用量在10 mol•L^－1左右时, 能够得到成球性好、粒径分布范围窄、平均尺寸在100 nm左右的聚糠醛纳米球结构材料. 利用该法在上述优化条件下合成的聚糠醛的M_w＝2451, M_w/M_n＝1.14, 且分子量分布窄. 聚糠醛分子链的柔韧性较强, 具有很好的加工性能. 该法具有合成条件温和、易于控制、纯化简单等众多优点, 而且省去了使用模板/消除模板的过程, 能够一步合成出大量聚糠醛纳米球.     

双重Pickering乳液模板法制备无机-有机复合空心微球

以疏水性ZnO粒子和亲水性Fe_3O_4粒子稳定的W/O/W型双重Pickering乳液为模板,制备了具有空心结构的无机-有机复合微球.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪及光学显微镜等对制备的无机粒子、乳液和复合材料进行了表征.结果表明,制备了ZnO和Fe_3O_42种无机粒子,油酸能够对Zn O进行有效的疏水改性,改性后的接触角为84.3°.制备的双重Pickering乳液稳定性好、粒径分布较宽(50～200μm),以该双重乳液为模板制备的无机-有机复合材料为空心球形结构,粒径范围为100～200μm.     

石墨烯中的Stone-wales缺陷对铂原子催化解离氧分子的影响

采用密度泛函理论中的UB3LYP方法,研究了石墨烯中的Stone-wales缺陷对铂原子催化解离氧气分子的影响.通过计算发现,氧气分子在以Stone-wales缺陷石墨烯片为载体的铂上(Pt-SW)形成3种吸附结构,通过4条路径,最终生成两种产物.氧气分子最易通过[2+1]环加成作用,吸附在以Stone-wales缺陷石墨烯片为载体的Pt的表面上,吸附能(Eads)为-0.64eV.由于石墨烯片上的Stone-wales缺陷的存在,氧气分子在Pt-SW上解离的4条路径中最有利的解离路径中的决速步能垒都明显高于氧气在以完美石墨烯为载体的Pt(Pt/Graphene)上解离的能垒(1.51eV vs 1.35eV),相应吸收的热量也高于在Pt/Graphene上吸收的热量(0.79eVvs0.15eV).     

PtFe掺杂石墨烯抗CO中毒性能的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理研究了以单空位缺陷(SV)石墨烯为载体的Pt,Fe及PtFe二元金属催化剂的抗CO中毒能力.结果表明,对于单金属原子Pt和Fe,Fe更易吸附在SV石墨烯上;而对于PtFe二元金属催化剂,SV石墨烯对其固定能力明显好于Pt-SV,即Pt催化剂中掺杂Fe大大增加了SV石墨烯对金属催化剂的稳定性.Pt,Fe及PtFe二元金属催化剂抗CO中毒能力的研究结果表明,PtFe-6结构的抗CO中毒能力明显强于Pt-SV,接近于Fe-SV的抗CO中毒能力,在所有二元金属催化剂中PtFe-6的稳定性最好,明显优于Pt在SV石墨烯上的稳定性.通过在Pt中加入非贵金属Fe既可提高DMFC中阳极Pt催化剂的抗CO中毒能力,又可提高其催化活性.     

TiO2/共轭高分子纳米复合材料在自然光下的光催化性能

以PVC和TiCl4为原料,利用溶胶-凝胶法制备了复合光催化剂前骄物,经260℃热处理后得到了TiO2/共轭高分子(CP)纳米复合光催化剂材料.通过亚甲基蓝的光催化降解研究r该催化剂的催化性能,并用TEM、XRD、IR和UV-Vis等测试技术对复合材料的结构进行了表征.结果表明,在自然光作用下,当焙烧温度为260℃并且TiO2的质量分数为66.36%,复合催化剂在15 min内可使亚甲基蓝的降解率接近80%,催化活性优于纯TiO2.复合材料颗粒平均尺寸约30 nm,其中TiO2为锐钛矿型结构.CP与Tio2复合后能吸收紫外-可见区的全程光波(A为190-800 nm),对光生电荷具有很高的分离能力,从而表现出较高的催化活性.     

石墨烯中的单空位缺陷对铂原子催化解离氧分子的影响

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了石墨烯中的单空位缺陷对铂原子(Pt)催化解离O_2分子的影响.计算发现O_2分子首先通过[2+1]或[2+2]环加成作用吸附在以单空位缺陷石墨烯为载体的Pt上(Pt-SV),并以不同的路径进行解离,吸附能分别为-158.23和-152.45kJ/mol.由于石墨烯片上单空位缺陷的存在,O_2分子更容易吸附在单空位缺陷处的Pt上,并且O_2在Pt-SV上解离的能垒(130.25kJ/mol)也明显比在Pt-pristine上解离的能垒低(76.23kJ/mol).因此石墨烯上单空位缺陷的存在提高增加了Pt的催化能力.     

界面聚合法制备PANI/TiO2纳米复合纤维材料

采用界面自组装聚合的方法, 成功地制备出PANI/TiO2纳米复合纤维材料, 采用TEM, FTIR, XRD及TG等技术对其形貌、结构及热稳定性能进行了表征, 并考察了苯胺单体浓度、TiO2的活化与否对复合材料形貌的影响. 结果表明, TiO2的活化处理是影响该复合材料形貌的主要因素, 活化处理后的TiO2能进入PANI纳米纤维的内部, 且分散得更加均匀; PANI/TiO2纳米复合纤维的直径随着苯胺单体浓度的增加而增加. 同时, TiO2的加入改善了PANI的耐热性能. 采用该法合成的纳米复合材料具有合成条件温和、易于控制、纯化简单、省去了使用模板/消除模板的过程及能够一步得到大量产品等许多优点.