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1.
本文利用原位低场核磁共振(LF-NMR)技术在真实固液反应环境中对光催化还原Cr(Ⅵ)反应进行了定量研究,并对Ag纳米颗粒负载量不同的Ag担载石墨相氮化碳复合光催化剂(Ag/g-C3N4)在可见光照射下催化Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的性能进行了研究.研究发现,Ag纳米颗粒负载(负载量分别为1 wt.%、2 wt.%、5 wt.%和10 wt.%)可以有效提高g-C3N4的光催化性能;且负载量为5 wt.%时光催化性能最优,为无Ag负载的g-C3N4的4倍.此外,本文还通过横向弛豫时间(T2)定量分析了反应体系中顺磁性Cr(Ⅲ)离子的浓度,证实了采用LF-NMR弛豫法评价光催化Cr(Ⅵ)还原反应性能的可行性. 相似文献
2.
硒是动植物及人体生长必需的十五种微量元素之一,具有清除体内自由基、抗氧化、增强免疫力等功能,但其安全剂量的范围却很窄。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对湿法球磨制备的硫铁矿形貌进行了表征。SEM观测发现加乙醇助磨后的硫铁矿为粒径大小较均匀的球形颗粒团聚体,粒径范围在17~200 nm之间,平均粒径138 nm。XRD衍射图谱中的特征峰与FeS2衍射图谱中各峰位置基本一致,因此判定硫铁矿中主要化学组分为FeS2,且图谱中基本没有杂峰,表明制备过程中并未混入杂质,样品纯度较高。实验结果表明,该法制备的硫铁矿具有颗粒粒径小、比表面积大、反应活性高等优点。研究中利用X射线光电子能谱仪(XPS)对硫铁矿去除水体中SeO2-3的机理进行了研究。研究结果表明, (1)在较为广泛的实验pH范围(pH 2.2~11.5),硫铁矿均能有效去除水体中SeO2-3,去除效率(除pH值7.8以外)均达到90%以上;(2)硫铁矿与SeO2-3发生反应后,其主要组成元素的XPS特征峰结合能有所减小,表明硫铁矿表面发生了一定化学变化;(3)酸碱环境下硫铁矿去除SeO2-3的机理不完全相同,酸性环境下,硫铁矿对SeO2-3的去除是单纯的氧化还原过程,即硫铁矿中被酸活化的S2-2将SeO2-3还原为单质Se(0),并且酸性越强,SeO2-3去除效果越好;碱性环境下,SeO2-3的去除过程中氧化还原与络合反应并存,硫铁矿表面有络合态Fe(OH)SeO3和单质Se(0)两种存在形态,且碱性越强,络合态Fe(OH)SeO3含量越高。以上研究结果为硫铁矿去除固定水体和土壤中以SeO2-3为代表的可变价金属阴离子提供重要理论依据和应用基础。 相似文献
3.
《大学化学》2022,(5):228-238
鲁米诺的合成与化学发光是一个极具展示度的基础化学实验。近年来,国内部分高校陆续开设了这一实验,引起不错的反响。为进一步丰富和提升该实验的科学理论内涵,我们进行了如下改进:1)在合成部分引入机械搅拌、硫粉还原和微波合成,实现安全、快速、高效制备高纯度鲁米诺的目的;2)在单次化学发光的基础上,特别引入宛如星辰闪烁般的振荡化学发光反应(鲁米诺/H2O2/SCN-/Cu2+/OH-振荡体系),该反应涉及非平衡态热力学和非线性化学等重要概念与基础理论知识,激发学生的求知欲;3)设计并搭建了可与荧光光谱仪配套使用的简易微型磁力搅拌加热装置,实现了对振荡化学发光的光强和振荡周期等数据的实时定量监测,使学生可以自行设计对比实验,探究影响振荡反应过程的因素,并总结振荡反应规律。该实验涵盖了多学科的重要知识点,兼具科学性与趣味性,对培养学生的探索精神和创新意识具有重要意义。 相似文献
4.
通过溶剂热反应-水热处理的途径,制备了无定形碳包覆的ZnS纳米晶体(ZnS@C)与还原氧化石墨烯(rGO)复合的ZnS@C/rGO复合材料,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料进行了形貌和微观结构的表征。电化学测试结果表明,与ZnS@C和ZnS/rGO相比,所制备的ZnS@C/rGO复合材料显示了显著增强的电化学储锂性能,在100 mA·g-1电流密度下,其电化学储锂的首次可逆比容量为1 101 mAh·g-1,充放电循环100次后其可逆比容量为1 569 mAh·g-1。在不同电流密度下循环1 200次后,仍保持在2.0 A·g-1电流密度下有1 096 mAh·g-1的可逆比容量,显示了其稳定的长循环性能。 相似文献
5.
以氧化石墨烯(GO)为原料, 利用温和方法制备了3种不同还原程度的部分还原氧化石墨烯pRGO1, pRGO2和pRGO3(pRGO1—3); 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 拉曼光谱(Raman)、 X 射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见光谱(UV-Vis)、 透射电子显微镜(TEM)和 EDS能谱对其结构和形貌进行了表征. 细胞实验结果表明, 无激光照射下pRGO1—3本身的细胞毒性较低; 近红外(NIR)激光照射下pRGO1—3通过光热和光毒性双重作用杀伤肿瘤细胞. 实验结果显示了pRGO 在肿瘤光热疗法和光动力疗法领域的应用潜力. 相似文献
6.
探索高效、经济的非金属氧还原(ORR)电催化剂已成为电化学能源体系的关键.科学界最具挑战性的目标之一是通过合理地验证和精确地调节活性位点来设计结构明确、性能优异的催化剂材料.本文提出一种精确和可控的串联协同作用的活性位点策略,以提高MFCOFs的ORR催化活性.以亚胺-N、噻吩-S和三嗪-N等作为结构单元,通过精确的串联策略合成了三种MFCOFs,分别为亚胺-N构建的TFPB-TAPB-COF、亚胺-N和噻吩-S构建的BTT-TAPB-COF以及亚胺-N、噻吩-S和三嗪-N三种活性中心构建的BTT-TAT-COF.将三种MFCOFs置于超临界二氧化碳中活化处理后,采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射、交叉极化结合魔角旋转技术13C核磁共振法和热重分析法、氮气吸脱附曲线等表征手段对其进行了测试,并在含有0.1 M KOH的电解液中测试其ORR催化活性.结果表明,与BTT-TAPB-COF相比,BTT-TAT-COF展现出更优异的ORR催化性能;而BTT-TAPB-COF的催化性能优于TFPB-TAPB-COF.具体表现为,BTT-TAT-COF的半波电位(0.77 V)和起始电位(0.87 V)均高于BTT-TAPB-COF(0.71 V,0.80 V)和TFPB-TAPB-COF(0.65,0.73 V).此外,BTT-TAT-COF表现出较低的塔菲尔斜率和接近于4电子的ORR过程,说明其具有较高的反应速率.DFT计算结果表明,在费米能级附近,BTT-TAPB-COF比TFPB-TAPB-COF具有更窄的带隙,而BTT-TAT-COF具有最窄的带隙.因此,与TFPB-TAPB-COF和BTT-TAPB-COF相比,BTT-TAT-COF可以更有效地激发电子转移,增强ORR活性.此外,利用三种结构的吉布斯自由能图分析了ORR的过电位.结果表明,当亚胺-N、噻吩-S和三嗪-N结构被引入骨架后,相同位点的过电势降低.由此可见,亚胺-N、噻吩-S和三嗪-N作为催化活性位点诱导了正的ORR过程.此外,BTT-TAT-COF中部分碳原子(BTT-TAT-5,9,10)的过电势均低于BTT-TAPB-COF和TFPB-TAPB-COF中所有位点的过电势,表明多活性位点发挥了协同催化的作用.本文证明了精确串联协同催化的多活性位点策略提高ORR性能的可行性,并为构建高效的COF基非金属ORR催化剂提供新的见解. 相似文献
7.
电催化二氧化碳还原反应(E-CO2RR)可在温和条件下将CO2转化成高附加值燃料或化学品,近年来受到广泛关注,其在实际反应中涉及到气体扩散和多电子转移等复杂过程,构筑高效、稳定的催化电极是其发展的核心之一。然而,传统涂敷电极制备时,需要将催化剂与粘结剂混合涂覆于集流体表面,此过程会造成活性位点包埋和传质过程受限,致使催化剂活性位利用率下降,同时在反应过程中电极表面容易粉化,造成稳定性下降,难以重复利用。因此,如何调控电极反应界面,提升催化剂活性位的利用率仍面临挑战。将催化剂原位生长于集流体上得到的一体化电极可直接应用于电催化反应,不仅有利于提升活性位利用率以及电荷传输能力,还能有效调控三相界面处的微观反应环境(如pH、反应物及反应中间体的浓度等),从而实现电催化性能强化。本文综述了一体化电极用于E-CO2RR的最新进展,分析了结构和表界面调控对E-CO2RR性能的影响规律,并对该领域仍然存在的挑战和未来一体化E-CO2RR电极的发展进行了评述与展望。 相似文献
8.
电化学合成氨因其可以低能耗产氨而备受关注.目前,迫切需要一种稳定、无污染、活性好和选择性高的催化剂来促进电化学合成氨.石墨相氮化碳由于制备简单且具有较好的物理化学性质,是一种有广阔应用前景的基底材料.研究表明,纯石墨相氮化碳不具有电化学合成氨的性能,因此需要对其进行改性.元素掺杂是一种常见的改性方式,其中过渡金属元素因其具有活跃的d电子而被广泛用于掺杂改性.目前实验上已经可以制备过渡金属单原子或者多原子掺杂的石墨相氮化碳基材料.尽管在实验以及理论上都表明通过电催化可以实现还原氮气合成氨且具有较好的催化合成氨性能,但是人们对该反应机理的理解还不够深入,并且多数研究没有考虑到溶液中最常见的H离子对活性的影响.因此,本文以Nb原子掺杂的石墨相氮化碳为基础,对多活性位点下H离子助力氮还原反应进行研究,以揭示其内在机理.本文研究所采用的密度泛函理论计算软件为VASP.通过构建石墨相氮化碳的单层结构,计算了中心空穴位置吸附1-5个Nb原子以及不同Nb原子吸附结构的稳定性,并在较稳定的模型上探索其氮气还原制备氨(NRR)的催化性能.结果表明,当金属原子数增加时,活性位点附近可供吸附的空间变大,导致反应过程中H原子更容易被金属原子捕获,而非直接与N结合形成NHx中间体,从而加快了反应进程.以Nb3@g-C3N4结构为例,详细探讨了额外的H原子吸附对整个NRR反应的影响.结果表明,H的吸附可以把反应能垒较高的*NH2→*NH3步骤转变为低能垒的两步进行,即*NH2+H→*NH2+*H和*NH2+*H+H→*NH3+*H,从而降低反应需要的能量.另一个有意义的发现是,由于高的产氢能垒,额外的H原子在此过程中不会形成H2,且在上述多步骤反应结束后,又与N2结合形成*NNH中间体,从而持续进行生成氨反应.同样,在Zr3@g-C3N4、Mo3@g-C3N4结构中进行了验证.通过对*NH2+*H中间体态密度等电子结构性质进行分析发现,吸附在金属原子上的H原子可以有效地削弱金属原子对*NH2中间体的吸附强度,从而使其更容易进一步氢化.上述研究结果表明,在催化过程中H原子可以在催化剂的表面起到助催化作用.本文通过密度泛函理论计算,对石墨相氮化碳负载的多金属Nb原子的NRR催化过程进行了系统的研究,阐明了H离子影响NRR过程的机理,并且发现Nb3@g-C3N4体系是一个催化性能良好且具有高选择性、低反应过电位的催化剂材料.同时,上述机理在Zr和Mo的体系也进一步得以验证. 相似文献
9.
成功构筑了β-环糊精修饰的三维还原氧化石墨烯复合材料(3D-rGO/β-CD),并对该复合材料进行扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、热重分析和拉曼光谱分析等一系列的表征,分析了其形貌和结构的特征。进一步将其修饰到玻碳电极(GCE)表面,构建了一种新型电化学传感器(3D-rGO/β-CD/GCE)。利用3D-rGO/β-CD/GCE电化学传感器,通过微分脉冲伏安法(DPV)对左氧氟沙星(LEV)进行了检测。其中,具有多孔结构的三维还原氧化石墨烯具有优异的导电性能、比表面积大、化学稳定性好等优良的性质,而修饰的β-环糊精能在其环形腔内与客体分子结合形成超分子包合物,进而可以对LEV进行有效识别。研究结果显示,在最优实验条件下,3D-rGO/β-CD/GCE对左氧氟沙星的检测具有较宽的线性范围(1~150μmol/L),且检测限可达0.33μmol/L,同时该修饰电极还表现出良好的选择性和稳定性。此外,成功将其应用于实际水样中LEV的检测,表明该传感器具有一定的应用潜力。 相似文献
10.
采用溶剂热法合成了以锆为金属核心、2-氨基为配体的锆基金属有机骨架(UiO-66)纳米材料,通过静电纺丝技术制备出UiO-66自由分散的聚丙烯腈(PAN/UiO-66)纤维,可控热解得到多孔碳纳米纤维(porous carbon nanofibers,PCNFs),结合湿化学还原法在PCNFs表面沉积Pd纳米颗粒,得到PCNFs@Pd复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术对其形貌、组成、结构进行表征;采用电化学工作站分别测试了PCNFs@Pd在0.1 mol·L-1 KOH和0.1 mol·L-1 HClO4电解质中氧还原性能(oxygen reduction reaction,ORR)。结果表明,在PAN纤维中添加UiO-66显著提高了PCNFs@Pd(Pd负载量为0.34%)复合材料的ORR性能。相比40% Pt/C,在碱性电解质中,PCNFs@Pd复合材料展示出更低的Tafel斜率、更优异的循环稳定性和耐甲醇中毒性。在酸性电解质中也表现出类似20% Pt/C的催化活性和循环稳定性。 相似文献