BC/CoNi2S4@PPy柔性复合电极材料的制备及电化学性能

本文采用溶剂热、原位聚合和真空抽滤相结合的方法制备了用于超级电容器的细菌纤维素/镍钴硫化物/聚吡咯(BC/CoNi₂S₄@PPy)柔性电极材料,通过X射线衍射、场发射扫描电镜、红外光谱、氮气吸脱附、拉伸强度和接触角表征了材料的形貌结构、组成、机械性能和亲水性,并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能。结果表明,表面含氧官能团丰富的BC纤维网络结构对氧化还原活性物质CoNi₂S₄的生长和导电聚合物PPy的分布具有引导作用,CoNi₂S₄均匀分布在BC网络中,且PPy均匀包覆在BC纤维和CoNi₂S₄纳米球表面构成具有丰富孔隙结构的三维导电网络,使得该复合材料具有较好的机械性(抗拉强度达28.0±0.1 MPa)、亲水性(对6 mol·L^-1 KOH的瞬间接触角为43.6°)及良好的导电性。该电极材料在1 A·g^-1下比电容高达2670 F·g^-1,充放电循环10000次后比电容的保持率为82.73%,且经1000次反复弯曲后电化学性能保持不变。此外,将其与活性炭组成的非对称超级电容器,在1 A·g^-1下比电容为1428 F·g^-1,最高能量密度和功率密度分别达49.8 Wh·kg^-1和741.8 W·kg^-1。     

预处理温度对甘油氢解双金属Ir-Re催化剂性能的影响

在生物柴油生产过程中大量副产的甘油是重要的生物质转化平台化合物.通过甘油氢解制备高附加值的1,3-丙二醇是甘油的资源化利用的重要途径,能够显著提高生物柴油产业的经济效益,同时也是探究更复杂的糖醇类化合物氢解的模型反应.因此,甘油氢解制备1,3-丙二醇成为当前学术界的研究热点.通常,以Re或W为助剂修饰的贵金属催化剂是有效的甘油选择性氢解制1,3-丙二醇的催化剂,其中,双金属Ir-Re催化剂是目前最高效的催化剂之一.甘油氢解反应是典型的结构敏感性反应,它的催化性能依赖于双金属催化剂的结构,而后者受制备工艺条件如热处理方式及条件的影响.最近,我们报道了以直接还原法(即浸渍-还原法)制备的Ir-Re催化剂为合金结构,在甘油氢解中表现出更为优越的反应活性及目前报道中最高的1,3-丙二醇生成速率,并提出了可能的双功能反应机理,即催化剂表面的Re-OH酸性位和Ir均为甘油氢解的活性位.本文采用直接还原法制备KIT-6(具有三维有序介孔孔道结构的SiO2)负载的双金属Ir-Re催化剂,进一步研究还原温度对Ir-Re/KIT-6的结构及其催化性能的影响,揭示催化剂表面酸性在甘油氢解反应中的重要作用并阐明其构-效关系.结果显示不同还原温度(400–700 oC)制备的催化剂的比表面积、孔体积及孔径数据基本一致,表明还原温度对Ir-Re/KIT-6的织构性质的影响很小.根据程序升温还原和透射电镜-能量散射点扫描结果可知,不同温度还原后的催化剂表面Ir和Re均以金属态形式存在,同时两者存在直接的相互作用,形成了Ir-Re合金;而漫反射红外图谱上CO吸附峰的红移以及峰形的显著变化也印证了Ir-Re合金结构的形成. TEM结果显示,在400–700oC还原后得到的Ir-Re合金纳米粒子均匀分布于KIT-6上,尺寸基本一致(2.5–2.8 nm),与CO化学吸附结果一致.此外, NH3-程序升温脱附结果表明催化剂的酸量随着还原温度的升高而逐渐增大,但酸强度没有明显变化,这可能是由于高温还原进一步促进了Ir和Re的相互作用,在原子尺度上混合更为均匀所致. Ir-Re催化剂上甘油氢解反应结果显示,随着还原温度由400提高到600 oC,所制催化剂的活性先增加而后趋于稳定.由此可以认为Ir-Re催化性能的差异与Ir分散度和酸强度的关联较小,主要是由于催化剂表面酸量所致.直接关联酸量与反应活性(以反应时间内的平均1,3-丙二醇生成速率表示)可以看到,反应活性随着酸量的增加而线性增大,表明Ir-Re/KIT-6的表面酸量直接影响了甘油氢解反应速率的快慢,即酸位Re-OH直接参与了催化反应.众所周知, Re金属活化H2的能力很弱,而金属Ir在反应中起到催化加氢的作用.实验结果很好地印证了Ir-Re合金催化甘油氢解反应的双功能反应机理,即酸位Re-OH与金属Ir协同参与氢解反应,分别作为甘油吸附位和H2活化中心,因此提高催化剂的表面Re-OH的数量将是进一步提高催化活性的途径之一.总的来说,在400–700 oC还原得到的Ir-Re/KIT-6催化剂具有Ir-Re合金结构.还原温度对催化剂的织构性质、金属纳米粒子的尺寸、Ir的分散度及表面酸强度的影响不大,但还原温度的升高有利于Ir和Re的相互作用,显著提高了催化剂的表面酸量,因而提高催化活性.此外,表面酸量和反应活性的线性关系表明酸位Re-OH参与Ir-Re合金催化甘油氢解反应,印证了双功能反应机理.     

纳米碳纤维的微观结构及对丙烷氧化脱氢反应的催化性能

 采用化学气相沉积法制备了具有不同微观结构的纳米碳纤维,并用丙烷程序升温吸脱附和热重实验对纳米碳纤维进行了表征,考察了纳米碳纤维在丙烷氧化脱氢反应中的催化性能. 结果表明,纳米碳纤维表面的含氧基团可能是催化活性中心; 纳米碳纤维不仅具有较好的催化性能,而且在反应条件下具有较高的热稳定性. 在550 ℃下,鱼骨式纳米碳纤维上丙烷转化率为44.9%时,丙烯选择性为33.0%,其催化性能与V-Mg-O等金属氧化物催化剂相当. 不同微观结构纳米碳纤维的催化性能相差较大,这是由于其表面化学性质不同所致.     

铜催化草酸二甲酯加氢副产物1,2-丙二醇生成机理的DFT研究

利用密度泛函理论对Cu(111)及Cu₂O(111)表面上草酸二甲酯加氢副产物1,2-丙二醇(1,2-PDO)的生成机理进行了探究,计算了两种表面上1,2-PDO生成的不同反应路径基元步骤的热力学数据以及所涉及物种的吸附行为,进行了局域态密度以及差分电荷密度分析,阐明了铜催化剂的主要活性位点及1,2-PDO生成的主要路径。结果表明,1,2-PDO主要由乙二醇和甲醇于Cu₂O(111)表面通过Guerbet醇缩合反应生成,具体包括醇脱氢、羟醛缩合以及不饱和醛加氢三个过程。Cu₂O(111)表面Cu_us⁺及O_suf^-位点形成的Lewis酸碱对能够促进反应物、产物及反应中间体的吸附且对于1,2-PDO生成过程的整体催化活性更高。Cu₂O(111)表面的O_suf^-位点是醇类脱氢生成醛、羟醛缩合过程中生成烯醇物种以及不饱和醛类中间体加氢的主要活性中心,而C-C偶联反应则发生在Cu...     

Ru/CNFs 催化剂催化氨分解制氢

 研究了鱼骨式碳纤维 (CNFs) 和管式碳纤维 (CNTs) 负载 Ru 催化剂的氨分解反应活性. 结果表明, Ru/CNFs 催化剂上氨分解活性高于 Ru/CNTs 催化剂. 通过改变 Ru 负载量或载体表面的含氧基团来调节 Ru 的粒径. Ru 的活性位随着 Ru 颗粒尺寸的增大而增加. CNFs 上的含氧基团对 Ru 颗粒的氨分解活性影响很大. 在相同粒径的 Ru 颗粒上, CNFs 表面的含氧基团增加了 Ru 的活性.     

碳源对鱼骨式纳米碳纤维及其负载的钯催化剂性能的影响

分别以甲烷、一氧化碳和乙烯为碳源合成了3种鱼骨式结构的纳米碳纤维(FCNF-C1,FCNF-CO和FCNF-C2),并作为载体制备了3种钯催化剂(Pd0.5%),考察了在对苯二甲酸加氢精制中的催化活性,通过N2吸附-脱附、X射线衍射、程序升温脱附、电子透射显微镜及CO化学吸附等方法对载体以及催化剂的结构进行了表征.结果表明,从不同碳源合成的纳米碳纤维(CNF)具有相似的直径和鱼骨式石墨层排列方式,但其物理化学性能差异较大,其中CO作为碳源得到的CNF具有最大的比表面积,最高的石墨化程度和最多的表面含氧基团;不同碳源的鱼骨式CNF负载的钯催化剂的活性为:Pd/FCNF-CO>Pd/FCNF-C1>Pd/FCNF-C2,与Pd分散度的顺序一致.CNF的织构、晶体结构和表面化学等协同载体效应,决定了Pd金属在CNF上的分散状态以及催化性能,而CNF的石墨层排列方式对其影响很小.     

一种三叶草型氧化铝/碳纳米纤维复合材料的制备及表征

采用催化化学气相沉积法, 以Ni为催化剂、乙烯作为碳源, 制备了三叶草型氧化铝/碳纳米纤维复合材料, 并通过N2物理吸附、扫描电子显微镜、X射线衍射分析和强度测试对氧化铝/碳纳米纤维复合材料的形貌和物理性能进行了表征. 结果表明, 三叶草型氧化铝表面生长了碳纳米纤维层, 两者紧密结合, 形成的氧化铝/碳纳米纤维复合材料具有较高的比表面积(>187 m2·g-1)和孔体积(>0.24 cm3·g-1), 孔道直径在3-10 nm 的孔体积超过总孔体积的85%, 颗粒的侧压强度大于6 N·mm-1, 可以满足工业催化剂载体对强度的要求. 复合材料是一种有良好的工业应用前景的中孔催化材料, 其中碳纳米纤维层的厚度可通过催化剂Ni负载量和生长时间的调节加以控制.     

金属配比对IrRe催化剂结构及其甘油氢解催化性能的影响

采用分步-等体积浸渍法制备了不同Ir/Re摩尔比的Ir-Re/G-6双金属催化剂,并应用于甘油氢解制备1,3-丙二醇反应,利用XRD、TEM、H₂-TPR、XPS、NH₃-TPD、Py-IR和CO-DRIFTs等手段对催化剂进行了系统表征,探讨了Ir/Re摩尔比对Ir-Re催化剂结构、性质及其催化性能的影响.研究结果表明：Ir/Re摩尔比对Ir-Re双金属催化剂的合金结构和酸性能影响显著,并决定了其甘油氢解催化性能;当Ir/Re摩尔配比为1.0时,能形成高度分散的Ir-Re合金结构催化剂,具有最多的表面Brønsted酸性位（Ir-Re-OH）,表现出最高的甘油转化率和较好的1,3-丙二醇选择性.     

四配位Ti掺杂有机杂化介孔分子筛的直接合成与表征

以三嵌段共聚物P123为模板剂,NaCl为助剂,1,2-二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷为硅源,在水热合成过程中引入钛源,原位一步合成了四配位Ti掺杂在骨架内的SBA-15型有机杂化介孔分子筛(Ti-PMO).利用小角X射线衍射、透射电子显微镜以及低温N2物理吸附等手段表征了Ti-PMO的晶体结构和织构性能,并利用紫外-可见漫反射光谱考察了钛源种类、钛源预水解时间、溶液酸性以及Si/Ti摩尔比对Ti存在形态的影响.研究结果表明,通过精确调控Ti-PMO的合成条件,可使钛源水解产生的低聚中间体与硅源水解产生的低聚中间体充分接触并发生共缩聚,引入的Ti原子能够最终随着水解的氧化硅物种自组装生成有序介孔结构的SBA-15型分子筛,并以四配位形式均匀分布于PMO骨架中.以Cl2TiCp2为钛源,盐酸浓度为0.18mol/L时,钛源预水解6h后加入硅源,在Si/Ti摩尔比大于20时可以得到骨架内四配位Ti掺杂的高度有序介孔结构有机杂化分子筛,其具有良好的热稳定性及水热稳定性.     

碱促进剂在Ru/CNFs催化山梨醇氢解制备二元醇中的作用

研究了NaOH,KOH,Mg（OH）₂,Ba（OH）₂和CaO等5碱促进剂在Ru/CNFs催化山梨醇氢解过程中的作用机制.结果表明,这些碱均能显著提高山梨醇的转化率,但生成二元醇的选择性随碱种类而有所差异,其中以CaO促进的催化剂二元醇选择性最高.CaO提供了用以催化C—C键断裂的OH^-,同时与中间产物形成络合物从而影响反应历程.提出了CaO作为促进剂时山梨醇氢解生成二元醇的反应历程,并由此进一步优化了山梨醇浓度、Ru催化剂用量和碱促进剂用量之间的匹配以达到更高的二元醇产率.