磁性Co/TiB2室温高效催化氨硼烷产氢及串联降解有机污染物

通过熔盐法制备TiB₂载体,并采用简单的沉淀-沉积法制备了Co/TiB₂磁性可回收纳米催化剂,用于室温催化氨硼烷（NH₃BH₃）溶液产氢及串联降解对硝基苯酚（4-NP）及偶氮染料酸性橙7（AO7）、酸性红1（AR1）和甲基橙（MO）等有机污染物。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、振动样品磁强计等表征方法对催化剂的微观形貌和结构等进行分析。结果表明,Co纳米粒子均匀地分布在TiB₂载体表面,晶粒尺寸约为40 nm,并且被TiB₂载体包覆,具有典型的金属-载体强相互作用。Co/TiB₂表现出优异的室温催化NH₃BH₃溶液产氢活性,产氢速率为565.8 mol_H2·mol_cat^-1·h^-1。在串联降解有机污染物反应中,Co/TiB₂在7 min内催化4-NP氨基化的转化率接近100%,反应速率常数高达0.72 min^-1;降解AO7的反应速率常数在3种偶氮染料中最高（0.34 min^-1）。通过EPR-DMPO（EPR=电子顺磁共振,DMPO=5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物）自由基捕获实验检测出Co/TiB₂+NH₃BH₃催化体系中产生大量的氢自由基（·H）。得益于·H的强还原性,Co/TiB₂+NH₃BH₃催化体系能够将4-NP氨基化为具有更高价值的对氨基苯酚（4-AP）,同时能够还原偶氮染料分子中的显色基团偶氮基（—N=N—）。     

CuPd/MgO室温高效催化甲醛溶液产氢

采用浸渍还原法制备了MgO负载纳米CuPd合金的复合催化剂(CuPd/MgO)。该催化剂在室温催化甲醛溶液重整产氢过程中表现出优异的催化性能,转换频率(TOF)高达812.6 h^-1,分别是相同条件下Cu/MgO (TOF=356.7 h^-1)和Pd/MgO (TOF=34.8 h^-1)的2.3倍和23倍。基于实验测试和表征结果,发现CuPd/MgO催化剂中纳米CuPd合金与表面富集缺陷的MgO载体之间存在金属-载体强相互作用。这种相互作用能够促进氧气在催化剂表面吸附活化并生成活性氧物种(超氧阴离子自由基,·O₂^-),·O₂^-先后促进甲醛中的C—H键断裂和水分子的解离,随后与反应体系中生成的质子及氢自由基(·H)依次结合,最终实现氢气的析出与氧气的再生。     

纳米晶态硼化钴的合成及其催化氨硼烷高效制氢

采用简单的煅烧工艺合成了纳米硼化钴(CoB)晶体,并首次研究了纳米CoB晶体在氨硼烷溶液水解制氢过程中的催化活性。研究发现,纳米CoB晶体具有较高的催化活性,在室温条件下其转换频率(TOF)为35.3mol_H2·mol_cat^-1·min^-1,优于同等条件下贵金属Pt催化剂(TOF=29.3mol_H2·mol_cat^-1·min^-1)。此外,循环测试8次后纳米硼化物晶体的催化制氢性能没有发生衰减。进一步研究发现CoB表面的Co⁰物种是催化制氢的活性位点,而表面的B物种位点能够有效辅助Co⁰位点实现协同催化氨硼烷制氢。     

纳米晶态硼化钴的合成及其催化氨硼烷高效制氢

采用简单的煅烧工艺合成了纳米硼化钴(CoB)晶体,并首次研究了纳米CoB晶体在氨硼烷溶液水解制氢过程中的催化活性。研究发现,纳米CoB晶体具有较高的催化活性,在室温条件下其转换频率(TOF)为35.3 mol_H2·mol_cat^-1·min^-1,优于同等条件下贵金属Pt催化剂(TOF=29.3 mol_H2·mol_cat^-1·min^-1)。此外,循环测试8次后纳米硼化物晶体的催化制氢性能没有发生衰减。进一步研究发现CoB表面的Co⁰物种是催化制氢的活性位点,而表面的B物种位点能够有效辅助Co⁰位点实现协同催化氨硼烷制氢。     

CuPd/MgO室温高效催化甲醛溶液产氢

采用浸渍还原法制备了MgO负载纳米CuPd合金的复合催化剂(CuPd/MgO)。该催化剂在室温催化甲醛溶液重整产氢过程中表现出优异的催化性能,转换频率(TOF)高达812.6h^-1,分别是相同条件下Cu/MgO(TOF=356.7h^-1)和Pd/MgO(TOF=34.8h^-1)的2.3倍和23倍。基于实验测试和表征结果,发现CuPd/MgO催化剂中纳米CuPd合金与表面富集缺陷的MgO载体之间存在金属-载体强相互作用。这种相互作用能够促进氧气在催化剂表面吸附活化并生成活性氧物种(超氧阴离子自由基,·O₂^-),·O₂^-先后促进甲醛中的C—H键断裂和水分子的解离,随后与反应体系中生成的质子及氢自由基(·H)依次结合,最终实现氢气的析出与氧气的再生。