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—）。     

Ag/MgO串联协同催化降解偶氮染料

以纳米氧化镁为载体，采用浸渍法制备过渡金属负载型催化剂。测试其对染料的降解性能后筛选出了效果最优的催化剂Ag/MgO，并采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）以及X射线吸收近边结构（XANES）等表征方法对该催化材料的结构特征、微观形貌进行分析。通过表征分析发现Ag是以纳米簇的形式均匀地分散在MgO表面，Ag和Mg之间形成了双金属位点，且催化剂中Ag的电子密度较高，从而具有较高的催化活性。在甲醛溶液中，在室温、无需光热等条件下即可高效降解偶氮染料AR1。该反应体系中影响降解效果的因素主要是温度和甲醛浓度，温度升高，降解效率增大，但甲醛浓度有最优值（1 mol·L^-1）。通过自由基捕获实验测得反应中有2种自由基在发挥作用，即具有还原性的氢自由基和具有氧化性的超氧自由基，它们的协同作用可以将染料分子中的显色基团（—N=N—）轻易地破坏，这种“还原-氧化”的协同作用机制提高了反应效率。此外，醛类也是常见污染物之一，将其作为助剂的同时达到了“以污治污”的效果。     

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。     

Ag/MgO串联协同催化降解偶氮染料

以纳米氧化镁为载体,采用浸渍法制备一系列过渡金属负载型催化剂。测试其对染料的降解性能后筛选出了效果最优的催化剂Ag/MgO,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)以及X射线吸收近边结构(XANES)等表征方法对该催化材料的结构特征、微观形貌进行分析。通过表征分析发现Ag是以纳米簇的形式均匀地分散在MgO表面,Ag和Mg之间形成了双金属位点,且催化剂中Ag的电子密度较高,从而具有较高的催化活性。在甲醛溶液中,在室温、无需光热等条件下即可高效降解偶氮染料AR1。该反应体系中影响降解效果的因素主要是温度和甲醛浓度,温度升高,降解效率增大,但甲醛浓度有最优值(1 mol·L^-1)。通过自由基捕获实验测得反应中有2种自由基在发挥作用,即具有还原性的氢自由基和具有氧化性的超氧自由基,它们的协同作用可以将染料分子中的显色基团(—N=N—)轻易地破坏,这种"还原-氧化"的协同作用机制提高了反应效率。此外,醛类也是常见污染物之一,将其作为助剂的同时达到了"以污治污"的效果。     

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。     

钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池燃料重整中的应用

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是通过电化学反应将化石燃料（煤、石油和天然气等）、生物质燃料或其它碳氢燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置,能量转换效率更高、污染更低,被公认为21世纪高效绿色能源技术. 但直接以碳氢化合物为燃料时,镍基阳极中容易产生积碳,从而失去电化学催化活性. 在阳极外侧进行一次燃料的预重整是一种行之有效的解决办法,其中高效稳定的重整催化剂至关重要. 本文将结合本课题组的研究进展对钙钛矿催化剂在燃料重整中的应用进行概述,并提出自己相应的观点和展望.