利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛

化学工业生产中，用氢气为还原剂，通过选择性加氢可以制备多种重要化学品。5-羟甲基糠醛是重要的生物质基平台化合物，而5-甲基糠醛是用途广泛的化学品。由5-羟甲基糠醛加氢得到5-甲基糠醛是一条非常理想的路径，但是选择性活化C-OH非常困难。本文设计并制备了Pt@PVP/Nb₂O₅(PVP: 聚乙烯吡咯烷酮)催化剂，该催化体系巧妙地结合了位阻效应、氢溢流和催化剂界面的电子效应，系统研究了该催化剂对5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛催化性能，在最优条件下，5-甲基糠醛的选择性可达92%。利用密度泛函理论计算研究了5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛反应路径。     

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)是一种清洁高效利用碳资源发电的装置。其因能量转换率高,对环境污染小,燃料选择范围广等优点获得了越来越多的关注。DCFC的性能与使用的燃料密切相关,为了探究燃料对DCFC的影响,本文分别阐述了石墨、炭黑、中密度纤维板、生物质、煤、活性炭的特性及改性方法,分析讨论了燃料表面含氧官能团以及燃料中的金属催化剂对阳极电化学反应的促进作用,发现燃料表面化学性质要比比表面积更加重要。同时,本文也提出了对生物质这一优良的可再生资源的期待,为未来DCFC燃料的发展提供参考。     

从废水到新能源:光催化燃料电池的优化与应用

随着经济的飞速发展,社会对能源的需求日益扩大,对工业废水的无害化处理也提出了更高的要求。光催化燃料电池 (photocatalytic fuel cell, PFC) 在燃料电池中引入半导体光催化材料作为电极,实现了有机污染物高效降解和同步对外产电的双重功能,在废水无害化与资源化利用方面具有潜在的应用价值。半导体光催化电极是PFC系统高效运行的核心组件,增强其可见光响应和光生载流子分离是提高PFC性能的关键策略。反应器结构设计和运行参数优化也有利于改善PFC性能。本文从PFC基本原理和应用入手,综述了PFC在环境污染物资源化处理中的研究进展,并详细阐述了提高PFC的污染控制性能和产电效率的优化手段,为进一步设计高效稳定的PFC系统并实现其在水污染控制和清洁能源生产中的应用提供理论指导。     

复合酶耦合酶解酸处理后玉米秸秆的研究

以玉米秸秆为研究对象,经过2%硫酸预处理后,利用果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶三种酶协同酶解,以提高玉米秸秆的酶解产糖量。结果表明:当酶解时间为48h,果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶分别为45U/mL、30U/mL、60U/mL时,葡萄糖、木糖和酶水解得率分别为67.83%、3.25%、73.65%,相比纤维素酶单一酶解的葡萄糖、木糖和酶水解得率分别提高了65.04%、20.82%、65.06%。分步糖化发酵5天后,相比单一酶解发酵乙醇含量提高了72.5%。说明利用三种酶复合处理,能明显提高酶解产糖量。研究结果为玉米秸秆转化为可发酵糖技术的研究提供重要参考。     

煤与生物质混烧灰荷电特性研究

对玉米秸分别与两种煤以不同比例混烧生成的混烧灰进行了荷电特性研究。利用法拉第杯荷电量检测系统和静电低压撞击器(ELPI)测量了混烧灰的总体荷质比及分级荷质比,并借助于成分分析及形貌分析结果讨论了其影响机理。结果表明,随着生物质掺入量在混烧燃料中的增加,混烧灰的成分组成发生变化,使得其介电常数变大,比电阻增大,表面吸附能力增强,从而使混烧灰的总体荷质比有一定的上升趋势。对混烧灰的分级荷质比测量结果表明,排除灰样粒径的影响,生物质的掺入使得混烧灰的荷电能力得以增强,但影响相对较小,颗粒粒径是影响混烧灰荷电能力的主要因素。     

多孔碳化棉复合SnO2锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构,再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒,获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时,在300 mA/g的电流密度下,其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g,是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料.     

由甲壳素生物质合成含氮化学品研究进展

甲壳素是地球上储量丰富且含有生物固定氮元素的天然高分子。将甲壳素生物质高选择性转化为高值含氮化学品是利用甲壳素的有效策略,已经引起研究者的关注。本文综述了近年来由甲壳素及其衍生物(如壳聚糖等)合成氨基糖、氨基醇、氨基酸和杂环化合物等含氮高附加值化学品的研究进展,对甲壳素生物质的高值化利用进行了展望。     

神府烟煤以及贵阳贫煤分别与木屑掺烧灰沉积特性研究

利用CCD相机和沉积探针组成的在线监测系统,在50 k W下行炉上研究了木屑与神府烟煤以及贵阳贫煤的掺烧灰沉积特性。灰渣沉积过程可分为三个阶段:缓慢增长阶段、快速增长阶段和稳定阶段。烟煤掺烧灰沉积厚度随着木屑掺烧比例的增加而增加,贫煤掺烧灰沉积厚度则随着木屑掺烧比例增加而减小。烟煤中掺烧木屑比例为0、6. 7%、15%和22%时,渣层稳定厚度分别为1. 37、3. 85、11. 50、20. 56 mm,稳定相对热流密度分别为0. 44、0. 41、0. 30、0. 26。贫煤掺烧木屑比例为6. 7%、15%和22%时,稳定厚度分别为18. 65、10. 97和9. 78 mm,稳定相对热流密度分别为0. 29、0. 31、0. 33。掺烧木屑之后,灰渣初始层中Ca、K元素显著增加。在相同温度下,随着木屑掺烧比例的增加,灰中熔融相比例增加,因为木屑灰分中含有较多的Na2O、K2O等碱金属氧化物,而Al2O3、SiO2等含量较少,降低了灰的熔融温度。     

等离子体技术的固氮应用

空气中的氮气由于其牢固的N≡N三键,不易被植物直接吸收。等离子体固氮为高效实现将氮分子（N2）转化为可吸收的含氮化合物（NOx,NH3等）提供了新途径。相比传统Haber-Bosch（H-B）工艺,等离子体技术可以使用间歇性可再生能源,成本低廉,并且理论能耗仅为H-B工艺的0.5倍,因而在固氮领域受到广泛关注。本篇综述首先阐述了等离子体在固氮应用上的优势,然后,介绍了等离子体固氮的反应原理以及其在固氮（用于NH3或NOx合成）领域的研究现状,并对比了当前已有的等离子体反应器类型及其固氮效果。最后,总结了等离子体固氮技术当前面临的挑战,并指出了该方向未来研究的重点。     

利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛

Selective hydrogenation is a vital class of reaction. Various unsaturated functional groups in organic compounds, such as aromatic rings, alkynyl (C≡C), carbonyl (C＝O), nitro (-NO₂), and alkenyl (C＝C) groups, are typical targets in selective hydrogenation. Therefore, selectivity is a key indicator of the efficiency of a designed hydrogenation reaction. 5-(Hydroxymethyl)furfural (HMF) is an important platform compound in the context of biomass conversion, and recently, the hydrogenation of HMF to produce fuels and other valuable chemicals has received significant attention. Controlling the selectivity of HMF hydrogenation is paramount because of the different reducible functional groups (C＝O, C-OH, and C＝C) in HMF. Moreover, the exploration of new routes for hydrogenating HMF to valuable chemicals is becoming attractive. 5-Methylfurfural (MF) is also an important organic compound; thus, the selective hydrogenation of HMF to MF is an essential synthetic route. However, this reaction has challenging thermodynamic and kinetic aspects, making it difficult to realize. Herein, we propose a strategy to design a highly efficient catalytic system for selective hydrogenation by exploiting the synergy between steric hindrance and hydrogen spillover. The design and preparation of the Pt@PVP/Nb₂O₅ catalyst (PVP = polyvinyl pyrrolidone; Nb₂O₅ = niobium(V) oxide) were also conducted. Surprisingly, HMF could be converted to MF with 92% selectivity at 100% HMF conversion. The reaction pathway was revealed through the combination of control experiments and density functional theory calculations. Although PVP blocked HMF from accessing the surface of Pt, hydrogen (H₂) could be activated on the surface of Pt due to its small molecular size, and the activated H₂ could migrate to the surface of Nb₂O₅ through a phenomenon called H₂ spillover. The Lewis acidic surface of Nb₂O₅ could not adsorb the C＝O group but could adsorb and activate the C-OH group of HMF; therefore, when HMF was adsorbed on Nb₂O₅, the C-OH groups were hydrogenated by the spilled over H₂ to form MF. The high selectivity of this reaction was realized because of the unique combination of steric effects, hydrogen spillover, and tuning of the electronic states of the Pt and Nb₂O₅ surfaces. This new route for producing MF has great potential for practical application owing to its discovered advantages. We believe that this novel strategy can be used to design catalysts for other selective hydrogenation reactions. Furthermore, this study demonstrates a significant breakthrough in selective hydrogenation, which will be of interest to researchers working on the utilization of biomass, organic synthesis, catalysis, and other related fields.