纳米片层二硫化钼负载PtCo双金属催化甲醇水相重整制氢

采用水热法合成了层数只有六层的纳米片层二硫化钼（MoS₂）,并进一步负载Pt和PtM双金属（M=Ru、Pd、Co和Ni）,用于催化甲醇水相重整制氢反应。结果表明,PtCo/MoS₂对于甲醇水相重整具有最优异的催化性能,在220℃下产氢转换频率（TOF）为37142 h^-1。氮气吸附-脱附等温线、透射电子显微镜（TEM）、程序升温还原（H₂-TPR）以及X射线光电子能谱（XPS）等表征结果表明,PtCo/MoS₂中金属还原程度高,且Pt与载体MoS₂形成了强电子相互作用,使缺电子的Pt有利于吸附活化甲醇,并进一步促进甲醇重整反应。     

Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的制备及催化制氢活性

采用化学共还原方法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒,对所合成的纳米颗粒进行了表征,研究了三金属纳米颗粒的化学组成对其催化NaBH4制氢的影响.研究结果表明,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒的平均粒径在2 nm左右,Pt/Ni/Fe三金属纳米颗粒催化活性高于Pt,Ni或Fe单金属纳米颗粒和Pt/Ni,Pt/Fe或Ni/Fe双金属纳米颗粒的催化活性,其中Pt10Ni78.75Fe11.25三金属纳米颗粒的催化活性最高,30℃时,其催化活性可达63.920×103molH2/(molPt·h).Pt/Ni/Fe三金属纳米溶胶催化剂具有很好的催化稳定性,10次重复催化实验后,该催化剂依然可以保持较高的催化活性.该三金属纳米溶胶催化NaBH4水解反应的活化能为52 kJ/mol.     

超薄Ni(OH)2纳米片修饰Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒作为二维/零维异质结构光催化剂可见光下光催化制氢

设计与制备高效的光解水催化剂是解决能源问题和环境问题的策略之一.硫化镉因其可在可见光引发下分解水制氢而受到广泛关注,然而光腐蚀严重,过电势高,载流子复合快速以及表面反应动力学缓慢等缺点极大地限制了其在光解水反应中的实际应用.本文采用简单液相法将均匀的Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒锚定在超薄Ni(OH)2纳米薄片上,构建...     

SnO2纳米带的水辅助生长与表征

以高纯Sn粉为原料，采用水辅助生长法在850 ℃下合成了SnO₂纳米带，用SEM、TEM、XRD、EDX、 HRTEM和SAED对其形貌、结构和成份进行了表征，对SnO₂纳米带的光致发光和红外谱图进行了分析，探讨了水辅助生长SnO₂ 纳米带的化学原理和生长机制。结果表明：用水辅助生长法制备的SnO₂纳米带产量高、结构均匀，XRD衍射图与SnO₂的标准图完全一致，纳米带的宽度为70～100 nm，厚度为5～8 nm,长度可达数十微米；SnO₂纳米带光致发光在617 nm和651 nm处有2个强峰，在446 nm处有一个弱峰，这些都是由氧空位引起的；SnO₂纳米带的红外谱图中560.6 cm^-1处的峰属于表面振动模式；水辅助生长SnO₂纳米带的可能机制是VS生长机制。     

高匹配的BiVO4/WO3纳米碗异质结光阳极用于高效光电化学分解水(英文)

光电化学(PEC)分解水制氢,已成为将太阳能转化为绿色可持续氢能极具潜力的途径之一.目前,单斜相钒酸铋(BiVO₄)因其合适的带隙及能带位置、无毒且含量丰富等优点,被认为是理想的光阳极材料.然而, BiVO₄较低的载流子迁移率(4×10^-2 cm²V^-1s^-1和较短的空穴扩散长度(<100 nm),导致BiVO₄光阳极电子-空穴复合较严重,极大地限制了其性能.为克服上述缺陷,除减小BiVO₄纳米颗粒的粒径以匹配其较短的空穴扩散长度,使空穴能有效转移到其表面参与水氧化反应;或在其表面沉积一层薄的氧气释放反应助催化剂(OEC)层以增强水氧化反应动力学以外,还应关注如何进一步有效提升BiVO₄电荷分离效率.因此,在BiVO₄和氟掺杂的氧化锡(FTO)电极界面之间插入另一种半导体材料构筑异质结以促进BiVO₄电荷分离,进一步提升BiVO_4<...     

SiO2负载Au-Pd双金属纳米颗粒催化甲醇选择性氧化合成甲酸甲酯

甲醇选择氧化制备甲酸甲酯（MF）是延伸甲醇产业链、开发高附加值下游产品的有效途径之一,负载型Au及Pd催化剂在这一反应中表现出优异的低温催化性能。为探索实用、高效和易再生的甲醇选择氧化催化剂,同时揭示双金属颗粒中Au和Pd的协同效应及甲醇氧化反应机理,本研究制备了一系列二氧化硅负载的Au-Pd催化剂（Au-Pd/SiO₂）,详细研究了其对甲醇选择氧化制甲酸甲酯的催化性能。结果表明,Au和Pd总负载量为0.6%、且Au/Pd质量比为2时,所制备的Au₂-Pd₁/SiO₂催化剂表现出优异的甲醇氧化催化性能;在130℃下,甲醇转化率达到57.0%,MF选择性为72.7%。多种表征结果显示,Au-Pd双金属纳米颗粒粒径为2-4 nm,高度分散于SiO₂载体表面,倾向于生成孪晶结构并暴露（111）晶面,这些因素是Au-Pd/SiO₂具有优异催化性能的主要原因。通过DRIFTS表征研究,提出了一个可能的MF生成机理：即甲醇首先与处于Au-Pd纳米粒子界面的表面氧作用,生成化学吸附的甲氧基;随后,甲氧基经去质子作用生成吸附的甲醛物种,后者与相邻的甲氧基物种亲核反应,并经β-H消除后得到目标产物MF。     

甲醇重整反应中Pt/γ-Al2O3催化剂纳米Pt粒径与催化性能关系研究

利用硝基甲烷还原法在室温条件下得到了纳米Pt粒径可控的担载Pt/γ-Al₂O₃催化剂, 并利用甲醇重整反应为反应探针考察了Pt粒径与催化反应性能之间的关系, 发现催化反应的性能与担载贵金属颗粒粒径之间存在明显的相关性. 通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)等测试手段对催化剂进行表征, 发现钠米Pt的粒径大小不但影响甲醇重整反应的活性, 同时也影响反应的选择性, 即催化剂的催化性能与担载贵金属粒径之间存在明显的尺度效应.     

2D/2D超薄La2Ti2O7/Ti3C2 Mxene肖特基异质结用于高效光催化CO2还原(英文)

CO₂的过量排放造成了全球生态系统的失衡,如温室效应、海洋酸化和极端天气频发等.CO₂作为一种储量丰富且可循环利用的碳一资源,利用光催化技术将其催化转化为包括一氧化碳和甲烷在内的碳氢燃料,为上述问题提供了一个很有前景的解决方案.纳米片作为典型的二维材料,其厚度一般低至100 nm.此外,二维材料具有较大的比表面积、可调谐的端基官能团、出色的光学性能以及较好的导电性和柔韧性,在光催化领域受到了广泛关注.在半导体材料中,钛酸镧(La₂Ti₂O₇)具有优良的氧化还原能力和良好的稳定性和耐久性,但与其他半导体类似,La₂Ti₂O₇的宽带隙性质决定了其只能利用波长较短的光,这极大地限制了其对太阳光的利用.为了增强光吸收能力,降低光生载流子的复合,本文通过溶剂热法在La₂Ti₂O₇纳米片上负载薄层Ti₃C₂ MXen...     

Cr2O3催化合成气转化至甲醇的微观动力学研究(英文)

Cr₂O₃是双功能催化合成气转化的重要氧化物组分,其可将合成气转化为重要的中间物种甲醇.结合密度泛函理论计算和微观动力学模拟,本文系统研究了干净Cr₂O₃(001)和(012)表面,以及氢覆盖或含有氧空位的还原(012)表面的结构及催化合成气转化至甲醇的活性.本文探讨了合成气转化为甲醇的分步或协同反应路径,并确定CO或CHO氢化是决速步骤.微观动力学分析表明,Cr₂O₃(001)表面难以催化合成气转化为甲醇,在673 K时,两个还原性(012)表面的反应速率(25～28 s^-1)比干净的(012)表面(4.3 s^-1)高出约五倍.计算结果表明了Cr₂O₃表面还原性对催化活性的重要性,或许可以为双功能催化体系中氧化物组分的设计提供参考.     

偶氮四唑钾盐的绿色电合成反应耦合WS2纳米片催化电解水制氢

析氧反应(OER)作为动力学缓慢的四电子多步骤反应过程,限制了电催化水分解制氢的反应速率,降低了电催化水分解制氢的整体效率,以热力学更有利的有机含能材料氧化反应替代OER与析氢反应(HER)耦合,在降低槽压制得氢气的同时能得到高附加值的化工产品.本文建立了一种新的耦合体系,在阳极侧制备含能离子盐[偶氮四唑钾盐(K₂AZT)]的同时,阴极侧以碳布负载的二硫化钨纳米片(CC@WS₂ NSs)作为HER催化剂促进H₂的形成.该体系仅需要1.65 V的槽电压即可达到10 m A/cm²的电流密度,相比于CC@WS₂ NSs/CF全解水体系(1.87 V)降低了220 m V.耦合体系在至少15 h内保持平稳运行,表现出优异的稳定性能.通过绿色安全的电化学法制备含能化合物避免了传统有机合成方法高能耗、高风险和高成本等问题,为安全生产含能材料提供了新的合成策略.     

锂离子电池负极Si@LiAlO2纳米复合材料的简易制备(英文)

采用溶剂热法和煅烧法制备了LiAlO₂包覆Si纳米颗粒(Si@LiAlO₂)的复合材料。Si@LiAlO₂纳米颗粒具有开口和通道的树枝状结构。电化学性能测试表明,其在100 mA·g^-1电流密度下循环100次后可逆容量为364.1 mAh·g^-1。纳米复合材料的树枝状结构使其具有优越的循环性能。在树枝状结构中,纳米尺度的硅颗粒缩短了锂离子的传输路径,LiAlO₂包覆层、孔隙和开口缓冲了硅在充放电过程中的体积变化。     

高性能纳米碳材料改性Cu/ZnO/Al2O3甲醇水蒸汽重整制氢催化剂

由铜基催化剂催化甲醇水蒸汽重整制氢是有效解决车载燃料电池等制氢需求的潜在途径．但传统铜基催化剂对该反应的低温催化活性及制氢选择性均不理想．近年来碳纳米管及活性碳纤维等因具有独特的纳米孔结构、高比表面积和优异的吸附性能作为潜在的新型催化材料而备受关注．     

高效稳定的MoS2-TiO2纳米复合催化剂用于浆态床菲催化加氢(英文)

浆态床加氢是一种先进的非常规石油资源(重油等)加氢提质技术,它采用分散型催化剂以提高催化剂与原料中的沥青质等大分子的接触程度.沥青质等大分子中多环芳烃的快速转化是浆态床重油加氢技术的挑战,因此设计高活性的加氢催化剂是浆态床加氢技术的关键.作为典型的二维层状材料,分散型MoS₂催化剂表现出较好的催化加氢性能.然而,纳米尺寸的分散型MoS₂催化剂的稳定性有待提高,在高温高压下MoS₂片层会折叠并聚集成较大的颗粒以降低其表面能.MoS₂颗粒的生长会导致其悬浮性降低和边缘活性位点暴露量减少,因而降低催化剂的活性和寿命.因此,急需设计开发高性能的分散型MoS₂纳米催化剂,从而解决MoS₂层在高温高压条件下的折叠和聚集难题,提高MoS₂纳米催化剂的催化加氢活性和稳定性.纳米复合材料的构建可以有效地解决活性组分的团聚问题.近年来, Janus纳米复合材料因其在催化方面的广泛应用引起了科研人员的关注.此外,复合材料中各组分的种类对其催化活性有显著影响...     

CdS纳米片与纳米线负载Au25纳米团簇光催化苯甲醇无氧脱氢制苯甲醛反应的研究(英文)

光催化苯甲醇直接脱氢制苯甲醛是一种利用太阳能合成精细化学品的同时生成氢气的节能途径。负载型半导体CdS基催化剂是该反应的一类典型的光催化剂。文献报道CdS的形貌对光催化水分解的性能有明显的影响,但其在光催化苯甲醇无氧脱氢制苯甲醛反应中的形貌效应研究报道极少。本工作合成了纳米片状(NS)和纳米线状(NW)两种不同形貌的CdS,发现CdS-NS表现出比CdS-NW更高的转化苯甲醇的光催化活性,但这两种催化剂对苯甲醛的选择性非常低。通过在CdS-NS和CdS-NW上负载Au₂₅纳米团簇,光催化苯甲醇无氧脱氢制苯甲醛反应的活性和选择性明显提高,并显著减弱了CdS载体的形貌对催化反应性能的影响。以上结果为设计合成精细化学品的高效光催化剂提供了参考。     

CeO2/Pt(111)反向催化剂结构和活性的密度泛函理论研究(英文)

铈基材料因其独特的Ce⁴⁺/Ce³⁺转化性质而广泛运用于非均相催化反应中.尽管在实验和理论上对纯净二氧化铈表面的物理和/或化学性质进行了深入研究,但是与二氧化铈有关的界面结构和反应性能引起了人们的极大兴趣.其中,已有报道表明,氧化铈/金属反向催化剂相较于氧化铈、金属或者金属/氧化铈负载材料能明显提高CO催化氧化和水汽转化等反应活性.然而多数前期研究并没有从理论上给出合理解释,同时也并未说明反向催化剂中氧化铈结构(层数)和性质的关系.可以预见,因受到金属基板的影响,二氧化铈表面的物化性质,如氧空位形成能、电子分布、催化活性等必然会发生变化.本文通过库伦作用校正的密度泛函理论(DFT+U)计算,系统地研究了不同厚度的Ce O₂/Pt(111)反向催化剂几何结构和电子性质,催化CO氧化的性能.本文首先在Pt(111)载体上明确了单层Ce O₂(111)的最佳结构,然后研究随着二氧化铈厚度增加,各复合结构界面热力学稳定性、几何结构和电荷性质的变化.计算结果表明:首先,单层Ce O₂/P...     

SiO2/PE/ Bi2S3核壳结构纳米颗粒的合成与性能(英)

以多层电解质作为微型反应器，制备了SiO₂/ Polyelectrolyte(PE) / Bi₂S₃核壳纳米粒子。XRD结果表明Bi₂S₃颗粒属于正交晶系。由透射电镜和场发射扫描电镜照片可知，在直径为640 nm左右的SiO₂表面覆盖了厚度35 nm的Bi₂S₃壳层。红外光谱分析结果表明硅烷网络在结构上发生了变化(SiO₂表面的硅烷醇键沉积在Bi₂S₃的表面)。SiO₂核和SiO₂ / PE / Bi₂S₃的紫外-可见吸收光谱显示在900 nm存在典型吸收边。     

用于改进H2O2制备的1D/0D异质结的ZnIn2S4@ZnO S型光催化剂(英文)

过氧化氢作为一种绿色氧化剂,被广泛应用于食品工业、有机合成、医疗消毒和污水处理等领域.目前,大多数用于工业生产的过氧化氢是通过蒽醌法制备.传统的蒽醌法能耗高、有机副产物多、环境污染严重,因此,利用清洁的太阳能进行半导体光催化生产过氧化氢备受关注.其中,ZnO半导体因其高稳定性、无毒性、良好的生物相容性和合适的导带位置而成为一种潜在的过氧化氢生产材料.然而,单一的ZnO在光催化生产过氧化氢中面临着许多问题,如载流子分离效率低、可见光吸收弱等,从而导致其较低的光催化性能.因此,多种策略被用于解决上述问题,如掺杂非贵金属元素、晶面调控和异质结构构建等.在这些改性策略中,异质结构建被认为是提高光催化性能最有效的方法之一,特别是S型异质结因其较好的氧化还原能力和电子转移特性而备受关注.S型异质结通常由一个氧化型光催化剂和一个还原型光催化剂组成,在两者的接触界面上形成内建电场,促使无用的载流子复合,从而保留更多具有强氧化还原能力的空穴和电子,以此提高异质结光催化性能.ZnIn₂S₄具有合适的带隙和高导带位置,可以作为还原型光催化剂与ZnO构建S型异质结,...     

CeO2(110)负载Au纳米颗粒催化CO+NOx反应的DFT+U研究

通过在位库伦校正的密度泛函理论（DFT+U）方法计算,我们研究了CO和NO_x分子在Au负载CeO₂（110）表面的吸附. 结果表明,CO在Au纳米颗粒的顶位有很强的吸附能,大约为1.2 eV,而NO在Au纳米颗粒上或者Au与CeO₂载体界面处都是弱吸附. 然而,当NO_x在界面处形成N₂O₂二聚体之后,通过断裂末端的N-O键能够有效地被降解. 纵观整个反应过程,第一步CO+N₂O₂的反应遵循了Langmuir-Hinshelwood机理,活化能只有0.4 eV,通过形成ONNOCO的中间物种最终产生N₂O和CO₂. 不同的是,第二步消除N₂O反应遵循了Eley-Rideal碰撞机理,需要相当高的能垒,约为1.8 eV. 通过进一步分析表明,稀土Ce元素独特的电子特性能够使电子从Au上转移并且局域到载体表面的Ce阳离子上,并且有助于形成带负电的N₂O₂分子. 而且Au纳米颗粒有很强的结构流动性,能够促进吸附的CO分子靠近界面处的N₂O₂并与之反应.     

亚甲基蓝嵌入的供体受体型g-C3N4纳米片光催化剂用于产H2(英文)

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种优异的产H₂光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C₃N₄纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C₃N₄框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C₃N₄纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6μmol·h^-1·g^-1),分别是块状g-C₃N₄、D-A结构g-C₃N₄、g-C₃N₄纳米片的5.30,2...     

在Ti3C2Tx MXene上原位生长2D TiO2纳米片的异质结构用于改善电催化氮气还原(英文)

氨作为一种必不可少的活性氮源,在聚合物、纺织工业、工业制造和农业种植中发挥了至关重要的作用.目前,大规模的氨合成主要依靠传统Haber-Bosch法,但该工艺能耗高且造对环境有危害,如排放大量的二氧化碳.电催化氮还原合成氨被认为是传统Haber-Bosch法的潜在替代技术,该技术可以在环境条件下进行且使用可再生的氮气和水为原料.贵金属表现出优异的电催化氮还原活性,但高成本和低丰度限制了它们的广泛应用.最近,氮还原电催化剂的研究已转向廉价且丰富的过渡金属基材料.MXene是一种新兴的过渡金属碳/氮/碳氮化合物衍生的二维层状材料,其化学式可记为M_n+1X_nT_x(n=1,2或3),其中“M”代表过渡金属(如V,Ta,Mo,Ti,Nb),“X”代表N或C或CN,“T_x”代表表面官能团(如-O,-F和-OH).其中,Ti₃C₂T_x MXene由于独特的层状结构、较好的导电性和稳定性,而被理论计算和实验结果证明是一种很有前景的氮还原催化剂.然而,...