电沉积制备MnO2催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

通过电沉积的方法获得了一种具有均匀孔隙结构的海绵状二氧化锰催化剂,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了所制备材料的表面形貌、结构及元素构成和赋存价态,采用线性伏安扫描(LSV)法对电沉积材料的电化学性能进行分析,考察其催化氧还原反应的活性,最后以合成的材料为阴极催化剂,构建微生物燃料电池系统,考察其在微生物燃料电池中的应用效果。结果表明,以电沉积二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池最大功率密度为975.6 mW/m~2,是以商业二氧化锰为阴极催化剂的电池的1.7倍;这表明作为一种经济、高效、环境友好的阴极氧还原催化剂,电沉积法制备的二氧化锰为实现阴极催化剂的低成本制备以及微生物燃料电池放大化推进提供了新的研究途径。     

The green synthesis of carbon quantum dots and applications for sulcotrione detection and anti-pathogen activities

In this study, we synthesized simple, cheap, and stable nitrogen (N)-doped carbon quantum dots (N-CQDs) from Moringa oleifera roots. The N-CQDs exhibited an intense blue fluorescence and a quantum yield (QY) of up to 43.4%. When excited at 350 nm, the highest generated wavelength was observed at 445 nm. These N-CQDs were then successfully used to detect sulcotrione (limit of detection = 2 μg/mL); the method was reliable and exhibited good feasibility for measurements in real samples. When the N-CQDs concentration was 11.0 μL/mL, inhibitory rates against the pathogens, Corynespora cassiicola and Phytophtora nicotianae were 82.8% and 75.3%, respectively. To investigate N-CQDs safety for plant growth, different concentrations were investigated using sorghum seedlings, with N-CQDs exhibiting very low toxicity toward plant growth. Thus, these findings provide a basis for the development of N-CQDs as green pesticides.     

氮掺杂鸡毛碳点荧光关开探针用于测定百草枯

以鸡毛和乙二胺为碳源和氮源,通过一步水热法合成强荧光性能的氮掺杂碳量子点(N-CQDs),并优化其制备和掺杂条件.该碳量子点具有良好的光学、结构性质和稳定性,平均粒径7.89 nm,荧光量子产率为14％.最大激发波长为320 nm,最大发射波长为386 nm.Hg2+存在条件下N-CQDs溶液的荧光被碎灭(关),添加百...     

Deep Eutectic Solvent-assisted Synthesis of Nitrogen-doped Carbon Quantum Dots for Cell Imaging

Carbon quantum dots(CQDs) are widely used in fluorescence imaging due to their negligible toxicity, low-cost and excellent fluorescence properties. The fluorescence properties of CQDs are greatly affected by the synthesis method, passivation agent and reaction media. In this study, the nitrogen-doped CQDs(N-CQDs) were synthesized by a facile microwave-assisted method with citric acid(CA) as a carbon source and deep eutectic solvents as a N-dopant as well as the reaction solvent. After detailed characterizations, the as-prepared N-CQDs exhibited near spherical morphology with an average size of (2.64±0.55) nm. Besides, the abundant hydrophilic functional groups including hydroxyl, carboxyl, amine and quaternary ammonium were present on the surface of the N-CQDs. The N-CQDs displayed the excitation-dependent fluorescence feature under the excitation wavelength of 350-480 nm. Moreover, the N-CQDs could be efficiently uptaken by RAW264.7 cells and emitted bright green light. Meanwhile, the resultant N-CQDs showed the low cytotoxicity in living cells, suggesting the great potential in bio-imaging applications.     

磷钨钒杂多酸相转移催化剂的制备及其深度氧化脱硫性能

以钒原子取代的Keggin型磷钨杂多酸与不同的季铵类阳离子表面活性剂反应合成了一系列磷钨钒杂多酸相转移催化剂,采用红外和X射线衍射对催化剂进行了表征。以H_2O_2为氧化剂,对模型柴油的氧化脱硫反应进行了研究,考察了季胺类表面活性剂种类、不同季胺盐含量、催化剂用量、氧硫比、反应温度等参数对反应的影响。结果表明,所制备的杂多酸相转移催化剂保留有杂多酸阴离子和季铵盐阳离子的结构特征。[(C_(16)H_(33)(CH_3)_3) N]_3H[PW_(11)VO_(40)]催化剂具有最佳的氧化脱硫性能和重复使用性能,在n(催化剂)/n(模型柴油)=1∶80,n(H_2O_2)/n(模型柴油)=8∶1,反应温度50℃,反应时间3 h的反应条件下,二苯并噻吩的转化率可达到100%;催化剂重复使用五次后,转化率为99.7%。反应过程中,该催化剂与反应物形成微乳体系,如同一个均相混合物,而反应结束体系静置一段时间后,催化剂和产物又形成两相,通过离心法就可以快速分离和回收催化剂。     

Fe/N/C氧还原催化剂的热稳定性及活性位结构

研制高活性的Fe/N/C氧还原催化剂对于降低燃料电池成本、实现商业化应用有重要意义. 为了实现Fe/N/C催化剂的理性设计,需要深入研究其活性位结构. 本文我们发展一种研究活性位结构的新策略,即以预先合成好的聚间苯二胺基Fe/N/C催化剂(PmPDA-FeNx/C)为起始物,对其在1000~1500 ^oC高温下再次进行热处理并使其失活,通过关联催化剂热处理前后的结构变化与氧还原催化性能来揭示活性位结构. 实验结果表明,随着热处理温度升高,活性中心结构被破坏,铁原子析出团聚并形成纳米颗粒,氮元素挥发损失,导致催化剂失活. XPS分析显示,低结合能含氮物种的含量与催化剂的ORR活性呈良好的正相关性,表明活性中心很可能是由吡啶N和Fe-N物种构成的.     

金属前驱体对质子交换膜燃料电池用PtCu/C催化剂性能的影响

采用乙二醇还原法,利用不同金属前驱体(CuSO_4/CuCl_2、K_2PtCl_4/H_2PtCl_6)制备了铂铜总质量分数为20%的四种PtCu/C催化剂,并通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对催化剂进行物相结构表征及电化学性能测试。结果表明,以CuSO_4和K_2PtCl_4为前驱体组合制备出的PtCu/C催化剂性能最优。所制备的PtCu/C催化剂金属颗粒平均粒径为2.3nm,粒径范围窄,在碳载体上负载均匀;电化学活性面积(ECSA)达到73.0m2/gPt,质量比活性(MA)为126.65mA/mgPt,均优于商业Pt/C催化剂。     

复合微量NCQDs对提高Ag_2CO_3半导体降解苯酚的光催化性能研究(英文)

半导体光催化具有无毒、无污染、低能耗等优点,广泛应用于水溶液中染料、药物分子的降解等.其中Ag_2CO_3半导体因其较窄的带隙能和显著的可见光吸收性能而引起广泛关注.但是Ag_2CO_3在光照下极不稳定.目前,主要是通过引入其它半导体等材料与其进行复合来提其催化活性与稳定性.本文以一种具有良好的水溶性以及能够加快电子转移能力的碳量子点(CQDs)和氮掺杂的碳量子点(NCQDs)作为复合材料,利用简单的沉淀法制备出了CQDs/Ag_2CO_3、NCQDs/Ag_2CO_3等复合材料.结果表明,CQDs和NCQDs的存在能够很好的提升光催化性能.而且发现NCQDs除了具有碳量子点的特性外,还能够诱导电荷离域,更加有效的促进电子的转移.利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、N_2物理吸附、元素成像、紫外-可见光漫反射吸收光谱、红外光谱以及光电流和交流阻抗测试等手段对所制备的CQDs/Ag_2CO_3和NCQDs/Ag_2CO_3进行了表征.结果表明,量子点的存在能够有效增大Ag_2CO_3的比表面积.紫外-可见漫反射吸收结果说明,量子点的存在还能够在一定程度上增大样品的可见光吸收性能.而光电流和交流阻抗测试结果证明,量子点的存在能显著降低载流子的迁移阻力,提高光生电子与空穴的分离效率.在量子点相同含量下,NCQDs能够更加有效的转移载流子.以350 W氙灯加可见光滤光片(λ≥420 nm)作为光源进行光催化降解苯酚的性能测试.结果表明,NCQDs/Ag_2CO_3比CQDs/Ag_2CO_3表现出更高的活性,其对苯酚的降解率约为后者的2倍;同时NCQDs/Ag_2CO_3还具有更佳的稳定性能.自由基捕获试验说明,在光催化过程中,主要的活性物种为?OH与?O_2~-.NCQDs能够提高Ag_2CO_3活性与稳定性的原因在于,NCQDs能够提高了催化剂的比表面积,增强光催化剂的光吸收性能.另外NCQDs能够比CQDs更有效的转移电子,提高光生e~-和h~+的分离效率,产生更多的光催化降解活性物种.     

Hydrothermal synthesis of fluorescent nitrogen-doped carbon quantum dots from ascorbic acid and valine for selective determination of picric acid in water samples

Nitrogen doped carbon quantum dots (N-CQDs) were synthesised by a hydrothermal method using ascorbic acid and valine as precursors. The as-synthesised N-CQDs were characterised by transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, UV?vis absorption spectra, as well as fluorescence spectrophotometer. The results revealed that the as-prepared N-CQDs were spherical shaped with an average diameter of 4 nm and emitted bright blue photoluminescence with a quantum yield of approximately 4.8 %. Additionally, we found that the fluorescence of the N-CQDs was intensively quenched by the addition of picric acid (PA). The decrease of the fluorescence intensity made it possible to determine PA in the linear range of 0.06–7.81 µg ml^–1 based on the fluorescence resonance energy transfer between PA and N-CQDs. The detection limit was as low as 11.46 ng ml^–1. The proposed approach was further successfully applied for the determination of PA in water sample collected from Fenhe river for public safety and security, suggesting its great potential towards water routine analysis.     

水热合成Bi2WO6/SC光催化剂及其光催化脱硝性能研究

以活性半焦(SC)为载体,采用水热法合成新型可见光催化剂Bi₂WO₆ /SC, 利用SEM、BET、XRD、FT-IR和紫外可见漫反射(UV-vis)光谱等系列手段对所制备的样品进行了表征,并以可见光(λ＞ 400 nm)为光源,模拟烟气中的NO为氧化脱除对象,进行光催化活性测试。 结果表明,通过水热法合成的Bi₂WO₆具有微米花形状,且光响应波长已扩展到400 nm以上的可见光区, Bi₂WO₆/SC光催化脱硝剂性能最好,反应4 h后脱硝率仍高于70%。     

负载型磷化镍催化剂的溶剂热法制备及其加氢脱硫性能

以廉价的三苯基膦(PPh₃)为磷源,以三正辛胺(TOA)为液相反应体系,溶剂热法制备了负载型Ni₂P/MCM-41催化剂,并采用XRD、BET、CO吸附、XPS和TEM等手段对制备得到的催化剂进行了表征。该方法的合成温度为330 ℃,反应在常压下进行,比程序升温还原法(H₂-TPR)所需的还原温度至少低300 ℃,比传统的溶剂热法合成原料更廉价。以二苯并噻吩(DBT)为模型化合物,比较了所制备的Ni₂P/MCM-41催化剂与H₂-TPR法制备的催化剂结构以及加氢脱硫(HDS)性能。结果表明,溶剂热法能够降低催化剂表面上P物种的集聚,从而得到较大比表面积的Ni₂P催化剂(690 m²/g);促进小尺寸、高度分散的Ni₂P活性相的生成;制得的催化剂的HDS活性明显高于H₂-TPR法催化剂,在反应温度340 ℃,质量空速2.0 h^-1,H₂/油=500(体积比),3.0 MPa的条件下,Ni₂P/M41-R催化剂DBT转化率达到96.8%,较H₂-TPR法高10.6%。     

Keggin型铬取代的磷钨杂多阴离子/二氧化钛纳米膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为TiO₂前驱体,Keggin型铬取代的杂多阴离子PW₁₁Cr为可见光活性组分,采用溶胶-凝胶提拉法在玻片表面制备了PW₁₁Cr/TiO₂纳米膜光催化剂,并用UV-Vis DRS、IR、XRD、SEM和TEM等技术手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相和表面结构形貌等进行了表征;讨论了膜中PW₁₁Cr和TiO₂相互作用的方式;以染料模型污染物RhB的可见光催化降解为探针,评估了PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂的可见光催化活性,讨论了光催化反应机理,并与TiO₂的光催化反应机理进行了比较;考察了焙烧温度、PW₁₁Cr剂量和溶液pH值对光催化活性的影响;最后用RhB的循环降解实验评估了催化剂的光催化稳定性。 实验结果表明,PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂对可见光有明显吸收,较低焙烧温度(100 ℃)下得到的膜为无定形结构,而较高焙烧温度(500 ℃)为纳晶结构;前者的光催化活性较高,在200 W金卤灯照射下降解10 μmol/L RhB,120 min的降解率为95%,4 h的COD去除率为72%;羟基自由基是导致RhB降解的主要氧活性物质;低的膜处理温度,高的PW₁₁Cr负载量和溶液酸性有利于提高PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性;经循环重复使用10次,PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性仅有较少损失。     

新型耐甲醇氧还原电催化剂——氮掺杂中空碳微球@铂纳米粒子复合材料

通过模板法制备了一种新型耐甲醇氧还原电催化剂——氮掺杂中空碳微球@铂纳米粒子复合材料(HNCMS@PtNPs)。首先,将铂纳米粒子负载于氨基化二氧化硅微球上,获得PtNPs/SiO₂复合材料。然后通过多巴胺自聚合反应在PtNPs/SiO₂复合材料上包裹聚多巴胺(PDA)膜,将其在氮气气氛中直接进行碳化处理并通过氢氟酸溶液刻蚀去除SiO₂,获得了内嵌有PtNPs的氮掺杂中空碳微球,标记为HNCMS@PtNPs复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、比表面积分析仪和X射线光电子能谱仪对HNCMS@PtNPs复合材料的形貌和结构进行了表征。采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了HNCMS@PtNPs复合材料的电催化氧还原性能。结果表明：HNCMS@PtNPs催化剂的Pt载量高达11.9%(w,质量分数),对氧还原反应具有高电催化活性、高稳定性和优良的抗甲醇性能,是一种具有应用潜力的直接甲醇燃料电池(DMFCs)阴极电催化剂。     

Easily Separated and Recyclable Amino-functionalized PorousSiO2 Beads with 3D Continuous Meso/Macropore Channels

Amino-functionalized porous SiO₂ beads with a diameter of 200—800 μm(PSB-NH₂) have been successfully synthesized by grafting 3-aminopropyl-triethoxysilane onto meso/macroporous silica beads(PSB), in which the PSB was prepared by hydrothermal synthetic method with a porous hard template anion-exchange resin. The as-prepared materials were characterized by means of nitrogen sorption and transmission electron micrographs(TEM), showing the presence of 3D interconnected and continuous large mesopores and macropores inside. The beads were used to catalyze Knoevenagel condensation and proved to be highly active and selective due to the high accessibility of the reactants to the amino groups via the continuous 3D meso/macopores. Notably, such material in bead format facilitates the extremely straightforward separation from reaction solution without any centrifugation or filtration. Moreover, PSB-NH₂ proved to be a stable catalyst via leaching experiment test, and can be easily recovered and reused without significant loss of activity in successive catalytic cycles.     

Ce0.5Zr0.5O2修饰的Ni/SiC、Fe/SiC和Co/SiC催化燃烧甲烷性能

以铈锆固溶体(Ce0.5Zr0.5O2)修饰的高比表面积SiC为载体,采用两步浸渍法制备了Ni、Fe和Co基催化剂,研究了其在煤层气催化燃烧脱氧中的催化活性和稳定性.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、比表面积(BET)、热重分析(TGA)和H2程序升温还原(H2-TPR)对催化剂进行了表征.分析结果表明,Ni、Fe和Co部分进入Ce0.5Zr0.5O2固溶体晶格内部,导致催化剂体相形成更多的缺陷;同时Ce0.5Zr0.5O2固溶体有助于加速金属氧化物和金属之间氧化还原过程的进行,促进了氧吸附、传输和对甲烷的活化.另外,SiC和Ce0.5Zr0.5O2固熔体良好的抗积碳性能,有效避免了催化剂在富甲烷反应气氛中因积碳而失活,从而使三种催化剂均具有优良的催化燃烧脱氧活性和稳定性.其中,Co/Ce0.5Zr0.5O2/SiC活性最高,可在320℃活化催化甲烷,并在410℃实现完全脱氧.     

负载型Pt/CeO_2-Al_2O_3催化剂的制备及其脱氢性能

通过超声辅助共沉淀法制备了具有高比表面积、大孔容和大孔径的CeO_2-Al_2O_3复合载体,并以此制备了一系列负载型Pt/CeO_2-Al_2O_3催化剂,采用XRD、氮吸附、NH3-TPD、SEM和TEM等方法对复合载体和催化剂进行了表征;以甲基环己烷为模型化合物,考察了Pt/CeO_2-Al_2O_3催化剂的脱氢性能,研究了载体中Ce/Al物质的量比及反应温度对其催化脱氢性能的影响。结果表明,当Ce/Al物质的量比为0.5时,Pt/CeO_2-Al_2O_3催化剂在450℃下具有较高的脱氢性能;甲基环己烷转化率达到88.53%,甲苯的选择性达94.63%。     

合成具有高氧还原反应催化活性的结构有序铂铁合金催化剂

为提高燃料电池用贵金属铂催化氧还原反应性能,采用改进的多元醇法制备不同金属比例的碳载铂铁合金催化剂（D-Pt₃Fe/C和D-PtFe/C）前驱体. 随后通过优化在惰性气体环境中的高温煅烧条件,将结构无序的合金结构转变为结构有序的合金催化剂（O-Pt₃Fe/C和O-PtFe/C）. 利用X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）和X射线光电子能谱（XPS）对所制得催化剂进行结构表征. 结果发现,所制得催化剂的合金纳米颗粒尺寸分布均一（4 ~ 6 nm）,且均匀负载于碳载体上. 利用循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）对所制得催化剂进行电化学性能评估. 结果表明,O-PtFe/C的催化活性高于O-Pt₃Fe/C,其质量活性（271.54 mA•g^-1_Pt）和比活性（0.73 mA•cm^-2_Pt）分别是商业JM Pt/C催化剂的4.3倍和7.3倍. 两种结构有序铂铁催化剂催化氧还原反应活性均高于商业JM Pt/C催化剂.     

Fe-N共掺杂的碳纳米管串联空心球对氧还原反应的电催化

以ZIF-8为模板,通过表面包覆聚多巴胺、同时刻蚀ZIF-8中的Zn²⁺,形成空心球,在与三氯化铁络合后,经高温碳化和氨气热处理,得到了高比表面积的Fe-N共掺杂的碳纳米管串联的碳纳米空心球催化剂. 氨气不仅刻蚀碳基底提高比表面积,还可还原铁元素形成Fe₄N纳米粒子,提升了催化剂对氧还原反应的电催化活性,其氧还原半波电位达0.79 V,仅比商业Pt/C低60 mV,而且其稳定性和耐甲醇性更优于商业Pt/C,展示出良好的燃料电池应用潜力.     

废弃SCR催化剂的循环再利用及表征分析研究

针对废弃SCR脱硝催化剂常规再利用处理后存在SO_2氧化率高的问题,提出了一种新型的废弃催化剂再利用新工艺,包括酸洗、还原酸浸和活性组分负载等步骤,以有效控制再利用催化剂的SO_2氧化率。实验考察了经不同步骤处理后所得催化剂的组分、脱硝效率和SO_2氧化率的变化情况,并对催化剂进行了深入的分析表征。结果表明,新鲜催化剂、废弃催化剂、常规再利用催化剂、新型再利用催化剂的脱硝效率和SO_2氧化率分别为99.0%和0.43%、77.0%和0.46%、94.2%和0.80%、99.3%和0.48%,采用本方法获得的再利用催化剂不仅脱硝效率完全恢复,而且SO_2氧化率得到了很好的控制。通过对催化剂的分析表征发现,采用常规再利用技术不能有效清除废弃催化剂表面的高聚态钒物种,而本方法则可以有效清理这类高聚态钒物种,并以高度分散的钒物种进行替代,从而有效控制再利用催化剂的SO_2氧化率。     

负载型磷化镍催化剂的空气表面改性法制备及其加氢脱氧性能

以MCM-41为载体,采用先前驱体氢气低温(673 K)还原、空气表面改性的方法制备了高活性的Ni2P/M CM-41催化剂,并采用XRD、BET、SEM、TEM、XPS和CO吸附等手段对催化剂进行了表征。以苯并呋喃(BF)加氢脱氧(HDO)为探针反应,考察了空气表面改性对Ni2P/M CM-41催化剂结构和HDO性能的影响。结果表明,空气表面改性得到的催化剂,活性相为单一的Ni2P;空气表面改性能够降低催化剂表面P物种的集聚,有助于小尺寸、高分散的Ni2P活性相的生成。在573 K、3.0 M Pa、质量空速为4.0 h-1、H2/油体积比为500的条件下,Ni2P/M CM-41催化剂上BF转脱氧产物收率高达88%,较程序升温还原法制备的催化剂高50%。