Pt/Au/Fe3O4的制备及其电化学性能

以制得的纳米Fe₃O₄颗粒作为载体,用还原法将还原出的Au与Pt分别负载到Fe₃O₄颗粒表面,制得纳米Pt/Au/Fe₃O₄复合材料。对Pt/Au/Fe₃O₄进行紫外可见光吸收光谱、透射电子显微镜、X射线衍射及光电子能谱等物理表征,结果表明,Au与Pt均匀地沉积到了Fe₃O₄纳米颗粒表面。对纳米Pt/Au/Fe₃O₄复合材料进行循环伏安扫描,当H₂PtCl₆的加入量达到8 mL时,Pt/Au/Fe₃O₄催化性能最佳;正扫电流峰i_p与扫描速率的平方根v^1/2线性相关,Pt/Au/Fe₃O₄催化氧化甲醇的过程受扩散控制;对催化剂进行201次循环伏安扫描,催化剂仍然能保持较好的催化性能且稳定性良好。因此,所合成催化剂Pt/Au/Fe₃O₄是一种具有良好化学稳定性的阳极催化剂材料。     

Al2O3改性CuO/Fe2O3催化剂水煤气变换反应性能

采用分步共沉淀法制备了不同Al₂O₃含量(0%-15% (w))的CuO/Fe₂O₃催化剂, 并进行水煤气变换反应(WGSR)评价测试. 制得的催化剂中含有复合物CuFe₂O₄, 其晶粒尺寸, 氧化还原性质和表面Cu分散通过相应表征手段加以研究. X 射线粉末衍射(XRD), 拉曼(Raman)光谱, N₂物理吸附, N₂O分解和CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)等表征技术说明适量Al₂O₃的加入可以促进尖晶石CuFe₂O₄发生由四方相向立方相的转变, 阻止催化剂中Cu烧结, 增大表面Cu分散, 增加弱碱性位点的数量. 此外, 采用H₂程序升温还原(H₂-TPR)技术探究改性的CuO/Fe₂O₃催化剂的还原性能. 关联结果发现, Al₂O₃掺杂在增大铜物种的耗氢量, 降低其还原温度方面起着重要的作用. 即Al₂O₃的添加促进CuO/Fe₂O₃催化剂中铜铁物种之间的协同作用. 结合活性测试和表征结果,适量的Al₂O₃ (10%(w))改性的催化剂具有较小的Cu颗粒尺寸、较大的Cu分散、较强的还原性能、较多数量的弱碱性位点, 因此具有更好的初始活性和热稳定性.     

Fe3O4@PI催化剂的制备及其费托合成性能

分别采用水热、水热-包覆、球磨法制备了Fe_3O_4、聚酰亚胺(PI)改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI催化剂用于费托合成反应,对比研究了PI改性及其含量变化对Fe基催化剂催化CO加氢产物分布的影响规律。结合XRD、SEM、TEM、H_2-TPR、COTPD、FT-IR、XPS、TG和接触角实验等手段对催化剂样品进行了表征。结果表明,Fe_3O_4、Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品均为球形颗粒; PI改性促进了Fe_3O_4的还原,亲水性增强。Fe_3O_4@PI样品中,PI均匀包覆于Fe_3O_4表面,具有较好的热稳定性;与Fe_3O_4、Fe_3O_4-PI相比,Fe_3O_4@PI样品CO吸附增强。在CO加氢反应中,与Fe_3O_4相比,PI改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品催化活性下降,二次加氢能力受到抑制,烯烃选择性提高; Fe_3O_4@PI样品烯烃选择性增加明显,烯烷比(O/P)由改性前的0.50提高至2.15;适宜含量的PI改性促进C5+烃生成。     

Al/Ce和Al/Zr共掺杂Fe2O3催化剂用于煤焦油蒸汽催化裂解提质

蒸汽催化裂化（SCC）为煤焦油的提质提供了一种重要的方法。本研究以Al/Ce和Al/Zr共掺杂Fe₂O₃为催化剂研究了其在反应温度550 ℃、反应时间1 h下蒸汽催化裂化提质煤焦油的性能。催化剂表征显示掺杂的Fe₂O₃催化剂具有较小的晶粒粒径、较大的比表面积和孔体积。XPS表征表明，晶格氧是主要的活性氧物种，掺杂可以增加O^-的浓度。催化蒸汽裂化结果表明，Al/Ce和Al/Zr共掺杂可以提高Fe₂O₃催化活性。轻焦油（沸点低于360 ℃）在FeAlZr1、FeAlZr2、FeAlCe1和FeAlCe2上的产率分别为63.2%、58.1%、60.2%和55.1%，高于Fe₂O₃上的产率49.7%。来自水蒸气解离和催化剂中的活性氧共同参与了煤焦油的改质。催化剂的比表面积和O^-含量是决定蒸汽催化裂化性能的主要因素。     

Design and Preparation of Graphene/Fe2O3 Nanocomposite as Negative Material for Supercapacitor

The development of high specific capacitance electrode materials with high efficiency, scalability and economic feasibility is significant for the application of supercapacitors, however, the synthesis of electrode material still faces huge challenges. Herein, graphene(G)/Fe₂O₃ nanocomposite was prepared via a simple hydrothermal method connected with subsequent thermal reduction process. Scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM) results showed rod-like Fe₂O₃ nanoparticles were prepared and well-dispersed on graphene layers, providing a rich active site and effectively buffering the aggregation of Fe₂O₃ nanoparticles in the process of electrochemical reaction. The specific capacitance of the obtained G/Fe₂O₃ nanocomposite as negative electrode for supercapacitor was 378.7 F/g at the current density of 1.5 A/g, and the specific capacitance retention was 88.76% after 3000 cycles. Furthermore, the asymmetric supercapacitor(ASC) was fabricated with G/Fe₂O₃ nanocomposite as negative electrode, graphene as positive electrode, which achieved a high energy density of 64.09 W∙h/kg at a power density of 800.01 W/kg, maintained 30.07 W∙h/kg at a power density of 8004.89 W/kg, and retained its initial capacitance by 78.04% after 3000 cycles. The excellent result offered a promising way for the G/Fe₂O₃ nanocomposite to be applied in high energy density storage systems.     

高碳铬铁在氢氧化钠水溶液中电化学氧化过程

铬铁电化学氧化法是一种新的制备铬酸钠的方法,然而高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程尚不明确。 采用循环伏安法(CV)、稳态极化法(LSV)等电化学测试方法对金属铬、高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程进行研究,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量散射谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对高碳铬铁电解后固相产物表征,判断固相产物的组成。 结果表明,高碳铬铁不同于金属铬的电氧化过程,它在NaOH溶液中通过Cr(0)→Cr(Ⅵ)的电氧化方式生成铬酸钠,中间产物Cr(OH)₃和Fe(0)发生电化学反应生成稳定的FeCr₂O₄。 随着NaOH浓度的增加,电势较低时,受高碳铬铁中Fe(0)的影响,高碳铬铁容易在NaOH水溶液中发生钝化;当电势足够正时,钝化膜溶解,生成铬酸钠、氢氧化铁和亚铬酸亚铁,同时,阳极表面有氧气析出。 高碳铬铁电化学氧化制备铬酸钠的适宜条件:碱浓度≥2 mol/L,阳极电势≥1.6 V(vs.SCE)。     

Fe2O3/Al2O3氧载体用于甲烷化学链燃烧：负载量与制备方法的影响

以不同方法制备了系列Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体,采用XRD、H₂-TPR、CH₄-TPR、O₂-TPD和BET等分析技术对氧载体进行了表征。研究了不同Fe₂O₃负载量氧载体的甲烷化学链燃烧性能,考察了不同制备方法对Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体结构、反应性和产物选择性的影响。结果表明,Fe₂O₃负载量对氧载体活性及产物中CO₂选择性的影响较大,负载量较低时氧载体活性较低且引起甲烷部分氧化产物CO含量增加。制备方法亦对氧载体与甲烷的反应活性有所影响,整体上共沉淀法制备的质量分数60％Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的氧化活性和化学链循环稳定性。其在反应温度850℃、反应时间15 min、30次循环后甲烷转化率及产物中CO₂选择性均未见明显降低。     

Mo/Fe3O4(111)表面对燃煤烟气汞吸附的密度泛函研究

利用CASTEP软件包采用密度泛函理论计算研究了过渡金属Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对Hg~0、HgCl和HgCl_2的吸附特征,分析了Mo掺杂前后Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面上不同汞物种的吸附形态。结果表明,Mo掺杂Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面对HgCl和HgCl_2为化学吸附,而对Hg~0的吸附为物理吸附;与纯净表面相比,HgCl在Mo原子掺杂表面上的吸附能提高了40%-66%。HgCl_2在纯净Fe_3O_4(111)Fe_(tet)表面形成"M"形结构;而掺杂Mo原子后,由于Cl原子与Mo原子之间更强的相互作用,使得HgCl_2发生了完全解离,两个Cl原子分别与Mo原子和Fe原子成键吸附在表面,Hg脱附。相关研究结果可为脱除燃煤烟气中的汞提供一定的理论指导。     

理想与还原Fe2O3[001]表面上汞吸附协同催化CO分解作用

煤化学链燃烧必然释放汞,汞与载氧体表面相互作用,影响表界面的氧化还原反应。本文采用密度泛函理论计算,研究汞（Hg⁰）在理想表面（Fe₂O₃[001]）和一系列被还原表面（Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5、Fe₂O_2.25、Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe）的吸附,以及Hg⁰对Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe等表面催化CO分解反应的协同作用机理。Hg⁰物理吸附在理想Fe₂O₃[001]表面。随着Fe₂O₃[001]表面不断被还原,Hg⁰发生化学吸附。Hg⁰吸附降低了CO与Fe₂O₃、Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5和Fe₂O_2.25等表面之间的相互作用,抑制O传递氧化CO为CO₂的反应;载氧体进一步还原过程中,Hg⁰吸附促进了CO与Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375及Fe等表面之间的相互作用,进而促进了表面对CO的催化分解反应,加速了载氧体表面的积碳,降低了化学链燃烧效率。因此,合理控制载氧体的还原程度既可以减弱Hg⁰的吸附,也可以抑制积碳的形成,这对化学链燃烧的操作优化至关重要。     

高指数晶面结构氧化铁化学链燃烧反应活性及深层还原反应机理

采用密度泛函理论计算和实验研究形貌可控制备氧化铁作为高效载氧体用于化学链燃烧的可行性. 首先从理论上对比分析Fe₂O₃高指数晶面[104]和低指数晶面[001]的反应活性及深层还原反应机理. 表面反应结果显示, Fe₂O₃[104]氧化CO的反应活性远高于Fe₂O₃[001], Fe₂O₃[104]被还原成为低价的铁氧化物或单质, 这些低价的铁氧化物或单质可被O₂氧化再生. 载氧体和CO深层反应结果显示Fe₂O₃[104]可被CO彻底还原成Fe单质, Fe₂O₃[104]释放氧能力强, 反应活性高; 而Fe₂O₃[001]还原到一定程度后反应能垒高, 抑制表面进一步还原, 释放氧能力有限. 最后, 实验结果进一步证明了Fe₂O₃[104]作为载氧体用于化学链燃烧的高反应活性及稳定性.     

Pd/Fe3O4-C催化剂对甲醇、乙醇和丙醇氧化的电催化活性

制备对醇氧化反应具有优异电活性的钯催化剂是醇燃料电池研究的重要内容。本文用硼氢化钠还原法制备了钯纳米颗粒, 然后沉积在Fe3O4/C复合物表面, 得到了不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄-C催化剂. 透射电镜（TEM）图显示钯纳米颗粒均匀地分散在Fe₃O₄/C表面. 对制备好的Pd/Fe₃O₄-C催化剂进行了循环伏安法（CV）、计时电流（CA）和电化学阻抗谱（EIS）的测试, 研究了其在碱性介质中对C1-C3醇类（甲醇、乙醇和丙醇）氧化的电催化活性. 结果表明, 所制备的不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄(2%)-C,Pd/Fe₃O₄(5%)-C, Pd/Fe₃O₄(10%)-C和Pd/C催化剂中, Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂表现出最高的醇氧化电流密度. 依据循环伏安（CV）数据,Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇氧化的阳极峰电流密度分别是Pd/C催化剂的1.7、1.4、1.7和1.3倍. Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对乙醇氧化的电荷传递电阻也远低于Pd/C催化剂. 制备的所有催化剂对C1-C3醇类电氧化的电流密度大小排序如下: 正丙醇﹥乙醇﹥甲醇﹥异丙醇. 此外, 碳粉中Fe₃O₄纳米颗粒的存在提高了钯纳米颗粒的电化学稳定性.     

钾、钠在Fe3O4氧化和还原中的作用

Fe₃O₄是磁铁矿石中主要含铁成分。我国很多大的铁矿是磁铁矿,例如鞍山铁矿、攀枝花铁矿和迁安铁矿。在有些自然铁矿石中含有一定量的含钾和钠的脉石。在选矿和烧结后仍进入最后的矿石球团中,对于矿石在高炉中的行为有很大的影响^[1.2]。所以研究钾、钠化合物对Fe₃O₄的氧化和还原行为的作用是很必要的。     

磁性印迹纳米粒子固定血红蛋白修饰磁性电极构建过氧化氢传感器

采用表面印迹技术,以磁性二氧化硅纳米粒子（Fe₃O₄@SiO₂ NPs）作为载体、血红蛋白（Hb）为模板分子、正硅酸乙酯（TEOS）为印迹聚合物单体,制备了Hb印迹Fe₃O₄@SiO₂的磁性印迹纳米粒子（MMIPs NPs）. MMIPs NPs具有磁性内核和血红蛋白印迹壳层的核壳结构,可以富集并固定Hb. 使用壳聚糖将MMIPs NPs固定于磁性电极表面,构建血红蛋白类酶生物传感器,研究了Hb对过氧化氢（H₂O₂）的催化活性. MMIPS NPS相比于磁性非印迹纳米粒子（MNIPS NPS）,催化电流增加了14.3%. 采用磁性电极,MMIPS NPS、Hb和O₂的顺磁性使得该类酶生物传感器对H₂O₂的催化电流增加了60.0%. 血红蛋白类酶生物传感器电流响应与H₂O₂浓度在25 ~ 200 μmol·L^-1间呈线性关系,检出限为3 μmol·L^-1（S/N=3）,表明该类酶传感器对H₂O₂具有良好的催化性能.     

锅炉腐蚀产物的穆斯堡尔谱研究

本文测定了高、中压锅炉腐蚀产物的穆斯堡尔谱^[1,2]并鉴定其相组成。(一)实验部分1.中压锅炉腐蚀产物锈样A、B、C取自广州发电厂2^#锅炉水冷壁管内壁,管内压力40kg/cm²,温度250℃。锈样D、E分别取自过热器管(425℃)和省煤器管(150℃)内壁.2.高压锅炉腐蚀产物锈样F、G、H取自广东韶关发电厂3^#锅炉的水冷壁管内壁,管内压力110kg/cm²,温度320℃。     

水蒸气和α-Fe_2O_3对铈改性半焦脱除单质汞的影响研究

采用浸渍法制备了铈改性半焦吸附剂(Ce/SC),在小型固定床反应器上考察了水蒸气和α-Fe_2O_3对Ce/SC脱除Hg~0性能的影响,并利用X射线衍射、H2程序升温还原、X射线光电子能谱等分析手段对其机理进行了探究。结果表明,水蒸气会明显抑制Ce/SC对单质汞的脱除效率,原因是H_2O分子在活性组分CeO_2表面发生解离,部分晶格氧转化成Ce-OH官能团,从而导致其氧化活性的降低;α-Fe_2O_3的加入对Ce/SC的脱汞性能无显著影响;当水蒸气和α-Fe_2O_3同时存在时,Ce/SC的脱汞效率虽然有所降低,但是其降低幅度明显低于水蒸气单独作用时的情况,这主要是因为水蒸气与α-Fe_2O_3作用增加了其表面化学吸附氧的含量,提高了α-Fe_2O_3的氧化活性,促进单质汞的氧化和脱除。     

Preparation and Supercapacitive Properties of Fe2O3/Active Carbon Nanocomposites

Fe₂O₃/active carbon(Fe₂O₃/AC) nanocomposites were readily fabricated by pyrolyzing Fe³⁺ impregnated active carbon in a nitrogen atmosphere. The as-prepared composites were studied by X-ray powder diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and transmission electron microscopy(TEM). The capacitive property of the composites was investigated by cyclic voltammetry(CV) and galvanostatic charge-discharge test. Physical characterizations show that the γ-Fe₂O₃ fine grains dispersed in the AC well, with a mean size of 21.24 nm. Electrochemical tests in 6 mol/L KOH solutions indicate that the as-prepared nanocomposites exhibited improved capacitive properties. The specific capacitance(SC) of Fe₂O₃/AC nanocomposites was up to 188.4 F/g that was derived from both electrochemical double-layer capacitance and pseudo-capacitance, which was 78% larger than that of pristine AC. A symmetric capacitor with Fe₂O₃/AC nanocomposites as electrode showed an excellent cycling stability. The SC was only reduced by a factor of 9.2% after 2000 cycles at a current density of 1 A/g.     

Fe3O4(001)-B表面水煤气变换反应机理第一性原理研究

采用自旋极化的密度泛函理论方法系统地研究了Fe_3O_4(001)-B表面水煤气变换的反应机理,计算了整个反应历程。结果表明,对于Fe_3O_4(001)-B表面上的水煤气变换反应,氧化还原、联合和再生三种反应路径共存,但氧化还原和联合机理的有效能垒较低,因而更占优势。对于生成H_2的基元反应,其活性受表面H浓度和催化剂表面O缺陷浓度影响;较高的表面H浓度和O缺陷浓度均有利于H_2生成。这些结果有助于进一步认识铁氧催化剂上的水煤气变换反应机理。     

助剂CuO和La2O3对NiO/α-Al2O3甲烷催化部分氧化制合成气引发过程的影响

采用分步浸渍法制备了NiO/α-Al₂O₃、NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃三种催化剂,运用程序升温表面反应（TPSR）技术考察了助剂CuO和La₂O₃对NiO/α-Al₂O₃甲烷催化部分氧化（CPOM）反应引发过程的影响。结果表明,无论是否经过预还原处理,NiO/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂混合气氛下进行程序升温表面反应（CH₄/O₂-TPSR）时,即使升高到910℃也不能引发CPOM反应。添加助剂CuO或La₂O₃后,NiO-CuO/α-Al₂O₃和NiO-La₂O₃/α-Al₂O₃催化剂在CH₄/O₂-TPSR过程中均可以引发CPOM反应。原因分别是CuO促进了CH₄对NiO的还原以及抑制了O₂对Ni0的再氧化,La₂O₃减小了Ni晶粒粒径和还原时扩散阻力促进NiO的还原。     

Effects of oxidation pretreatment temperature on Kovar used as CO_2 reforming catalyst

The effect of oxidation pretreatment temperature(500 ~ 1 000 ℃) on the catalytic activity of Kovar applied on hydrocarbon CO2reforming was examined. Catalytic performance evaluation using tetradecane at 800 ℃ with 70 μmol/s CO2revealed 700 and 1 000 ℃ as the best pre-oxidation temperature in producing CO and H2,respectively. XRD and SEM-EDX analyses showed that a separate metal oxide layer composed of iron oxide(Fe2O3and F3O4),nickel,cobalt,and possibly their respective oxides started to form when oxidation was conducted at 700 ℃ or higher.The presence of iron enhanced the stability of nickel in the structure while the compact structure of Fe3O4resulted into the formation of a thick and rigid metal oxide layer on the surface of the Kovar tube. The strong physical bond between the metal oxide layer and Kovar tube provided the catalyst good mechanical strength and consequently good catalytic activity.     

SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上氨选择性催化还原NO_x性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)_3和Fe_2O_3。通过硫酸化处理得到SO_4~(2-)/Fe(OH)_3和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)反应,研究了SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上NH_3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe_2O_3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO_4~(2-)/Fe(OH)_3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NO_x转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H_2O+SO_2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe_2O_3的晶粒生长,同时SO_4~(2-)与Fe~(3+)结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe_2O_3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。