CH3SS与OH自由基反应机理的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)对CH3SS与OH自由基单重态反应机理进行了研究.在B3PW91/6-311+G(d,p)水平上优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法对过渡态进行了验证.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上计算了各物种的单点能,并对总能量进行了零点能校正.研究结果表明,CH3SS与OH反应为多通道反应,有5条可能的反应通道.反应物首先通过不同的S—O键相互作用形成具有竞争反应机理的中间体IM1和IM2.再经过氢迁移、脱氢和裂解等机理得到主要产物P1(CH2SS+H2O),次要产物P2(CH2S+HSOH),P3(CH3SH+1SO)和P4(CH2SSO+H2),其中最低反应通道的势垒为174.6kJ.mol-1.     

O+HCNO反应势能面的理论研究

采用CCSD(T)/6-311G(d,p)//B3LYP/6-311G(d,p)+ZPVE方法对反应O＋HCNO进行了研究. 通过反应势能面揭示了该反应的机理, 通过H或O迁移等多步反应路径得到3种产物, 其中, P1(HCO+NO)为主要产物, P2(HNO+CO)和P3(NCO+OH)为次要产物. 为进一步实验研究提供了参考.     

NaHCO3溶液与FeCl3溶液反应的实验探究

1　研究起因理论上,Fe3+与HCO3-的水解因相互促进而彻底进行:3HCO3- +Fe3+ =Fe(OH)3↓ +3CO2↑。Fe(OH)3在强酸性或强碱性溶液中才可以溶解:pH<4. 1 [1]时开始溶解,反应为Fe(OH)3 +3H+ =Fe3+ +3H2O;pH>14 [1]时开始溶解,反应为:Fe(OH)3 +6OH- =Fe(OH)63-或Fe(OH)3 +OH - =Fe(OH)44 -。[1~3]然而在一次探究性学生实验中,却出现如下现象:将NaHCO3溶液逐滴加入到FeCl3溶液中,生成无色气泡和絮状沉淀,而沉淀又逐渐溶解于溶液中,直至NaHCO3溶液达到一定量后,生成的沉淀才不再溶解;将FeCl3溶液逐滴加入到NaHCO3溶液中,溶液…     

助剂Fe和反应修饰剂修饰的Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

共沉淀法制备了Ru-Fe(x)催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、N2物理吸附和透射电镜等手段对催化剂进行了表征.结果表明,Ru-Fe(x)催化剂中助剂Fe以Fe3O4形式存在.单独Fe3O4并不能提高Ru催化剂的环己烯选择性.但在加氢过程中Fe3O4可与反应修饰剂ZnSO4反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3).化学吸附的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3)在提高Ru催化剂环己烯选择性中起着关键作用.此外,Ru-Fe(x)催化剂的性能还与浆液中的Zn2+浓度和pH值有关.在0.61 mol/L ZnSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂不但给出了56.7%的环己烯收率,而且具有良好的稳定性和重复使用性能.化学吸附在Ru表面的Fe2+同样能提高Ru催化剂的环己烯选择性.在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂上化学吸附Fe2+量近似,性能近似.因为Fe2+和Zn2+性质的差异,在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂的环己烯选择性分别低于在同浓度的ZnSO4溶液中的.     

CF3C(O)O2+HO2反应机理的理论研究

用量子化学密度泛函方法, 在CCSD(T)/cc-pVDZ//B3LYP/6-31+G(d,p)水平上研究了氟代乙酰过氧自由基[CF3C(O)O2]和氢过氧自由基(HO2)的反应机理. 研究结果表明, 反应物优先生成能量低的单态反应络合物, 进而经过相对较低的反应势垒生成臭氧和氟代羧酸, 即CF3C(O)O2+HO2→CF3C(O)OH+O3为主要反应. 该结论与实验结果一致.     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料, 采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物, 通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征, 研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律﹑合成产物和放氢性能的影响. 研究结果表明, 随球磨时间的增加, 球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行, 形成了非晶态铝氢化合物AlH3, 球磨20 h时反应基本完全. 球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善, 其放氢起始温度均低于100 ℃, 最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w), 接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w). 球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料,采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物,通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征,研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律合成产物和放氢性能的影响.研究结果表明,随球磨时间的增加,球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行,形成了非晶态铝氢化合物AlH3,球磨20 h时反应基本完全.球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善,其放氢起始温度均低于100℃,最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w),接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w).球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

星际媒介H2NCH2CN与H2O反应中的H2O分子偶合质子转移机理和氢隧道效应

H2NCH2CN+H2O→H2NCH2C(OH)NH是一个重要的反应, 涉及到星际媒介中甘氨酸的形成, 与早期地球上的氨基酸起源有关. 如果没有考虑氢隧道效应, 在MP2/6-311+G(d,p)级别上计算反应能垒是254.7 kJ·mol-1, 在星际媒介中该气相反应很难进行. 在星际媒介冰颗粒表面上, 水分子催化反应增强了该化学反应的活性. H2NCH2CN与(H2O)3反应中的两个水分子作为催化剂降低活化能77.5 kJ·mol-1和活化自由能70.9 kJ·mol-1, 并且通过氢键桥协同传递质子. 量子氢隧道对于该反应进行至关紧要,采用小弯曲隧道(SCT)近似和正则变分过渡态理论(CVT)方法研究. 温度50 K时, 速率常数kSCT/CVT为1.86×10-23 cm3·molecule-1·s-1, 表明在星际媒介中通过质子隧道机理该反应容易进行. 研究结果与地球上的氨基酸起源于地球本身物质的观点相一致.     

制备Fe(OH)2过程中出现的绿色物质究竟是什么

Fe(OH) 2 是白色胶状沉淀 ,这是不争的事实 ,但是在制备Fe(OH) 2 过程中出现的浅绿色或灰绿色或墨绿色物质究竟是什么 ,似乎历来都存在着不同的看法 :查《中学教师化学手册》等资料可知“Fe(OH) 2 为苍绿色六方晶体或白色无定型” ;《普通无机化学》等不少资料认为该绿色物质是组成为Fe(OH ) 2 ·2Fe(OH ) 3或Fe3(OH ) 8或FeO·Fe2 O3·4H2 O的混合型氢氧化物或混合型氧化物 ;北师大《无机化学》上这样写道 :“Fe(OH) 2 易被空气中的氧氧化 ,往往得不到白色的Fe(OH) 2 ,而是变成绿色 ,最后成为棕红色的Fe(OH) 3:4Fe(OH) 2 +O…     

HCNO自由基与羟基在气相中反应机理的理论研究

在CCSD(T)/B3LYP/6-311G(d,p)//B3LYP/6-311G(d,p)+ZPE水平上对反应HCNO+OH进行了计算,建立了反应势能面,对反应中涉及到的6个中间体和12个过渡态都做了详尽的分析.详细阐明了理论上可能得到的7种产物:P1为H2O+CNO,P2为HCO+HNO,P3为HO2+HCN,P4为HONH+CO,P5为H2CO+NO,P6为H2NO+CO和P7为H2O+OCN,以及形成这些产物的各种反应通道.其中最主要通道为由反应物形成反式初始复合物,再连续经过2次1,3-氢迁移最终形成产物HONH+CO,该通道是一条热力学可行的反应通道.并且从反应物、中间体和产物的相对能量来看,此反应是典型的消除型反应.另外,直接的氢提取反应也是比较重要的反应通道.     

多孔Fe3O4修饰的Ni(OH)2纳米片的制备及其析氧性能研究

近年来,基于析氧反应(OER)的电化学能量转换体系(如电化学制氢、金属空气电池、氮气电还原和二氧化碳电还原)日益受到人们的关注.各种过渡金属基(Mn,Ni,Co,Fe,Cu等)纳米材料(硫化物、氢氧化物、氧化物、磷化物和氮化物等)被认为是潜在的、可以代替贵金属的碱性OER催化剂.其中,高活性和低成本的Ni(OH)2基电催化剂被广泛关注.由于面积效应、结构效应、电子效应和协同效应等因素,Ni(OH)2基纳米材料的电化学活性与其形貌和化学成分密切相关.引入纳米尺寸的孔,不仅加快了传质,而且增加了边缘活性原子的数量,因而有利于活性的增强.超薄二维(2D)纳米片因具有独特的结构特征,可以为电催化反应提供充足的反应位点和低配位数的表面活性原子.杂原子的引入可以调节纳米材料的电子结构和几何结构以提高它们的电催化活性.本文提出了一种简单的混合氰胶水解策略,成功合成了Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片(Ni(OH)2-Fe H-STs).氰胶前驱体骨架结构有助于形成超薄多孔的2D结构,而且,通过调节前驱体的浓度就可以获得一定镍铁原子比的产物.不同Fe含量的Ni(OH)2纳米片的OER活性测试结果表明,Ni/Fe比为3:1的Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1在碱性环境中具有最佳的OER活性.由于Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1的超薄2D结构使大多数金属原子暴露在表面,使原子利用率最大化.同时,超薄表面上高活性的低配位数的中心原子,可以作为催化OER的高活性中心.薄片上的孔隙有效地增加了高活性边缘原子的数量并且能够加速反应物和生成物的传质.XPS测试结果表明,Fe的引入显著改变了Ni的电子结构,提高了Ni(OH)2 H-STs的导电性,从而促进了电化学过程中NiIV活性物种的产生,进而改变其OER本征活性.三维镍泡沫(NF)可以防止负载纳米材料的聚集,提高转移反应物/产物的传质速率.因此,本文将Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片直接生长在NF基底(简写为Ni(OH)2-Fe H-STs/NF).结果表明,NF基底的引入进一步提升导电性和增加传质.综上所述,由于具有高比表面积、丰富的活性原子、Fe/Ni原子之间的协同效应以及NF基底的高导电性和三维多孔特性,通过氰胶水解法获得的Ni(OH)2-Fe H-STs/NF在KOH溶液中表现出优异的OER活性,在10 mA cm^–2电流密度下过电位仅为200 mV,Tafel斜率为56 mV dec^?1,并且材料具有良好的稳定性.     

MH/Ni电池充放电过程导电物理机制的研究

借助X射线衍射等方法, 研究了MH/Ni电池在充放电过程中电极活性材料β-Ni(OH)2和AB5合金的结构和微结构变化, 进而讨论了两种电极活性材料在充放电过程中的物理行为和导电的物理机制. 研究发现, 在充电过程中确实未观测到β-Ni(OH)2→β-NiOOH的相变, 只有在满充和过充时, 才发生部分β-Ni(OH)2转变成γ-NiOOH, 且一直是β-Ni(OH)2和γ-NiOOH两相共存; 在充电过程不是由β-Ni(OH)2→β-NiOOH相变来提供氢离子, 而是由氢原子离开β-Ni(OH)2的点阵位置提供氢离子; 在负极这一边, 开始时氢原子是以间隙式嵌入AB5点阵形成固溶体, 只有当AB5因氢原子的嵌入使其体积变化达一定百分数后才析出AB5Hx氢化物. 这些过程使电极活性材料的微结构也发生变化, 而且这种变化不是完全可逆的. 简言之, MH/Ni电池的物理导电机制是在正负极活性材料中嵌入和脱嵌的氢离子在电极间的定向迁移运动.     

One-step synthesis of Fe-Ni hydroxide nanosheets derived from bimetallic foam for efficient electrocatalytic oxygen evolution and overall water splitting

For the first time, the Fe-Ni LDH nanosheets were prepared through simple one-step hydrothermal treatment of Fe-Ni bimetallic foam both as the substrate and Fe/Ni sources. The ratio of Ni/Fe elements played the important role in realizing the optimal catalytic activities for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER). An alkaline water electrolyzer was constructed with the Fe-Ni hydroxide nanosheets/Fe-Ni alloy foam-60% Fe as anode and Ni(OH)₂/Fe-Ni alloy foam-25% Fe as cathode, which displays superior electrolytic performance (affording 10 mA/cm² at 1.62 V) and lasting durability.     

原位生长Pd/Ni(OH)2/NF复合催化剂及其析氢性能

采用水热合成法在泡沫镍上原位构建了低贵金属含量的钯/氢氧化镍纳米复合催化剂（Pd/Ni（OH）₂/NF）。通过扫描电镜,能谱仪,X射线衍射仪和X射线光电子谱仪等分析技术表征了催化剂的形貌和微观结构;运用线性扫描伏安法,电化学阻抗谱和计时电流法等手段研究了催化剂的催化析氢性能。实验结果显示复合催化剂具有特殊的微观构型,超薄的Ni（OH）₂薄片生长在泡沫镍表面,纳米尺寸的钯均匀地镶嵌在氢氧化镍薄片中。催化剂表面的氢氧化镍有利于促进水的解离,加快氢中间体的形成;均匀分散的钯极易吸附解离的氢中间体,快速地复合成氢气分子。我们发现复合催化剂能协同加快析氢反应过程,极大地降低析氢过电位,提高了析氢活性。此外,复合催化剂原位生长在泡沫镍上,有效地提高了催化电极的稳定性。     

氢还原下铁钼催化剂的表面性质

用XPS对H_2还原下的铁钼催化剂的表面性质进行了研究。实验表明:H_2还原使表面钼离子由Mo~(6+)还原为Mo~(5+)和Mo~(4+),并与Fe~(3+)作用氧化为Mo~(6+);Fe~(3+)则由于与Mo~(5+)和Mo~(4+)作用以及H_2还原而变为Fe~(2+),从而形成了一个没有O_2存在,仅有H_2作用下的Mars-Krevelen氧化还原循环过程。在催化剂表面上生成的FeMoO_4,其Mo~(6+)的3d3/2和3d5/2的结合能值比Fe_2(MoO_4)_3中的Mo~(6+)的3d能级结合能值低。Mo(或Mo和Fe)离子键合的O~(2-)与H_2作用生成的Mo(Fe)-OH,其Os结合能的测定值低于键合于Mo(Fe)离子中的O~(2-)的Os结合能值,并且该结合能峰由于-OH间的相互作用结合成的水的脱附而消失。此外.给出了还原过程中H_2与催化剂表面O~(2-)相互作用的反应图式。     

Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti的制备及其电催化水分解性能

以钛网为基底,采用电沉积法制备了Ni-Fe/Ti析氧电极,然后将得到的Ni-Fe/Ti电极通过固相硫化制备了Ni-Fe-S/Ti析氢电极. 分别考察了电沉积液中Ni ²⁺/Fe ³⁺离子摩尔浓度比和硫脲加入量对Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti结构和电化学性能的影响. 结果表明,随着电沉积液中Ni ²⁺含量的增加,Ni-Fe/Ti电极析氧性能先增强后减弱,Ni9Fe1/Ti电极具有最好的析氧性能;随着硫脲加入量的增加,Ni-Fe-S/Ti电极析氢性能呈现先增强后减弱的趋势,Ni9Fe1S0.25/Ti电极具有最好的析氢性能. 在50 mA·cm ^-2下,Ni9Fe1/Ti电极的析氧过电位为280 mV,Ni9Fe1S0.25/Ti电极的析氢过电位为269 mV,且均具有很好的稳定性. 将Ni9Fe1/Ti与Ni9Fe1S0.25/Ti分别作为阳极和阴极进行电催化全水分解,电流密度达到50 mA·cm ^-2所需电势仅1.69 V,表现出很好的全水解催化性能.     

2,2-二(4-羟基-3-氨基)苯基丙烷的合成

在乙醇介质中,以Fe(OH)3／C为催化剂,用80％水合肼将2,2-二(4-羟基-3-硝基)苯基丙烷还原为2,2-二(4-羟基-3-氨基)苯基丙烷。产率99．0％,纯度98．5％。考察了10种金属离子对催化剂活性的影响,结果发现Pb^2 会引起催化剂中毒;Mg^2 ,Cu^2 和Zn^2 钝化了催化剂的催化活性;Ba^2 和Cr^3 不影响催化剂的活性;Al^3 ,Ni^2 ,Ti^3 和Ti^4 能活化催化剂,使反应速度加快,但它们单独使用时无催化活性。     

Ni-Fe催化剂乙醇部分氧化制氢的研究

研究了Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢反应,系统地考察了不同O2/C2H5OH摩尔比及反应温度下催化剂的性能.发现Ni Fe催化剂对乙醇部分氧化制氢具有较好的催化活性,其中组成为Ni50Fe50催化剂最好,最佳的反应条件是O2/C2H5OH=1.0,T=573 K.XRD谱图表明催化剂主要由尖晶石结构的铁酸盐和FeNi3合金相组成. XPS结果说明,催化剂体相以还原态FeNi3合金相为主,表面以氧化态的铁酸盐为主.稳定性考察的结果表明,催化剂经40 h反应后,对氢的选择性明显下降,此时对应的FeNi3物相衍射峰强度也明显降低,表明催化剂对H2选择性的下降与FeNi3物相的转变有关.     

复合镀层中ZrO2微粒对基质Ni晶体结构的影响

采用复合电沉积方法制备了Ｎｉ－ＺｒＯ２复合镀层，探讨了ＺｒＯ２微粒引起的基质金属Ｎｉ的晶体择优取向及点阵常数的变化，及其对析氢电催化活性的影响。结果表明，ＺｒＯ２微粒的存在改变了Ｎｉ的电沉积层结构，使基质金属Ｎｉ产生新的沿（２２０）晶面的择优取向。这一新的择优取向不利于析氢反应。择优取向的改变说明复合电沉积过程中，Ｎｉ与ＺｒＯ２微粒是以一定的界面匹配进入复合镀层的，基质金属Ｎｉ点阵参数的改变也证明     

Spontaneous magnetization in Ni-Al and Ni-Fe layered double hydroxides

Layered double hydroxides containing paramagnetic Ni (II) and diamagnetic/paramagnetic Al (III)/Fe (III) ions have been prepared and characterized. Ni 2Al(OH) 6(NO 3). nH 2O ( 1), Ni 2Fe(OH) 6(NO 3). nH 2O ( 2), Ni 2Fe(OH) 6(C 6H 8O 4) 0.5. nH 2O ( 3), and Ni 2Fe(OH) 6(C 10H 16O 4) 0.5. nH 2O ( 4) were prepared by coprecipitation at controlled pH as polycrystalline materials with the typical brucite-like structure, with alternating layers of hydroxide and the corresponding anions, which determine the interlayer separation. Magnetic studies show the appearance of spontaneous magnetization between 2 and 15 K for these compounds. Interestingly, the onset temperature for spontaneous magnetization follows a direct relationship with interlayer separation, since this is the only magnetic difference between compounds 2, 3, and 4. Magnetic and calorimetric data indicate that long-range magnetic ordering is not occurring in any of these materials, but rather a freezing of the magnetic system in 3D due to the magnetic disorder and competing intra- and interlayer interactions. Thus, these hydrotalcite-like magnetic materials can be regarded as spin glasses.