催化表面化学的若干重要进展

如果把三十年代以催化剂的多孔表面为主要考察对象的物理吸附研究作为催化表面化学的起始的话,则催化表面化学发展到现在已经历了大约半个世纪。回顾这五十年来的历程,大体上可以分为前三十年的第一或初级阶段以及后二十年也即最近二十年的第二或比较高级的阶段。     

催化表面化学

催化表面化学是表面科学和催化科学的交叉研究领域,主要是通过固体表面化学研究在原子分子层次理解固体表面催化作用机制和建立催化剂结构-性能关系.由于固体表面结构的复杂性和不均一性,催化表面化学研究具有极大的挑战性.本文介绍了基于"从单晶到纳米晶模型催化体系"开展催化表面化学研究的创新研究思路,并综述了基于该研究思路取得的催化表面化学系列研究进展,包括建立了氧缺陷控制氧化物表面羟基反应性能的概念,揭示了氧化物催化作用的晶面效应,阐述了金催化作用的结构敏感性."从单晶到纳米晶模型催化体系"催化表面化学研究有望实现"从原子分子水平的基础理解到高效催化剂的设计合成"这一多相催化基础研究目标.     

杂多酸的固载化研究(II)

研究了以多种方法化学改性的不同活性炭表面化学特性及十二硅钨酸（SiW_(12)）在相应表面的吸附. 首次提出，不同原料来源和改性的活性炭对SiW_(12)的吸附有不同的等温线形式和吸附力. 活性炭表面的羰基有利于SiW_(12)的吸附，而表面的羧基则是不利的．     

O2和CO在Ni(111)表面的吸附活化

采用高分辨电子能量损失谱(HREELS)、俄歇电子能谱(AES)和低能电子衍射(LEED)研究镍单晶表面氧物种及CO与O₂的共吸附。实验结果表明,Ni(111)表面氧化后存在两种氧物种,位于54 meV能量损失峰的表面化学吸附氧物种和位于69 meV能量损失峰的表面氧化镍。首先,随着暴露氧量的增加,表面化学吸附氧物种的能量损失峰蓝移至58 meV;其次,通过真空退火及与CO相互作用考察,发现表面化学吸附氧物种较不稳定。在室温条件下,表面预吸附形成的表面化学吸附氧物种与CO共吸附,导致端位吸附CO增多,表明氧优先吸附在穴位上,随着CO暴露量的增加化学吸附氧物种与CO反应脱去;而表面氧化镍需在较高温度和较高CO分压下才能被CO还原。预吸附CO可被氧逐渐移去。     

邓景发先生传略

邓景发先生(1933～2001),物理化学家,化学教育家,在物理化学及多相催化、真空表面化学教学、科研领域做出了重要的贡献.他是我国电解银催化剂基础研究和应用的开拓者,高校真空表面化学研究的先行者,非晶态合金催化剂研究的重要奠基人.自1959年于复旦大学     

活性炭的表面处理对二苯并噻吩催化氧化脱除的影响

将一种木质活性炭经过三种表面处理,即高锰酸钾稀硫酸溶液液相氧化、浓硝酸液相氧化和350℃低温气相氧化处理。实验所选活性炭及相应的表面改性炭使用氮气吸附和Boehm滴定分别进行了结构性质和表面化学表征。研究了所选活性炭和相应的表面改性炭催化过氧化氢氧化脱除二苯并噻吩（DBT）。实验结果表明,活性炭表面化学对二苯并噻吩的氧化脱除影响很大;炭表面化学对DBT吸附脱除的影响不同于对DBT氧化脱除的影响,表面酸性越强越有利于DBT的吸附;表面羰基能加速过氧化氢产生自由基,表面羰基量的增加明显有利于DBT的氧化脱除。活性炭经过热处理后,在二苯并噻吩的氧化脱除中催化活性明显增加,正辛烷溶液中硫的体积质量从0.556g·L-1降到0.009g·L-1。     

金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用

金纳米粒子与蛋白质间存在多种作用方式,包括物理吸附、化学共价结合以及非共价特异性吸附等.金纳米粒子表面等离子体共振效应引起可见光区的特征吸收及表面增强拉曼散射,常用来研究金纳米粒子与蛋白质间的相互作用.金纳米粒子与蛋白质间的作用与纳米粒子的尺寸、表面化学及蛋白质的大小、电荷、氨基酸残基有关.利用金纳米粒子与蛋白质的相互作用及纳米金的谱学性质,可以对疾病或环境污染进行简单、高效、低成本检测,也可用于疾病治疗.     

CH3OH,C2H4在有序和缺陷Nb2O5表面的吸附

为了解氧化铌的表面化学，发展了不同种金属单晶底物定向生长氧化物薄膜技术以克服电子能谱研究氧化铌表面的实验困难．在超高真空系统中用ＨＲＥＥＬＳ，ＵＰＳ研究了ＣＨ３ＯＨ和Ｃ２Ｈ４在氧化铌模型表面的吸附．结果表明，ＣＨ３ＯＨ和Ｃ２Ｈ４在有序表面和缺陷表面的吸附行为表现出很大的不同，氧空穴对吸附有重要影响．     

低成本木质素吸附剂对废水中Pb2+吸附性能的研究

首次尝试以马尾松为原料的木质素制备低成本重金属吸附剂,采用N2物理吸附和红外漫反射技术对其结构和表面化学进行了表征,研究了pH值,温度对其吸附水溶液中Pb2 的影响,并与麦草木质素和商业活性炭进行了对比,探讨了它吸附重金属离子的吸附机理以及结构和表面化学对重金属离子吸附的影响。结果表明,马尾松木质素吸附剂对水溶液中Pb2 的吸附机理主要是化学吸附,其表面的功能基有利于吸附水溶液中Pb2 ,尽管商业活性炭的比表面积是马尾松碱木素的200多倍,在相同的实验条件下,所制备的马尾松碱木素对Pb2 的单位比表面积平衡吸附量却是商业活性炭的1000多倍。     

焙烧温度对Mn/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备10%Mn/Al_2O_3-TiO_2催化剂,借助TPO、XRD、O_2-TPD、Raman、XPS等手段,考察焙烧温度(450~650℃)对催化剂结构以及氧化NO性能的影响。TPO结果表明催化剂活性随焙烧温度的升高先增后减,其中焙烧温度为550℃时催化剂活性最好。XPS结果显示随着焙烧温度的升高(450~550℃),催化剂表面Mn~(3+)的含量逐渐升高,与催化剂活性的强弱成对应关系,并且催化剂晶格氧含量下降,而表面化学吸附氧从40.9%增加到64.8%。Raman分析显示550℃焙烧时,催化剂表面存在丰富的Mn_2O_3活性物种,并且O_2-TPD分析也表明随着焙烧温度的升高,晶格氧向表面化学吸附氧流动,提高了化学吸附态氧物种的含量。这些结果表明Mn_2O_3可能是NO氧化起主要作用的活性Mn物种,释放更多的表面化学吸附氧物种,将有助于促进NO的催化氧化。     

SiO2—Al2O3和MgO催化剂上吸附CH3NO2的TPD和IR研究

用TPD和IR方法研究了CH_3NO_2在典型固体酸SiO_2-Al_2O_3和固体碱MgO催化剂上的吸附分解。结果表明,在SiO_2-Al_2O_3表面CH_3NO_2吸附转化为表面甲酰胺物种,后者在高温下分解为CO_2和NH_3。在MgO表面CH_3NO_2吸附形成多种表面化学物种,它们在升温过程中脱附,并通过表面亚硝基甲烷物种分解为NO、C_2H_4、C_2H_6和N_2O.讨论了CH_3NO_2分解过程中表面酸、碱中心的作用。     

苯在Rh(111)表面化学吸附的DV-X_(a)研究

近年来,对于苯在Rh表面化学吸附的模式,吸附态结构和性质等问题已经在实验和理论上得到了广泛的研究,包括TDS、LEED、UPS、ELS和TPD等光谱分析方法,为研究C_6H_6与Rh的相互作用积累了大量的实验数据,提供了C_6H_6吸附在Rh(111)面上的各种可能结构和吸附成键等信息。但是所有这些实验结果还需要根据电子结构和成键性能进行详细的理论分析,以便对C_6H_6 Rh(111)吸附体系的相互作用机理有更深刻的认识。原子簇模型为处理吸附相互作用提供了一个简化的图象,它已被大量用来分析吸附物与衬底的相互作用。对于C_6H_6在过渡金属表面吸附曾经有人做过分子轨道(EHMO)的计算     

氧在银表面吸附的EHMO研究

本文应用EHMO法计算了氧原子、氧分子和若干代表Ag(111)表面上不同位置的银原子簇间的位能曲线或位能面。结果表明:在150～250℃间,Ag(111)表面化学吸附氧时,最可能的吸附位置是叠位,被吸附物的价态为O~-。这种单原子氧是氧分子在叠位发生解离吸附所形成。在Ag(111)表面上,不形成双原子氧吸附,它可能只发生在单个Ag原子(或某些高度分散的载体银或特殊的晶体银,其特性类似单个Ag原子)上,被吸附时的价态为O_2~-。     

金属表面化学反应的直接观察

介绍了表面化学中对金属表面化学反应研究的新动态和最新进展。     

Pt—TiO2光催化还原罗丹明B

报道了罗丹明B（RhB)在TiO2催化剂上的吸附过程及加氢反应结构。当草酸作为电给体时,光催化反应产生的氢气,可使RhB发生快速地氢反应,生成无色的加氢产物。该加氢过程与催化剂的种类、表面化学状态和担载催化剂的种类有密切关系。     

BET法測定固体的比表面

粉末或多孔性固体的比表面(指1克固体物貭的总表面积)在很多工业和科学研究中起着重要的作用,故此如何測定比表面一直是表面化学中的重要課題。各种方法中以吸附法应用最广。1938年,勃魯納尔(Brunauer),爱曼特(Emmett)和泰勒(Teller)将朗格繆尔(Langmuir)的单分子层吸附理論加以推广,提出了多分子层的吸附理論。此理論不仅包括了单分子和多分子的吸附,而且提供了现时得到最多学者承认的固体比表面的測定法。現时采用最广的是氮气的     

金属氧化物表面化学吸附和反应的量子化学簇模型方法研究

综述了本研究小组利用量子化学簇模型方法研究金属氧化物表面化学吸附和反应的工作.提出了选簇的三个原则,即电中性原则、化学配比原则和配位原则.发现在符合前两个原则的基础上,一个具有最饱和配位、或最少悬空键的簇往往是一个用于化学吸附研究的好的簇模型.与此同时,探讨了如何恰当地考虑大块固体本底的长程影响,提出了用球电荷模拟簇模型的环境、环境与簇体进行电荷自洽的SPC簇模型方法.利用该模型研究了一系列具有催化背景的重要体系,包括H2/ZnO、O/MgO、NO/MgO、N2O/MgO、N2O/Li/MgO、CO/MgO、CO/NiO等.     

松脂素二糖苷印迹修饰金属有机骨架复合材料的合成及其吸附性能

构建了金属有机骨架MIL-101的后合成印迹修饰法以改善其对松脂素二糖苷(PDG)的吸附选择性.MIL-101经过氨基化修饰及表面接枝制备了金属有机骨架-分子印迹复合材料MIPs@ED-MIL-101,用X射线衍射法、红外光谱法及扫描电镜分析对MIL-101的晶体结构、表面化学功能基团及结构形貌进行表征.测试了 MIP...     

氧气气氛下Pt3Ni(111)表面结构变化的从头算原子热力学研究

采用从头算原子热力学方法系统研究了Ni-rich和Pt-rich条件下Pt₃Ni(111)在不同偏析、表面化学吸附氧覆盖度下560个可能结构的相对稳定性,构建了氧气气氛下Pt₃Ni(111)表面结构演化、直至满覆盖化学吸附氧的热力学相图.结果表明,随着氧的化学势的升高,在热力学上仅出现两类稳定的结构,主要包括没有化学吸附氧的干净Pt-skin表面,以及在很低氧的化学势下就形成的含有化学吸附氧的Ni-skin表面,而有化学吸附氧的PtNi表面合金化的中间结构则处于亚稳态.仔细分析发现,这些结构的形成主要由金属的偏析能、氧与两种金属成键强弱的差别、氧的化学势的高低三个因素共同决定.     

不同Ca/P摩尔比碳羟基磷灰石对Cu2+的吸附特性

利用废弃蛋壳为原料、尿素为添加剂,合成不同Ca/P摩尔比的碳羟基磷灰石(CHAP)用于吸附水中Cu2+,利用红外光谱、扫描电子显微镜、X射线能谱测试技术对CHAP样品表面化学进行了表征,考察了环境因子pH值、温度对CHAP吸附Cu2+的影响. 结果表明,通过改变尿素用量可以增加CHAP的Ca/P,提高其比表面积,Ca/P越高的CHAP,吸附能力越强. Ca/P为1.80的CHAP,在pH=7、温度40 ℃、反应时间为60 min时,其对Cu2+吸附量高达37.66 mg/g. 随着CHAP的Ca/P比增大,CHAP对Cu2+吸附的固相-水相分配系数也增大,对吸附量增大很有利.