SiO2改性的V2O5-MoO3/ TiO2催化剂抗碱中毒性能研究

以陶瓷为骨架,用溶胶凝胶法和浸渍法制备了V₂O₅-MoO₃/ TiO₂催化剂,并用SiO₂进行改性。采用浸渍法模拟碱K中毒,研究了SiO₂改性前后催化剂中毒脱硝效率的变化,并通过BET、H₂-TPR、NH₃-TPD等技术手段对催化剂进行了表征。结果表明,加入SiO₂后,催化剂的比表面积明显提高。SiO₂改性后新鲜催化剂还原温度向低温方向迁移10 ℃左右,氧化还原能力得到了提高,其表面酸强度和酸量也得到较大的提高。反应评价结果表明,SiO₂改性可以提高催化剂抗碱中毒的性能。     

耐高温核/壳结构TiO2/SiO2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源, 采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法, 在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO₂凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO₂/SiO₂复合气凝胶. 制备的复合气凝胶具有优异的机械性能, 其杨氏模量可达4.5 MPa. 复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性. 经过1000 ℃热处理后, 线性收缩由纯TiO₂气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%, 且比表面积由纯TiO₂气凝胶的31 m²·g^-1提升至复合气凝胶的143 m²·g^-1. 此外, 该复合气凝胶经1000 ℃热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能. 其优异的光催化性能得益于TiO₂/SiO₂复合气凝胶1000 ℃处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸. 优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO₂/SiO₂复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.     

双(2,4,6-苯三酚)方酸掺杂的SiO2凝胶薄片的制备及其光物理性能(英文)

方酸染料是一种重要的有机功能材料。本文用改进的溶胶-凝胶工艺,将它均匀地掺杂到无机的SiO₂凝胶薄片中,制成一种新型的有机/无机凝胶杂化物。并用吸收光谱、荧光光谱等技术研究了该方酸染料在乙醇溶液中和掺杂在SiO₂凝胶网络中的光物理性能。结果发现在固、液两种介质中,其光物理性能有很大差异。方酸染料在SiO₂凝胶网络中,吸收光谱和荧光发射光谱的最大峰位置比在乙醇介质中有了明显蓝移,并且吸收域值随掺杂浓度增加而增大,荧光发射强度比在乙醇介质中也有了很大增强。首次对这些现象进行了解释:认为是由于方酸染料分子被包封在SiO₂凝胶网络中形成分子簇集体,它的共轭π-电子和分子构型受到刚性纳米网络微孔的限域,产生了类似于无机半导体纳米粒子的量子尺寸效应。     

十七氟癸基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜材料的制备及气体分离性能

以十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法制备了十七氟癸基修饰的SiO₂溶胶, 采用浸渍提拉法在γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃多孔陶瓷支撑体上涂膜, 然后在N₂气氛保护下烧结成完整无缺陷的有机-无机杂化SiO₂膜. 利用扫描电子显微镜对膜材料的形貌进行观察, 通过动态光散射技术对溶胶粒径及分布进行测试, 利用视频光学接触角测量仪、 红外光谱仪和热分析仪表征了十七氟癸基修饰对有机-无机杂化SiO₂膜疏水性的影响. 结果表明, 十七氟癸基已经成功修饰到SiO₂膜材料中, 且随着PFDTES加入量的增大, 溶胶粒径和膜材料对水的接触角不断增大. 当n(PFDTES): n(BTESE)=0.25: 1时, 溶胶粒径分布较窄, 平均粒径为3.69 nm, 膜材料对水的接触角为(112.0±0.4)º. 在修饰后的有机-无机杂化SiO₂膜中H₂的输运遵循微孔扩散机理, 在300℃时, H₂的渗透率达到5.99×10^-7 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1, H₂/CO和H₂/CO₂的理想分离系数分别达到9.54和5.20, 均高于Knudsen扩散的理想分离因子, 表明膜材料具有良好的分子筛分效应.     

硅铝氧化物二元包覆钛白粉颗粒的有机改性

在二元包覆SiO₂,Al₂O₃薄膜的基础上,用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂及三乙醇胺、季戊四醇对亚微米TiO₂颗粒表面进行有机改性.考察了改性条件对颗粒表面改性结果的影响.通过疏水性试验和润湿性试验对改性前后TiO₂颗粒的表面特性进行了表征.高温裂解色谱、热重分析、X光电子能谱的测试结果表明,不同改性剂与颗粒表面存在不同程度的化学键合作用.分析了改性剂在颗粒表面的包覆状态与结构.     

溶胶-凝胶法制备聚醚砜-二氧化硅复合材料

以聚醚砜(PES)为基体,通过溶胶-凝胶过程,得到了分散均匀的PES/SiO₂杂化材料,用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外及差示扫描量热法研究不同SiO₂含量的PES/SiO₂杂化材料材料性能.结果表明,当PES/SiO₂杂化材料中SiO₂的质量分数大于10%时可获得有机聚合物链段与无机网络互穿的均匀分散的复合材料.此材料的玻璃化转变温度(Tg)明显提高.     

溶胶-凝胶法构筑介孔二氧化硅纳微结构

基于硅酸脂水解/缩合的溶胶-凝胶法是目前制备SiO₂胶体最为常用的化学方法. 在溶胶-凝胶反应过程中, 引入介孔导向剂(通常是表面活性剂)可以得到具有介孔结构的SiO₂胶体. 通过对硅酸脂在多相体系界面水解/缩合过程的调控, 可以构筑具有不同纳微结构的介孔SiO₂材料, 为拓展介孔SiO₂材料的应用领域提供了新机遇, 同时也丰富了对溶胶-凝胶法的理解和认识. 本文综述了利用溶胶-凝胶法构筑介孔SiO₂纳微结构的最新研究进展, 并介绍了其在生物医药、 催化、 吸附分离等领域的应用前景, 最后对这一领域所面临的问题和未来发展方向进行了总结和展望.     

钙钛矿纳米材料的微波辐照制备及性能表征综合化学实验*

以将前沿的科研成果转化为大学综合化学实验为目标,介绍了全无机型CsPbX₃荧光钙钛矿纳米材料的微波辐照制备和性能表征实验。学生将通过本实验提升文献调研和阅读能力,了解微波辐照法合成的基本原理和特点,探索温度、反应物比例等因素对CsPbX₃纳米晶体形成的影响。在实验中巩固晶体结构相关知识,掌握紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射等常用的表征方法,对实验结果进行合理分析,培养学生严谨的科研思维。本实验适用于高年级本科生的综合化学实验课。     

二氧化钛在钙钛矿太阳电池中的应用

纳米TiO₂由于具有合适的禁带宽度、良好的光电化学稳定性、制作工艺简单等特点,目前广泛应用于染料敏化、量子点和钙钛矿等太阳电池中。作为电池的重要组成部分之一,纳米TiO₂晶体尺寸、颗粒大小和制备方法等明显影响电池的光伏性能,相关研究工作一直是染料敏化、量子点和钙钛矿等太阳电池方面的重点。本文综述了纳米TiO₂作为致密层和骨架层在钙钛矿太阳电池中的应用研究进展,主要讨论了纳米TiO₂的不同形貌、制备方法以及结构等对电池光电性能的影响,并针对纳米TiO₂在后续对电池性能提升方面进行了展望。     

具有不对称孔道结构的小介孔二氧化硅粒子的合成及其高分子杂化膜的构建

利用手性阴离子酸表面活性剂, 采用软模板法制备了具有不对称孔道结构的小介孔二氧化硅(SiO₂)粒子. 将小介孔SiO₂粒子引入聚偏四氟乙烯(PVDF)和聚酰亚胺(PI)中构建了两种有机/无机杂化膜. 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析等表征了小介孔SiO₂粒子和有机/无机杂化膜的微结构, 并通过超滤实验和气体渗透实验分别考察两种杂化膜的性能. 研究结果表明, 表面含有大量亲水基团的小介孔SiO₂粒子具有规则有序排列的孔道结构, 该孔道结构呈现螺旋扭曲和不对称性. 构建的两种有机/无机杂化膜的极性显著提升, 进而有效增强了PVDF杂化膜的膜通量和抗污染性能及PI杂化膜对CO₂气体的分离性能, 克服了高分子膜的博弈效应(Trade-off效应). 另外, SiO₂的小介孔孔道还可以在PI杂化膜中引入优先通过CO₂分子的限域传质通道, 加速了CO₂气体在杂化膜中扩散. 但过多小介孔SiO₂粒子的加入导致其在高分子基质中团聚, 削弱杂化膜的极性和亲水性, 从而降低了两种杂化膜的分离性能.     

在无机SiO2纳米粒子存在下的苯丙乳液共聚合

研究了在无机SiO₂纳米粒子存在下的苯丙乳液共聚合.选择了能使苯丙乳液稳定存在的乳化剂体系,研究了温度和SiO₂的加入对聚合过程转化率的影响,结果表明,SiO₂的加入对聚合过程有阻聚作用,使单体的转化率降低.SEM照片证明SiO₂粒子已经进入苯丙乳液粒子中,而且SiO₂的加入对乳液制成的膜断面形态有一定影响.实验发现在无机SiO₂纳米粒子存在下,苯丙乳液共聚合时有较多残渣出现,对此通过改进乳液聚合进行了有效地改善.同时对制成的复合材料进行了力学性能和热学性能的测定.     

多色高发光效率CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点的制备及其在发光二极管中的应用

采用室温合成法制备出一系列具有高发光效率和多色发光的CsPbX₃钙钛矿量子点(PQDs),反应全过程快速简便,且通过调节不同的卤素组成(Cl,Br,I)可以实现CsPbX₃ PQD的多色发光。 通过表征证明,CsPbX₃ PQDs呈立方晶型,平均粒径约为10 nm,发射光谱覆盖可见光波长范围为410~630 nm,半峰宽14~38 nm,荧光量子产率10%~90%。 最后将CsPbX₃ PQDs应用于发光二极管(LED)器件的制备中,在恒定电压下工作时,能保持LED器件的发光颜色、强度和颜色坐标不变。     

金属助剂对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO₂及Ni与金属助剂M（M=Fe、Co、Cu、Zn及Ga）物质的量比为30的Ni基双金属催化剂（记作Ni₃₀M/SiO₂）,利用H₂-TPR、XRD、H₂化学吸附、NH₃-TPD以及N₂物理吸附-脱附等手段对催化剂进行了结构表征,研究了不同助剂对催化剂结构与苯甲醚加氢脱氧性能影响。结果发现,金属助剂影响了催化剂前驱体中镍物种的还原性能,表明金属助剂及镍之间存在一定相互作用。Ni₃₀M/SiO₂中Ni-M双金属晶粒粒径和Ni/SiO₂中金属Ni晶粒粒径相近。由于表面张力较低的金属会在双金属晶粒表面富集,Ni₃₀M/SiO₂的H₂化学吸附量不同程度地低于Ni/SiO₂。另外,Ni₃₀M/SiO₂催化剂的酸量（尤其较弱酸中心酸量）高于Ni/SiO₂。在300℃、常压、苯甲醚质量空速1.0 h^-1及H₂与苯甲醚物质的量比为25：1条件下考察了各催化剂苯甲醚的加氢脱氧性能。Ni₃₀M/SiO₂上苯甲醚转化率不同程度低于Ni/SiO₂,原因在于Ni₃₀M/SiO₂催化剂H₂化学吸附量较低。Ga及Zn改性催化剂上三苯（包括苯、甲苯及二甲苯）选择性分别为81.7%和76.8%,高于Ni/SiO₂（71.5%）,且Ni₃₀Ga/SiO₂及Ni₃₀Zn/SiO₂上三苯收率（分别为65.0%及63.8%）高于或接近于Ni/SiO₂（63.7%）。Ni/SiO₂及Ni₃₀M/SiO₂催化剂中,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较高甲基转移能力及较低C-C键氢解活性。从提高碳收率、降低耗氢量角度而言,Ni₃₀Zn/SiO₂具有较佳的加氢脱氧性能,与Ni和Zn之间作用及Zn亲氧性高于Ni有关。     

光化学合成P(DMAA-co-MMA)/Nano-SiO2复合水凝胶及其性能研究

以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)及甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,Irgacure 2959为光引发剂,N,N′-二甲基双丙烯酰胺(Bis)为交联剂,利用紫外光引发自由基聚合制备了聚N,N′-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)及P(DMAA-co-MMA)水凝胶,并通过加入少量表面改性后的纳米SiO₂对该水凝胶进行改性,制得了P(DMAA-co-MMA)/纳米SiO₂复合水凝胶,用FT-IR和SEM对产物进行了表征,同时研究该复合凝胶的溶胀动力学、消溶胀动力学、pH值响应性、离子强度等.该方法简便、快捷,大大缩短了聚合时间,合成过程仅需2-3 min.     

CdTe水溶性量子点的合成表征及生物毒性测定——一个化学生物学实验

本实验以反应时间为变量,一步水相法合成了具有不同粒径的CdTe量子点。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征不同反应时间得到的量子点,并计算其粒径、浓度以及荧光量子产率。取表征最优的量子点组次,配制成不同浓度,与酵母混合培养,用Biomass法测定CdTe量子点生物毒性。该实验涵盖无机合成相关知识,涉及分析表征方法应用以及量子点对生物细胞活性的影响,化学与生物学科交叉融合,有助于学生科研能力的培养与实验综合能力的提升。     

掺杂WO3的SiO2/TiO2的溶胶热液合成及光催化性能

采用溶胶-热液合成法制备了掺杂WO₃的SiO₂/TiO₂复合光催化剂,用X射线衍射、红外光谱、Zeta电位分析、BET和透射电镜对样品进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能.结果表明:改性后的光催化剂表现出较高的光催化性能,WO₃和SiO₂不仅增加了锐钛矿TiO₂的稳定性,并阻止了TiO₂晶粒的聚集生长.     

SCN掺杂提高CsPbI3胶体量子点的稳定性和光探测性能

无机卤化物钙钛矿CsPbI₃胶体量子点因其优越的光电性能在光伏和发光器件领域中表现出极大的发展前景。然而,CsPbI₃较差的稳定性阻碍了实际应用。为此,我们采用SCN?离子掺杂CsPbI₃(SCN-CsPbI₃)量子点用于提高量子点的光学性能和稳定性。研究表明,SCN?离子掺杂不仅减少了量子点缺陷、改善了光学性能,还提高了Pb-X键能、量子点结晶质量以及钙钛矿结构稳定性。结果表明,SCN-CsPbI₃量子点的荧光量子产率(PLQY)超过90%,远高于未掺杂原始样品(PLQY为68%)。高的荧光量子产率表明量子点具有较低的缺陷态密度,这归咎于缺陷的减少。空间限制电荷和时间分辨荧光光谱等研究也证实SCN?离子掺杂减少了量子点的缺陷。此外,SCN-CsPbI₃量子点展现出很好的抗水性能,其荧光强度在水中浸泡4 h后依然保持85%的初始值。而未掺杂原始样品的荧光性能很快消失,这是因为水诱导其相变。基于SCN-CsPbI₃量子点的光电探测器表现出宽波域响应(400–700 nm),高的响应率(90 mA·W^?1)和超过1011 Jones的探测度,远高于未掺杂原始量子点探测器的性能(响应率为60 mA·W^?1和探测度为1010 Jones)。     

原位法常压干燥制备疏水SiO2气凝胶及其热稳定性

在正硅酸乙酯(TEOS)酸碱两步催化的溶胶-凝胶过程中, 加入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和三甲基氯硅烷(TMCS)的混合溶液, 进行原位疏水改性处理, 并结合常压干燥工艺制备了高比表面积的疏水SiO2气凝胶. 利用N2物理吸附, 全自动X射线衍射仪(XRD), 傅立叶变换红外光谱仪(FTIR), 扫描电子显微镜(SEM)等对样品的形貌结构进行了表征. 实验结果表明, 原位疏水改性比非原位疏水改性制备的SiO2气凝胶具有更大的比表面积, 可达979 m2·g-1, 气凝胶表面存在憎水性基团—CH3, 有良好的疏水性. 500 ℃热处理后, 气凝胶因失去大量的—CH3基团, 由憎水性转为亲水性; 800 ℃高温热处理后, 疏水SiO2气凝胶仍处于非晶态, 具有良好的热稳定性能.     

Cu改性的FeMg@SiO2纳米级核壳催化剂实现合成气一步法制备液化石油气(英文)

本实验系统研究了纳米级核壳催化剂由合成气经费托合成路线一步法直接制备液化石油气。通过采用共沉淀法、改性溶胶-凝胶法和浸渍法相结合的方法将Cu纳米颗粒浸渍在介孔二氧化硅壳包覆的FeMg催化剂上,所制备的Cu/FeMg@SiO₂纳米核壳催化剂的物理化学性质通过一系列的表征技术进行分析,如XRD、TEM、N₂吸附-脱附、H₂-TPR,XPS和CO₂-TPD等。Cu/FeMg@SiO₂纳米核壳催化剂在液化石油气合成反应中表现出较高的CO转化率(96.6%)和较低CO₂选择性(21.9%),其中,液化石油气的选择性到达37.9%。反应结果表明,SiO₂壳层抑制了CH₄的形成,有助于增加长链产物。同时,高的CO转化率归因于Cu/FeMg@SiO₂上活性金属Cu元素在SiO₂壳上的高分散,进一步促进了烯烃加氢和C₅₊烃类产物的裂解。本实验中所提出的催化剂制备方法...     

UV光引发表面接枝两性离子水凝胶层的制备及抗细菌黏附性能

采用聚合和交联的SiO₂有机/无机杂化溶胶作为基材, 通过与两性离子单体层之间的过渡层, 在紫外光作用下引发杂化溶胶和两性离子单体溶液中的双键反应, 使生成的杂化层在基材和表面的两性离子聚合物之间形成辅助性黏接作用, 从而在基材表面构筑两性离子水凝胶层. 通过傅里叶红外光谱(FTIR)、 原子力显微镜(AFM)和接触角测试等方法对所制备的两性离子水凝胶层和杂化层的表面进行了表征. 以空白玻璃片为对照样品, 以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为试验菌, 研究了用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面的抗细菌黏附性能. 结果表明, 在SiO₂杂化过渡层中引入线型-Si-(CH₂)₂-O-链段可有效提高杂化过渡层对基材的附着力, 并改善其柔韧性. 与对照样品相比, 用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面具有优异的抗菌黏附性能.