表面活性剂辅助水热制备形貌结构可控的MoS2及其蒽加氢性能

随着原油资源重质化和劣质化的加剧以及对清洁燃料油品需求的不断增加,将重质油加工成清洁燃料成为现代炼厂面临的挑战.悬浮床加氢是重质油转化为清洁液体燃料的先进技术,其核心难题是高效加氢催化剂的开发.MoS2在石油化工领域油品加氢提质研究中表现出非常好的催化加氢性能.MoS2晶体结构中有两种面:沿S-Mo-S层间的剥离面,又称基面,化学性质稳定;沿Mo-S的断裂面,又称棱面,具有大量的不饱和键,化学性质不稳定,可做催化活性中心.由于MoS2结构和形貌对其物理化学性能有重要影响,所以通过合理设计和调控MoS2的结构和形貌可增加暴露的催化活性位,进而改善其催化性能.本文以七钼酸铵和硫代乙酰胺为原料,水合肼做还原剂,采用不同表面活性剂(包括PEG,PVP,P123,SDS,AOT和CTAB)辅助的水热合成法制备了结构及形貌可控的MoS2,并提出不同表面活性剂条件下MoS2催化剂的生长机理,进一步研究了重油模型化合物稠环芳烃蒽的催化加氢性能.结果表明,在不同表面活性剂辅助的条件下分别制得了由MoS2纳米片组装而成的球形、块状和花状的MoS2产物;通过改变表面活性剂种类可调变MoS2纳米片的长度、堆积层数、层间距以及最终产物的形貌.在PEG或PVP辅助下得到了球形MoS2产物,其中MoS2纳米片长<15 nm,堆积层数<6.在PEG辅助下制备的球形MoS2粒径约为250 nm,尺寸均一且分散性好.在PVP辅助下MoS2粒径在200–450 nm,粒径分布范围宽且有明显团聚.在P123或SDS辅助下得到了团聚较明显的块状微米级MoS2产物.在P123辅助下得到的MoS2纳米片长<15 nm,层数<6.在SDS辅助下制备的MoS2纳米片长>20 nm,堆积层数>8.在AOT或CTAB辅助下得到团聚比较严重的花状微米级MoS2产物,其中MoS2纳米片长>20 nm,堆积层数>8.另外,水热反应过程中,高温高压的环境促进了反应体系中游离的NH4+插入到MoS2层状结构中,导致MoS2纳米片层间距增大.基于此,本文提出了不同表面活性剂辅助的水热过程中不同结构和形貌MoS2产物的形成机理.对不同结构和形貌的MoS2样品进行了悬浮床蒽加氢催化性能评价.结果表明,PEG辅助制备的MoS2催化剂具有最高催化加氢活性.该MoS2催化剂中纳米片层短,堆积层数少,暴露了更多的加氢活性位.单分散的球形MoS2颗粒粒径小,分散性好,有利于加氢活性位的充分暴露,进而表现出较好的催化性能.本文所采用的表面活性剂辅助的水热法为可控合成不同结构和形貌的过渡金属硫化物提供了有效指导和借鉴.     

表面暴露活性位点的MoS_2纳米催化剂催化硝基化合物的非均相氢转移反应（英文）

MoS_2具有独特的二维层状结构,被广泛用于加氢脱硫过程以及HER反应,而且可以通过减少MoS_2的颗粒尺寸以及层数来进一步改善其催化活性.通过剥离方法得到的MoS_2纳米片虽然表现出优良的加氢脱硫活性,但容易团聚使其循环使用性能很差.如果通过引入纳米碳将单层的MoS_2纳米片进行有效"隔离",则可明显降低团聚的可能性,从而改善其催化性能和稳定性.本文通过一步水热法制备出了碳嵌入的MoS_2纳米颗粒(MoS_2@C),将其应用于硝基苯类化合物的氢转移反应中表现出了非常好的催化性能.进一步通过粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和在线质谱检测等手段研究了层间距增加的MoS_2催化剂在硝基苯类化合物的氢转移反应中催化性能提升的原因.XRD,SEM和TEM结果表明,通过引入碳材料可以明显增加MoS_2的层间距,同时减小其颗粒尺寸,而且使MoS_2表现出弯曲的(002)晶面.由于存在一定的曲率,这种(002)晶面也会表现出一定的催化能力.氮气物理吸附结果表明,这种MoS_2@C复合物具有较高的比表面积(89 m~2g~(-1))和明显的介孔结构(~20 nm),在催化反应中有利于底物扩散,进而改善催化性能.XPS结果显示,与体相的MoS_2相比,MoS_2@C表面暴露出更多的不饱和Mo原子(Mo/S=0.71(MoS_2@C)vs Mo/S=0.63(MoS_2)),形成了独特的S-Mo-O结构以及缺陷结构.在硝基苯类化合物的氢转移反应中,层间距增加的MoS_2@C由于暴露出更多的活性位和具有弯曲的(002)晶面,表现出了更高的催化活性–(TOF=3.66 s~(-1) vs 1.24 s~(-1)(MoS_2)).通过质谱对反应过程的追踪发现,在只有肼存在的条件下,MoS_2@C催化肼分解的主要气相产物是氨气.这说明MoS_2@C能够使肼发生N-N键的断裂.而当肼和硝基苯同时存在的条件下,质谱检测的气相产物主要是氮气,表明硝基苯的存在可以诱导肼逐步发生N-H键断裂,在催化剂表面形成活性的H物种,进而转移到硝基苯上使其还原得到苯胺.使用偶氮苯和氧化偶氮苯作为反应底物,发现MoS_2@C很难使其还原为苯胺,这说明在该催化体系中,硝基苯的还原过程主要是沿着直接路径(硝基苯-亚硝基苯-苯胺)进行的.     

水热沉积法制备高分散W/Al2O3加氢脱硫催化剂

提出了一种用于制备高分散型W/Al2O3加氢脱硫催化剂的水热沉积法.该方法利用钨酸钠和盐酸在水热条件下的沉积反应生成纳米WO3,通过加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵可防止WO3颗粒的团聚,从而实现了WO3在Al2O3载体上的高分散负载.采用X射线光电子能谱、高分辨率透射电镜、N2物理吸附以及氢气程序升温还原等技术对W/Al2O3催化剂进行了表征,并以二苯并噻吩的加氢脱硫作为模型反应评价了催化剂的催化性能.结果表明,与采用常规浸渍法制备的具有相同活性组分含量的催化剂相比,采用水热沉积法制备的催化剂具有更高的WO3分散度(表面W/Al原子比从0.051提高到0.061)、更大的比表面积和孔体积;活性组分与载体间的相互作用减弱,WO3的最高还原温度从1 030℃降低到1 015℃,预硫化后催化剂上的活性物种WS2具有更短的片层长度和更高的堆积程度,WS2片层的平均长度从7.78 nm减小到5.71 nm,平均堆积层数从1.23增加到1.41;催化剂对二苯并噻吩的加氢脱硫活性比浸渍法制备的催化剂高15%~18%.     

水热法制备核壳结构的纳米Ag-Fe2O3复合氧化物

在PVP(聚乙烯吡咯烷酮)辅助下用水热法制备Ag Fe2O3核壳结构的纳米复合粒子,利用XRD、TEM、磁性测量系统对产品进行了表征,研究了水热温度、时间及表面活性剂等因素对产品形貌的影响.结果表明:在水热温度为120℃时,粒子直径约为60 nm,温度升高和反应时间增加都使粒子直径增大;产品在120℃和180℃时,剩磁量分别为0.0022和0.0034 emu/g,矫顽力分别为245.16和313.98 Oe.     

表面活性剂对水热制备钨酸铋形貌及光催化性能的影响

通过简单水热制备了大小均一,直径约为2.5 μm的球状Bi2WO6粉体.系统研究表面活性剂SDS和PVP对水热制备Bi2WO6光催化剂的影响.利用XRD,EDS,SEM,TEM和DRS等分析技术对催化剂的组成、形貌、比表面积和带隙宽度等进行了表征.实验结果表明,表面活性剂对催化剂的形貌和催化活性有较大影响.在水热制备过...     

聚乙二醇稳定的RuB纳米粒子催化苯选择加氢为环己烯的性能研究

PEG稳定的RuB纳米粒子对苯选择加氢制备环己烯显示出良好的催化性能,在不添加硫酸锌的条件下,该体系催化的苯选择性加氢中,环己烯收率高达29%。这一体系的高催化性能是由于PEG稳定的RuB纳米粒子,使催化剂表面的亲水性增强,提高了环己烯的选择性。     

室温固相化学反应法合成Cd(OH)2纳米棒

在表面活性剂聚乙二醇(PEG)存在下,利用Cd(Ac)2·2H2O,CdCl2·2.5H2O,3CdSO4·8H2O和CdCO3分别与NaOH在室温下进行固相化学反应,合成了一系列的Cd(OH)2纳米棒,并利用XRD,TEM和SEM对其结构和形貌进行了表征.实验结果表明,表面活性剂PEG在Cd(OH)2纳米棒的形成过程中充当软模板,对产物形貌的控制起到决定作用.利用这种表面活性剂辅助的软模板固相化学反应法合成一维纳米材料,具有简便易行、反应条件温和以及能耗低等优点.     

在SDS-PVP团簇软模板中自组装多脚状金纳米粒子

利用十二烷基硫酸钠(SDS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成的团簇为软模板, 在微波辅助下以柠檬酸钠为还原剂快速还原氯金酸生成金晶并自组装成多脚状金纳米粒子. TEM结果显示, 得到回转直径约为50 nm的多脚状纳米结构, 电子衍射(ED)证实其为多晶结构. XRD结果表明, 该多脚状金纳米结构主要沿(111)晶面生长, 构成该纳米结构的晶粒尺寸约为12.7 nm. SDS与PVP组成的团簇结构对金纳米粒子的形貌有显著影响, 固定PVP浓度时, 随着SDS浓度增大, 金纳米粒子的形貌由球形向多脚状转变, 同时还原产物水溶液的UV-Vis光谱在800 nm附近的吸收逐渐增强.     

复合半导体MoS_2/Cu_2O的制备及其光催化性能研究

采用两步法制备了MoS_2/Cu_2O催化剂,对其催化降解甲基橙(MO)性能进行了研究.首先,通过液相剥离和梯度离心获得少数层MoS_2纳米片,然后采用水热还原法在MoS_2纳米片上合成Cu_2O纳米颗粒,形成MoS_2/Cu_2O复合半导体,并分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis紫外可见漫反射光谱(DRS)等手段对催化剂的结构进行表征.在可见光下,MoS_2/Cu_2O复合半导体降解MO的效率明显高于纯MoS_2和Cu_2O.为了获得最佳光催化活性,探究了MoS_2质量分数(5%、10%、20%、30%、40%、50%)对MoS_2/Cu_2O复合半导体光催化降解MO的影响.最后,经过5次循环实验,MoS_2/Cu_2O降解率下降为82.5%,循环稳定性有待进一步提高.     

温和条件下制备形貌可控的羟基磷灰石

在温和条件下采用简单的实验方法成功制备出不同结构和形貌的羟基磷灰石(HAP)纳米粒子。采用沉淀-水解两步法,以PEG和PVP为表面活性剂,在沉淀步骤制备出前驱体CaHPO₄粒子,然后在100℃、常压条件下水解获得高结晶度的HAP纳米棒。采用PEG制备的纳米棒形貌均匀、纵横比高;采用PVP制备的纳米棒尺寸范围较宽且尺寸较小。直接采用一步沉淀法也能够成功制备出HAP纳米粒子。采用PEG制备出麦穗状的纳米粒子;采用PVP制备出尺寸小的纳米棒和纳米粒子混合物。HAP纳米晶的结构和形貌因制备条件不同发生很大变化,故而控制其合成,有望用于生物医药领域。     

温和条件下制备形貌可控的羟基磷灰石（英文）

在温和条件下采用简单的实验方法成功制备出不同结构和形貌的羟基磷灰石(HAP)纳米粒子。采用沉淀-水解两步法,以PEG和PVP为表面活性剂,在沉淀步骤制备出前驱体CaHPO_4粒子,然后在100℃、常压条件下水解获得高结晶度的HAP纳米棒。采用PEG制备的纳米棒形貌均匀、纵横比高;采用PVP制备的纳米棒尺寸范围较宽且尺寸较小。直接采用一步沉淀法也能够成功制备出HAP纳米粒子。采用PEG制备出麦穗状的纳米粒子;采用PVP制备出尺寸小的纳米棒和纳米粒子混合物。HAP纳米晶的结构和形貌因制备条件不同发生很大变化,故而控制其合成,有望用于生物医药领域。     

不同硫源水热合成的MoS_2催化剂的形貌和加氢脱氧活性比较研究（英文）

分别采用硫脲、L-胱氨酸和硫磺为硫源水热合成了三种MoS_2催化剂,对其结构和形貌特征进行了表征,并以对甲酚为探针化合物,比较研究了三种MoS_2的加氢脱氧(HDO)催化活性。结果表明,硫源对MoS_2晶体结构的影响不大,但对其形貌和比表面积影响较大。与商业MoS_2相比,所制备的MoS_2催化剂都表现出更高的HDO活性;其中,以硫脲为原料合成的MoS_2具有较高的比表面积和花状结构,其催化活性最高,在300℃下进行对甲酚的HDO反应,脱氧度可达99.3%。     

前处理时间对Co_3O_4形貌及光催化性能的影响

以Co Cl2、Na2CO3为原料,以油酸钠(SOA)为表面活性剂,采用水热-热分解法合成了纯相尖晶石结构的Co3O4粉体。利用TG-DTA、XRD和SEM等手段跟踪反应过程,研究了不同水热时间对产物形貌和结构的影响,并根据实验结果分析了可能的反应机理及结构对光催化性能的影响。实验结果表明:制备前驱体的水热时间是影响产物形貌的关键因素,并且终产物的结构形貌很大程度上决定了其光催化性能。     

草酸钴纳米棒的一步固相化学合成及其表征

在非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG)存在的条件下, 利用不同的钴盐分别与草酸进行低热固相化学反应, 一步合成了一系列金属配合物草酸钴纳米棒, 并采用XRD, TEM, SEM等分析手段对其结构和形貌进行了表征. 实验结果表明: 在合适的表面活性剂存在下, 利用钴盐与草酸的固相反应一步即可得到一维草酸钴纳米棒, 钴盐的不同及表面活性剂聚合度的不同均会影响纳米棒的形貌. 表面活性剂PEG在草酸钴纳米棒的形成过程中起到类似软模板的作用, 并诱导产物纳米晶沿某一方向定向生长从而生成纳米棒.     

可见光响应Cu-Cu2+1O复合材料的水热法一步合成

采用水热合成法, 以Cu(NO3)2为原料, 乙二醇为溶剂和还原剂, 聚乙烯吡咯烷酮k30(PVP)为表面活性剂, 一步合成可见光响应Cu-Cu2+1O 金属-半导体复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)观测复合材料的相结构、表观形貌、粒子尺寸和光谱特征. 以苯酚为模型物, 氙灯照射下测试催化剂活性. 结果显示表面活性剂PVP的加入对产物晶相结构不产生影响, 但促进Cu2+1O还原, 并影响Cu和Cu2+1O两种粒子的尺寸分布和界面结合, 进而影响产物的催化性能. 活性测试结果表明, Cu-Cu2+1O金属-半导体复合材料具有可见光催化活性, 其对苯酚降解符合一级反应动力学.     

乙二醇对磷掺杂NiMo/Al_2O_3加氢催化剂性能的影响

采用NiMoP浸渍液中添加乙二醇(EG)的方式制备了不同EG含量的NiMoP(x)/Al_2O_3催化剂,为研究EG及其含量对该系列催化剂催化性能和活性相结构的影响,用二苯并噻吩(DBT)和喹啉(Q)为模型化合物,考察了催化剂的加氢脱硫(HDS)和加氢脱氮(HDN)性能。结果表明,在EG添加量较低的情况下(EG/Ni物质的量比分别为0、0.5、1、2、3),EG能够明显提高催化剂对DBT和Q的HDS和HDN活性,其中,HDN活性提高幅度大于HDS,且随着EG含量提高,催化剂的HDS和HDN活性进一步提高。通过TEM分析和XPS分析可知,EG有助于增加催化剂中MoS_2颗粒的堆积层数和片层长度,且随着EG含量增加,堆积层数和片层长度都有所增加;EG有助于提高Mo表面原子浓度,对Ni表面原子浓度影响较小,但明显提高了Mo和Ni硫化程度。TG表征说明,EG在氧化铝和催化剂表面存在多种相互作用方式,并且存在与活性组分相互作用的耐高温有机物种。     

花状结构Bi2WO6多孔微球: 组装及光催化性能

利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为结构导向剂,在水热条件下合成了由纳米片组装而成的Bi2WO6花状多孔微球的新颖结构。探讨了反应时间、表面活性剂种类等因素对产物形貌、结构和性能的影响。在氙灯照射下,发现使用CTAB所得到的Bi2WO6比添加SDBS所得到的样品具有更高的催化罗丹明B降解的活性,原因是前者具有较大的比表面积和吸收阈值。同时提出了晶体可能的生长机理为各向异性生长特性和自组装-Ostwald熟化过程的结合。     

室温固相化学反应合成表面修饰的碘化铅纳米棒

以硝酸铅和碘化钾为原料, 在体系中添加表面活性剂聚乙二醇(PEG), 采用一步室温固相化学反应制备出聚乙二醇表面修饰的碘化铅纳米棒, 利用X射线衍射, 红外光谱, 透射电子显微镜, 扫描电子显微镜, 热分析和元素分析等手段对其进行了表征. 实验结果表明: 在体系中添加的表面活性剂PEG不仅与碘化铅纳米棒发生了化学键合作用, 而且对产物形貌的控制起到决定作用, 形成了表面键合有聚乙二醇的碘化铅纳米棒, 其中被PEG600修饰的碘化铅纳米棒粗细均匀, 表面光滑, 直径约为100 nm, 长度达2 μm.     

反相微乳液助水热法可控合成FeNi3合金纳米结构

利用水热法处理表面活性剂/正辛烷/正己醇/水四元微乳体系成功合成FeNi3合金纳米结构. 通过改变表面活性剂的用量和类型来调控产物粒径与形貌. 当表面活性剂为聚乙二醇4000(PEG4000)时, 产物为球状, 粒径约为75 nm. 当表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)时, 产物为海胆状.单个海胆状颗粒是由许多纳米棒构成, 其直径约为42 nm, 长度为0.4-1.2 μm. 利用X射线粉末衍射(XRD), 穆斯堡尔谱, 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 选区电子衍射(SAED), 多功能磁天平(MMVFTB)等测试手段对产物的组成、形貌和磁性能进行了表征. 球状和海胆状的FeNi3样品在室温下呈现典型的铁磁性特征, 其饱和磁化强度(Ms)值分别为114.4和97.4 emu·g-1, 矫顽力(Hc)值分别为94.0和329.0 Oe.     

磁场诱导合成一维金属镍线的形貌控制

以镍盐与水合肼为起始原料,采用外加磁场辅助的水热法合成了表面具有纳米级刺状结构的一维金属镍线.向体系中引入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为包裹剂,可以合成表面光滑的金属镍线.对比大块镍,金属镍线的矫顽力得到了显著的增强.研究结果表明,外加磁场是线状结构形成的关键,而在镍核表面的CTAB吸附是控制表面形貌的重要因素.以甲基异丁基甲酮加氢制备甲基异丁基甲醇为探针反应,考察了所合成材料的加氢催化性能.结果表明,金属镍材料的一维结构与表面的纳米级刺状结构均有助于提高镍基催化剂的加氢催化活性.