石墨烯负载MnOx催化剂的制备及其低温NH3-SCR活性

通过改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO), 随后采用水热法制备石墨烯负载锰氧化物(MnO_x/GR)催化剂. 考察了催化剂的低温NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)去除NO_x的性能, 并通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 拉曼(Raman)光谱, X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM), N₂吸附-脱附, X射线光电子能谱(XPS)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等多种表征手段对催化剂的结构及NH₃-SCR性能进行分析. 结果显示, 不同MnO_x负载量的MnO_x/GR催化剂均展现了较好的低温SCR催化活性, 且在负载量为20%(w)时活性最优. 表征分析结果表明, 制备的GO表面含有丰富的含氧基团, 锰可以通过与含氧基团结合而负载到GO上; MnO_x/GR催化剂中MnO_x以纳米颗粒分散于石墨烯载体表面, 且以多种氧化物(MnO、Mn₃O₄和MnO₂)共同存在; 负载量为20%(w)的催化剂中高价锰和表面吸附氧含量增加, 低温区氧化还原能力增强及活性位点数量增加是其SCR活性提高的原因.     

均相催化剂催化氧气氧化生物质制备甲酸

甲酸是一种重要的化工原料,以可再生生物质为原料,通过催化氧气氧化制备甲酸具有重要意义。对于不溶于水的生物质原料的转化,采用可溶于水的均相催化剂体系证明是有效的。本文总结了均相催化剂体系(包括含钒杂多酸、含钒杂多酸+H₂SO₄、含钒杂多酸基离子液体、NaVO₃+H₂SO₄、VOSO₄、NaVO₃-FeCl₃+H₂SO₄、FeCl₃+H₂SO₄等)在催化氧气氧化生物质(包括生物质模型化合物、纤维素、木材、秸秆和玉米芯等)制备甲酸方面的研究,分析了其转化的过程和机理。最后,指出了目前催化氧化生物质制备甲酸存在的问题和挑战。     

高热稳定Lewis酸碱对催化L-丙交酯均聚及与乙交酯共聚的本体开环聚合研究

聚丙交酯(PLA)和乙交酯-丙交酯共聚酯(PLGA)是性能优异的可降解聚酯材料,发展绿色、环境友好的催化剂实现丙交酯和乙交酯的本体熔融聚合具有重要的科学意义和实际应用价值.本文研究了ZnCl₂、MgCl₂和FeCl₃与3种有机碱构成的Lewis酸碱对在丙交酯(LA)本体熔融聚合的催化作用.研究了包括Lewis酸碱对类型、比例和反应时间对LA开环聚合反应的影响.这3类Lewis酸碱对在180℃高温下表现出较好的热稳定性和催化活性.其中FeCl₃/DBU催化体系能够同时实现高单体转化率和分子量.同时,FeCl₃/DBU能够有效催化LA和GA的随机共聚,通过调控LA和GA的单体投料比可以制备不同摩尔组成的PLGA共聚酯.     

二氧化锰在低温NH3-SCR催化反应上的形貌效应

利用水热法制备了三种不同形貌的MnO₂催化剂,分别为α-MnO₂纳米棒,γ-MnO₂纳米片和δ-MnO₂纳米薄膜组装的微球,考察了纳米材料的形貌结构对催化剂低温选择性催化还原(SCR)反应性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)以及拉曼(Raman)光谱等表征手段对催化剂的结构进行了分析。结果表明,在50-250 ℃的温度范围内,γ-MnO₂纳米片表现出最优的SCR催化性能,不仅NOx转化率最高而且N₂选择性也最好。表征结果表明,比表面积并不是影响MnO₂催化性能的主导因素,纳米材料的晶型结构与表面暴露的活性晶面共同决定着催化剂的SCR性能。γ-MnO₂纳米片表面暴露的(131)晶面上不仅存在着大量的配位不饱和Mn离子,从而形成了较多的强酸性位点;而且还存在着较多的活性氧物种。这些活性位点可以使得NH₃和NO_x的活化过程在较低温度下进行。高浓度的流动性氧以及高价态的Mn₃₊和Mn⁴⁺也使得催化剂的氧化还原反应更易发生。     

LaFeO3钙钛矿催化湿式氧化苯酚的研究

本研究采用固相球磨法制备了四种不同球磨时间的LaFeO₃钙钛矿催化材料,并将其用于催化湿式氧化苯酚反应,探讨了球磨时间对LaFeO₃钙钛矿催化剂催化湿式氧化苯酚水溶液性能的影响。采用XRD、H₂-TPR、TG-DTA、FTIR、N₂物理吸附、XPS等手段对LaFeO₃钙钛矿催化材料进行了表征。结果表明,在反应温度为200℃、空气压力5 MPa、苯酚初始浓度4000 mg/L时,经过240 min的催化氧化反应后LaFeO₃-6催化材料最终的COD去除率为94.5%。     

沉积沉淀法中制备条件对负载型纳米金催化剂性能的影响

CO的高效快速去除以及实现低(常)温催化氧化是现今研究的重点，而以尿素为沉淀剂，采用沉积沉淀法制备得到的低(常)温催化氧化CO负载型纳米金催化剂具有纳米金颗粒粒径更小、均匀分布于载体上的特点．本文对比了不同的搅拌方式、不同氧化铁载体的浸渍次数以及3种纳米金负载量制备条件下获得的Au/FeO_x/Al₂O₃催化剂的物化性质及催化氧化CO活性．结果表明用恒温水浴摇床振荡得到的负载型纳米金催化剂具有更好、更稳定的催化效果；其中，二次浸渍、摇床振荡、负载量为2%的制备条件下，纳米金催化剂具有最强的低温CO催化氧化活性．最后，本文分析了Al₂O₃,FeO_x/Al₂O₃和Au/FeO_x/Al₂O₃在不同温度下的CO催化氧化机理，认为CO催化氧化过程除了有CO₂产生，还存在副产物碳酸盐类物种．     

石墨烯的制备及石墨烯修饰电极对p-苯二酚的催化氧化

采用氨水还原氧化石墨烯(GO)制备石墨烯(GN), 并考察石墨烯修饰玻碳电极(GN/GCE)电催化氧化p-苯二酚(HQ)的性能. 利用傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、比表面分析(BET)和电分析化学测试等技术对GN结构、表面形貌和电化学行为进行了表征. 采用循环伏安法(CV)和差分脉冲溶出伏安法(DPV)研究GN/GCE对HQ的电催化氧化性能. 结果表明, 与裸玻碳电极(GCE)相比, [Fe(CN)₆]^3-/4-在GN/GCE上电荷转移电阻为75.0 Ω·cm², 减小约9倍, 说明GN具有良好导电性; 同时HQ在GN/GCE上氧化峰电位负移, 还原峰电位正移, 峰电位差ΔE_p减小165 mV, 且氧化还原峰电流(I_pa和I_pc)均增大, HQ电化学氧化可逆性明显改善, 表明GN/GCE对HQ氧化具有显著电催化作用.     

一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能

以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨.然后采用简单的一步化学还原法在乙二醇(EG)中同时还原氧化石墨烯(GO)和H₂PtCl₆制备高分散的铂/还原态氧化石墨烯(Pt/RGO)催化剂.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的微结构、组成和形貌进行表征.结果表明, GO已被还原成RGO, Pt纳米粒子均匀分散在RGO表面,粒径约为2.3 nm.采用循环伏安法和计时电流法评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能,测试结果表明, Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性与Pt/C和Pt/CNT相比有了很大提高.另外其对甲醇电催化氧化的循环伏安图中正扫峰电流密度(I_f)和反扫峰电流密度(I_b)的比值高达1.3,分别是Pt/C和Pt/CNT催化剂的2.2和1.9倍,表明Pt/RGO催化剂具有高的抗甲醇氧化中间体CO_ad的中毒能力.     

二氧化锰/石墨烯纸电极的制备及其电化学性能

通过电化学法使溶液中的Mn²⁺电解氧化为MnO₂,沉积复合在石墨烯片膜上,形成由MnO₂/石墨烯复合材料构成的纸电极。 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流放电等技术手段对纸电极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。 结果表明,MnO₂球形颗粒均匀地沉积在石墨烯片膜上,形成了厚度45 μm的纸电极,经过380 ℃煅烧后,纸电极中的MnO₂晶型由γ-MnO₂转化为β/γ-MnO₂混合晶型,是良好的柔性Li/MnO₂电池的电极材料。 MnO₂/石墨烯纸电极在室温下0.1C放电容量达269 mA·h/g,而且电化学阻抗低、柔韧性好。     

中空树枝状三氧化钨载铂催化剂对甲醇的电催化氧化性能研究

采用水热法和牺牲模板法相结合制备具有中空树枝结构的三氧化钨载体(d-WO₃),在其表面进一步负载活性成分Pt,得到纳米Pt/d-WO₃复合催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积和孔结构分析(BET)等对催化剂的形貌和结构进行了表征。结果表明,三氧化钨具有长6 μm和宽2 μm的中空树枝状结构,孔径分布主要集中在20~120 nm,比表面积为24 m²/g,平均粒径为7.2 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面。采用循环伏安和计时电流法研究了Pt/d-WO₃催化剂在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,Pt/d-WO₃催化剂比Pt/C和Pt/WO₃催化剂对甲醇有更高的电催化氧化活性和稳定性。d-WO₃所具有的中空介孔结构和双功能作用机理有利于甲醇在铂表面的直接脱氢氧化过程。     

不同晶相结构二氧化锰催化完全氧化乙醇

采用水热合成法制备了α-MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂和δ-MnO₂催化剂, 运用N₂吸脱附实验、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)等方法对催化剂进行了表征, 并将催化剂用于催化完全氧化乙醇反应中, 考察了不同晶型MnO₂催化剂催化氧化乙醇活性的差异, 探讨了催化剂晶型结构与催化氧化活性的关联. 结果表明, 不同晶型的MnO₂催化剂催化氧化乙醇活性差异显著, 活性顺序为α-MnO₂>δ-MnO₂>γ-MnO₂>β-MnO₂. 系列表征结果显示, 晶体结晶度和比表面积不是影响不同晶型MnO₂催化剂活性的主要原因, α-MnO₂催化剂具有的较高晶格氧浓度和较高的可还原性是其具有良好催化氧化乙醇活性的关键因素.     

光还原制备石墨烯-硫化钼RGO-MoSx产氢催化剂

本文以石墨烯氧化物(GO)和硫代钼酸铵((NH₄)₂MoS₄)为前体,曙红(EY)和三乙醇胺(TEOA)为光敏单元和电子牺牲体,通过一种环境友好的光还原方法原位制备了石墨烯-硫化钼(RGO-MoS_x)产氢催化剂。RGO-MoS_x表现出高效的催化产氢活性,石墨烯的引入使其催化产氢效率提高至原来的2.10倍。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征,证实了RGO-MoS_x的组成、结构及形貌特征。     

纳米SnO2高效催化烯烃与H2O2环氧化反应研究

构建了用于催化烯烃与过氧化氢环氧化反应的高效、 绿色催化反应体系. 首先, 通过水热合成法制备了纳米SnO₂, 并在320 ℃下煅烧. 随后, 对所有催化剂进行X射线衍射(XRD)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征. 进一步将催化剂用于以H₂O₂水溶液为氧化剂环氧化各种官能化烯烃(包括环烯烃, 苯乙烯和直链烯烃)的反应, 以高转化率和高选择性得到了环氧化物. 在相似的反应条件下, 发现合成的纳米SnO₂-170催化剂在催化1-甲基环己烯与H₂O₂的环氧化反应中的活性最佳, 在2 h内1-甲基环己烯的转化率达到100%, 环氧化物选择性达到100%.     

借助手持技术探究外界条件对三价铁离子催化过氧化氢分解的影响*

针对FeCl₃溶液催化分解 H₂O₂实验中出现的异常现象,借助手持技术并运用控制变量方法分别探究了反应物及催化剂浓度、溶液pH、Cl^-效应等因素对Fe³⁺催化H₂O₂分解速率的影响,探寻FeCl₃溶液催化分解 H₂O₂溶液的最佳实验条件。     

无机盐溶液源溶胶-凝胶法制备锶铋钽铁电陶瓷薄膜过程研究

采用可溶性无机盐Sr(NO₃)₂,Bi(NO₃)₃及HTaF6为原料,以柠檬酸、乙二醇及乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂,利用溶胶-凝胶旋转涂覆工艺,分别在Al₂O₃和Pt/Ti/SiO₂/Si的衬底上制备了SrBi₂Ta₂O₉(SBT)铁电陶瓷薄膜.采用SEM,XRD及FTIR等微观分析手段,对制备的SBT溶胶与薄膜过程机理进行了实验研究.结果表明,由无机盐溶液原料络合合成SBT溶胶是此方法制膜的关键,其中络合剂的种类、用量和pH值的控制等是重要的影响因素.制备了相组成均一、薄膜表面致密、均匀、无开裂、晶粒尺寸为150nm的多晶膜,获得了剩余极化(2P_r)与矫顽电场强度(2E_c)分别为9.6μC/cm²与76kV/cm铁电性能较好的薄膜材料.     

可见光诱导提升Pt/g-C3N4纳米片甲酸氧化性能的研究

以半导体材料类石墨氮化碳纳米片(g-C₃N₄纳米片)为载体,通过微波-多元醇法构筑了Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂. 通过TEM、XRD、XPS、紫外-可见吸收光谱等方法对Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂的粒径尺寸、组成、结构、光学等性质进行分析. 通过对比可见光照和暗室条件下的甲酸电氧化活性,Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂在可见光照射下展现出良好的催化性能. 该性能的提高一方面可能是由于g-C₃N₄纳米片在可见光照射下加速了电子从Pt转移给g-C₃N₄纳米片,Pt处于“电子匮乏”状态,可削弱CO与Pt之间的化学键能,减弱CO在Pt表面的吸附能力,促进了CO的氧化,提高了催化剂抗中毒能力;另一方面,g-C₃N₄纳米片在光照条件下分离出的空穴可有效氧化甲酸分子,提高甲酸氧化活性. 因此,可见光条件下可有效提高Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂甲酸催化氧化活性,这为直接甲酸燃料电池的发展提供了新思路.     

部分还原氧化石墨烯-Fe3O4对水中Mn(Ⅱ)的快速去除

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO), 继而用一步共沉淀法制备了部分还原氧化石墨烯-四氧化三铁复合物(PRGO-Fe₃O₄). 采用X射线衍射(XRD)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 X射线能量色散光谱(EDX)、 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 选区电子衍射(SAED)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对其进行了分析表征; 考察了pH值、 接触时间、 吸附材料用量、 共存物质、 GO的还原、 循环使用次数等因素对Mn(Ⅱ)吸附行为的影响. 结果表明, PRGO-Fe₃O₄中Fe₃O₄颗粒分布均匀, 大小为15~20 nm, 剩磁和矫顽力均很小. 因Fe₃O₄颗粒的锚定作用, 石墨烯片层很薄, 使PRGO-Fe₃O₄对Mn(Ⅱ)表现出高效的吸附性能和良好的循环使用性能: 当pH=7、 PRGO-Fe₃O₄用量为500 mg/g时, 对201.3211 mg/L的Mn(Ⅱ)溶液仅3 min即达吸附平衡, 吸附率和吸附量分别为99.35%和404.49 mg/g, 磁分离仅需10 s, 经5次循环吸附后, 容量保持率为首次的78%. 机理与热力学研究结果表明, 吸附为吸热、 自发的单层化学吸附.     

不同RuO2含量对RuO2-Fe2O3催化剂氨选择性催化氧化性能的影响

采用溶胶-凝胶法（sol-gel）制备了一系列具有不同RuO₂含量的RuO₂-Fe₂O₃催化剂,并将其应用于氨选择性催化氧化（NH₃-SCO）研究中。结果表明,所有RuO₂-Fe₂O₃催化剂都表现出较好的低温活性,且RuO₂含量对催化剂的NH₃催化氧化活性影响显著。此外,利用BET、XRD、H₂-TPR和DRIFTS等表征手段研究了催化剂的物理化学性质和催化活性之间的关系。结果表明,RuO₂的加入增大了催化剂的比表面积。RuO₂与Fe₂O₃之间存在的协同效应提高了催化剂的氧化还原能力,从而提高了催化剂的氨氧化活性。同时,RuO₂含量对催化剂表面酸性影响很大,且催化剂表面主要存在Lewis酸性位点。     

Co3V2O8催化剂的合成表征及其催化性能研究

采用共沉淀法制备了Co₃V₂O₈催化剂,并对催化剂进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS、和 TEM等技术表征,研究了其丙烷氧化脱氢 (ODH) 制丙烯反应的催化性能。H₂-TPR和XPS实验结果表明,Co₃V₂O₈催化剂中晶格氧可以较容易转换成可动氧物种(即未完全还原氧物种),使催化剂内各种价态的钒之间易于进行氧化还原反应并形成氧缺位,催化剂的表面含有较多未充分还原氧物种O^-和V⁴⁺ 物种。催化活性结果显示,在425℃和475℃,丙烯选择性分别为49.45%和33.74%,表现了较好的催化性能。     

负载型LaCoO3/MO2催化氧化甲苯与NO的性能研究

本研究采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了一系列不同载体负载的LaCoO₃/MO₂催化剂（M=Zr、Ti、Ce）,研究考察其催化氧化甲苯与NO的性能及关键机制。结果发现,以CeO₂为载体的LaCoO₃/CeO₂催化剂表现出最佳的催化氧化性能,其甲苯的t₉₀为245℃,同时在300℃时NO转化率可达68%。通过BET、XRD、H₂-TPR和XPS对各负载型钙钛矿催化剂的理化性质进行表征。结果表明,负载型钙钛矿催化剂拥有更大的比表面积,从而有效提供了更多的吸附位点,同时负载型钙钛矿催化剂具有更活跃的晶格氧和更好的氧化还原性能。其中,LaCoO₃与载体CeO₂在接触界面上观察到Co离子与Ce离子之间存在着相互作用,形成晶格缺陷,这有利于氧空位的形成。利用原位漫反射红外光谱进一步探寻了反应机理,LaCoO₃/CeO₂催化剂上NO氧化符合Langmuir-Hinsh...