Pd/Fe3O4-C催化剂对甲醇、乙醇和丙醇氧化的电催化活性

制备对醇氧化反应具有优异电活性的钯催化剂是醇燃料电池研究的重要内容。本文用硼氢化钠还原法制备了钯纳米颗粒, 然后沉积在Fe3O4/C复合物表面, 得到了不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄-C催化剂. 透射电镜（TEM）图显示钯纳米颗粒均匀地分散在Fe₃O₄/C表面. 对制备好的Pd/Fe₃O₄-C催化剂进行了循环伏安法（CV）、计时电流（CA）和电化学阻抗谱（EIS）的测试, 研究了其在碱性介质中对C1-C3醇类（甲醇、乙醇和丙醇）氧化的电催化活性. 结果表明, 所制备的不同Fe₃O₄负载量的Pd/Fe₃O₄(2%)-C,Pd/Fe₃O₄(5%)-C, Pd/Fe₃O₄(10%)-C和Pd/C催化剂中, Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂表现出最高的醇氧化电流密度. 依据循环伏安（CV）数据,Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇氧化的阳极峰电流密度分别是Pd/C催化剂的1.7、1.4、1.7和1.3倍. Pd/Fe₃O₄(5%)-C催化剂对乙醇氧化的电荷传递电阻也远低于Pd/C催化剂. 制备的所有催化剂对C1-C3醇类电氧化的电流密度大小排序如下: 正丙醇﹥乙醇﹥甲醇﹥异丙醇. 此外, 碳粉中Fe₃O₄纳米颗粒的存在提高了钯纳米颗粒的电化学稳定性.     

光还原法合成Pt/Fe2O3/氮掺杂还原氧化石墨烯催化剂及其抗烧结性能

采用静电纺丝法获得的多孔Fe₂O₃纳米棒与氮掺杂还原氧化石墨烯(N?RGO)的复合材料作为载体,通过光还原法成功制备清洁、高活性的Pt/Fe₂O₃/N?RGO催化剂,并进一步研究其中的光还原反应机理和催化剂的抗烧结性能。研究结果表明,在可见光照射下,Fe₂O₃对光的强吸收作用促使光生电子和空穴的产生,N?RGO有效延长光生载流子的寿命,使得电子从O^2-转移到Fe³⁺。Fe₂O₃/N?RGO中部分还原的Fe²⁺具有较强的还原能力,可使PtCl₆^2-在Fe₂O₃表面还原并迅速成核,生长为粒径约2.13 nm的Pt纳米颗粒。此外,甲醇作为空穴清除剂可以快速有效地消耗掉扩散到载体表面的光生空穴,使导带中积累的电子与PtCl₆^2-发生还原反应,从而提高Pt纳米颗粒的光还原速率。电纺Fe₂O₃纳米棒独特的粗糙表面为Pt纳米颗粒异相成核提供了大量活性位点。富含点缺陷的N?RGO片层能缩短Fe₂O₃的光生载流子扩散路径,提高光沉积的效率;同时,其特征褶皱结构可以作为物理屏障,防止Pt纳米颗粒聚集。得益于金属与载体间的强相互作用,在500℃高温老化后,Pt纳米颗粒仍能维持较小的尺寸(2.67 nm),表现出优良的抗烧结性能。在对硝基苯酚加氢反应中,Pt/Fe₂O₃/N?RGO在400℃老化后仍具有高达22.2 L·g^-1·s^-1的反应速率常数,约为老化前的1.6倍。     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。     

Fe3O4纳米催化剂的制备及其F-T合成性能研究

基于溶剂热合成体系,制备了不同形貌的Fe₃O₄微球和纳米片催化剂,考察了水热合成条件对Fe₃O₄晶粒形貌的影响,并研究了Fe₃O₄纳米催化剂的费托合成(F-T)性能。结果表明,成核和晶体生长速率是控制Fe₃O₄晶体形貌的关键。与传统的沉淀铁催化剂相比,Fe₃O₄纳米催化剂更容易还原和向活性相转变,因此,具有更高的F-T反应活性、低碳烯烃选择性及C₅₊选择性;Fe₃O₄微球催化剂比纳米片催化剂更易维晶粒的稳定,具有更高的反应活性和稳定性。     

双牺牲模板法制备一维管状Pt-Mn3O4-C复合物及其优越的甲醇电催化氧化性能

通过双牺牲模板法合成了以一维管状Mn₃O₄-C为催化剂载体的新型Pt 基电催化剂. 催化剂的表面形貌、晶体结构及其组成分别采用透射电镜、X射线衍射仪、能量散射X射线光谱进行表征. 通过循环伏安法对Pt-Mn₃O₄-C复合物的电化学性能进行了测试. 结果表明平均粒径为1.8 nm的Pt 纳米颗粒均匀分散在管式Mn₃O₄-C载体上, 与商业的E-TEK Pt/C 催化剂(20% (w, 质量分数) Pt)相比, Pt-Mn₃O₄-C对甲醇氧化有更好的电催化活性和更高的稳定性. Pt 纳米粒子在Mn₃O₄-C上的均匀分散及Pt 和Mn₃O₄的协同催化效应使得Pt-Mn₃O₄-C具有优异的性能.     

磁性Fe3O4纳米粒子的功能化修饰研究进展

Fe₃O₄纳米粒子因其独特的磁学性能和良好的生物相容性,在生物医药、催化剂、环境治理等领域具有良好的应用前景。然而,磁性Fe₃O₄纳米粒子易团聚、在潮湿的空气中易氧化,制约了Fe₃O₄纳米粒子的深度应用。本文结合课题组在磁性Fe₃O₄纳米粒子应用方面的研究成果,综述了磁性Fe₃O₄纳米粒子的功能化修饰,并讨论了磁性Fe₃O₄复合纳米材料发展面临的机遇和挑战。      

Pt/DNA-MWCNTs/GC电极制备及其H2O2还原的电催化活性

将DNA功能化多壁碳纳米管（MWCNTs）复合材料修饰于玻碳基底（GC）表面制得DNA-MWCNTs/GC电极,并在此基础上电沉积负载Pt纳米颗粒构建了一种新型无酶H₂O₂传感电极. 利用扫描电子显微镜（SEM）表征制得的修饰电极,同时通过循环伏安法和计时电流法研究了该传感电极的H2O2响应性能. 结果表明,该传感电极的H₂O₂检测在0.04 ~ 18.07 mmol·L^-1浓度范围内成线性相关,检出限3.85 μmol·L^-1（S/N = 3）,且有良好的重现性、稳定性与选择性.     

多功能Fe3O4@SiO2 Janus颗粒

采用溶剂热法和溶胶-凝胶法制备了顺磁性Fe₃O₄@SiO₂颗粒,以Pickering乳液界面保护法实现颗粒表面分区获得Fe₃O₄@SiO₂ Janus颗粒,进一步选区复合生长Pt或Ag纳米颗粒制备Fe₃O₄@SiO₂-Pt和Fe₃O₄@SiO₂-Ag Janus颗粒.Fe₃O₄@SiO₂-Pt Janus颗粒的Pt一侧进行催化过氧化氢的反应,具有自驱动功能.因其顺磁性和两亲性,Fe₃O₄@SiO₂-Ag Janus颗粒能够作为磁响应颗粒乳化剂稳定油水乳液,并将Ag的催化功能引入界面.     

Fe3O4@Au核-壳纳米复合材料的制备及对农药福美双的SERS检测研究

首先采用热分解法制备了Fe₃O₄纳米材料, 再将其作为磁性核, 分别采用种子沉积法和种子介导生长法制备了Fe₃O₄-Au核-卫星纳米复合材料和Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料, 并对其形貌和性能进行了表征分析. 结果表明, 所制备的Fe₃O₄-Au核-卫星和Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料粒径均匀, Au纳米颗粒均匀沉积/包覆在Fe₃O₄纳米材料表面, 且样品均具有良好的磁响应性. 使用4-氨基苯硫酚(4-ATP)作为拉曼探针分子, 对比了这两种纳米复合材料作为SERS基底时的拉曼信号增强效果. 结果显示, Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料是更优秀的SERS基底, 且该SERS基底具有良好的信号再现性. 最后, 使用Fe₃O₄@Au核-壳纳米复合材料作为SERS基底, 成功地在苹果皮上检测出残留福美双的SERS信号.     

磁性壳聚糖/Fe3O4/氧化石墨烯吸附剂的制备及其多染料吸附性能

为了提高壳聚糖的多染料吸附性能并使其便于固液分离,采用共沉淀法制备了壳聚糖、磁铁矿纳米颗粒、氧化石墨烯复合磁性吸附剂(CS/Fe₃O₄/GO)。系统的结构表征显示,CS包覆的Fe₃O₄磁性纳米颗粒均匀地分布在GO的表面。CS/Fe₃O₄/GO具有高达42.5 emu·g-1的室温铁磁性,因此可在外加磁场中实现高效固液分离。研究表明,CS/Fe₃O₄/GO对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)和刚果红(CR)等多种染料具有良好的吸附性能,溶液的pH、初始浓度和吸附时间对其多染料吸附性能具有显著影响。在最佳条件下,CS/Fe₃O₄/GO对MB、MO和CR的吸附量分别达到210.6、258.6和308.9 mg·g-1。CS/Fe₃O₄/GO具有优异的循环利用性能,经5次循环后仍能保留90%以上的原始吸附量。采用吸附等温线和吸附动力学对...     

用于生物柴油清洁生产的磁性固体催化剂CaO/MgO/Fe_3O_4

制备了具有磁性和催化活性的双功能催化剂CaO/MgO/Fe3O4,用于催化花生油酯交换制备生物柴油的清洁生产过程。对CaO/MgO/Fe3O4进行了XRD、TEM、FT-IR和磁性等表征分析,探讨了CaO/MgO/Fe3O4催化剂的重复利用性能。结果表明,用Mg(Ac)2溶液等体积浸渍磁性基质Fe3O4,在N2气氛中600℃焙烧2 h,可得到具有磁性的载体5%MgO/Fe3O4;再用Ca(Ac)2溶液等体积浸渍MgO/Fe3O4,并在N2气氛中700℃煅烧,得到具有磁性且催化活性较高的催化剂10%CaO/MgO/Fe3O4。该催化剂具有核壳结构,磁核平均直径约为35 nm。在催化剂用量10%,醇油摩尔比12∶1,反应温度65℃,反应2 h的条件下酯交换转化率可达90%以上。在磁场的吸引下该催化剂能快速与反应体系分离,催化剂回收率达90%。但CaO/MgO/Fe3O4重复利用性能较差,其原因是在搅拌反应过程中催化活性组分逐渐从催化剂上脱落所致。     

Fe3O4@PI催化剂的制备及其费托合成性能

分别采用水热、水热-包覆、球磨法制备了Fe_3O_4、聚酰亚胺(PI)改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI催化剂用于费托合成反应,对比研究了PI改性及其含量变化对Fe基催化剂催化CO加氢产物分布的影响规律。结合XRD、SEM、TEM、H_2-TPR、COTPD、FT-IR、XPS、TG和接触角实验等手段对催化剂样品进行了表征。结果表明,Fe_3O_4、Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品均为球形颗粒; PI改性促进了Fe_3O_4的还原,亲水性增强。Fe_3O_4@PI样品中,PI均匀包覆于Fe_3O_4表面,具有较好的热稳定性;与Fe_3O_4、Fe_3O_4-PI相比,Fe_3O_4@PI样品CO吸附增强。在CO加氢反应中,与Fe_3O_4相比,PI改性的Fe_3O_4@PI和Fe_3O_4-PI样品催化活性下降,二次加氢能力受到抑制,烯烃选择性提高; Fe_3O_4@PI样品烯烃选择性增加明显,烯烷比(O/P)由改性前的0.50提高至2.15;适宜含量的PI改性促进C5+烃生成。     

氧化铁负载铂纳米簇催化卤代硝基苯本体氢化性质研究

复相金属催化剂中的载体效应研究具有重要意义。我们以结构不同的氧化铁载体吸附"非保护型"Pt金属纳米簇制备了具有相同Pt纳米簇的Pt/Fe_3O_4、Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3催化剂,考察了其在无溶剂条件下(本体条件)催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性氢化反应的性能,发现三种铂/氧化铁催化剂的催化选择性远高于商购铂/碳催化剂,Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3的催化选择性明显高于Pt/Fe_3O_4,而Pt/Fe_3O_4的催化活性较Pt/α-Fe_2O_3高50%。铂/氧化铁对不同卤代硝基苯的本体选择性氢化反应表现出优良的催化性能,相应卤代苯胺产物的选择性均可达到99%以上。考察了温度、氢气压力对Pt/Fe_3O_4催化o-CNB本体氢化性能的影响。本工作为理解氧化铁负载金属纳米簇催化剂的特殊催化性质,进而发展高效金属纳米簇基催化体系提供了新的基础。     

Influence of pretreatment conditions on low-temperature CO oxidation over Au/MOx/Al2O3 catalysts

Composite oxide MO_x/Al₂O₃ supported gold catalysts for low-temperature CO oxidation were prepared and investigated. The presence of transition metal oxide was proved to be beneficial to the improvement of catalytic performance of Au/Al₂O₃ catalysts for low-temperature CO oxidation. Furthermore, the influence of various pretreatment conditions on Au/MO_x/Al₂O₃ catalysts was studied carefully. The image of TEM showed that gold catalyst with small gold particles only in the form of a fine dispersion exhibited highly catalytic activity. The XPS, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy characterization results of Au/FeO_x/Al₂O₃ catalyst showed that gold catalysts having partially oxidized gold species have the best catalytic performance. One possible pathway for CO oxidation on Au/FeO_x/Al₂O₃ catalyst is that the CO adsorbed on gold particles reacts with adsorbed oxygen, which is possible to occur on oxygen vacancies on the support or at the metal–support interface.     

Fe2O3/Al2O3氧载体用于甲烷化学链燃烧：负载量与制备方法的影响

以不同方法制备了系列Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体,采用XRD、H₂-TPR、CH₄-TPR、O₂-TPD和BET等分析技术对氧载体进行了表征。研究了不同Fe₂O₃负载量氧载体的甲烷化学链燃烧性能,考察了不同制备方法对Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体结构、反应性和产物选择性的影响。结果表明,Fe₂O₃负载量对氧载体活性及产物中CO₂选择性的影响较大,负载量较低时氧载体活性较低且引起甲烷部分氧化产物CO含量增加。制备方法亦对氧载体与甲烷的反应活性有所影响,整体上共沉淀法制备的质量分数60％Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的氧化活性和化学链循环稳定性。其在反应温度850℃、反应时间15 min、30次循环后甲烷转化率及产物中CO₂选择性均未见明显降低。     

水热法制备Fe3O4/rGO纳米复合物作为锂离子电池阳极材料

以氢氧化铁为四氧化三铁的前驱体,氧化石墨烯（GO）为还原石墨烯（rGO）的前驱体,以水合肼和二水合柠檬酸三钠为混合还原剂,采用水热法制备了还原石墨烯负载四氧化三铁纳米颗粒（Fe₃O₄/rGO）的复合材料。通过透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）对产物的形貌、结构和组成进行了表征。以锂片为对电极进行了扣式电池的组装,通过恒电流充放电和循环伏安法对其电化学性能进行了测试。材料具有均一的形貌,rGO具有较高的还原程度且可以在充放电过程中缓冲Fe₃O₄纳米颗粒的体积变化,使得Fe₃O₄/rGO纳米复合物具有较好的电化学性能。     

SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上氨选择性催化还原NO_x性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)_3和Fe_2O_3。通过硫酸化处理得到SO_4~(2-)/Fe(OH)_3和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)反应,研究了SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上NH_3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe_2O_3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO_4~(2-)/Fe(OH)_3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NO_x转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H_2O+SO_2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe_2O_3的晶粒生长,同时SO_4~(2-)与Fe~(3+)结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe_2O_3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。     

负载Fe2O3的Zr基钙钛矿催化剂对逆水煤气反应的影响

采用固相反应法制备了钙钛矿结构的BaZr_0.9Y_0.1O₃,并用BaZr_0.9Y_0.1O₃作为载体负载Fe₂O₃,通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）观察负载型催化剂的晶相结构和微观形貌,同时考察了制备的催化剂的逆水煤气反应催化活性。结果表明,BaZr_0.9Y_0.1O₃粉体1200℃煅烧5h时,负载型催化剂具有较好的催化活性;BaZr_0.9Y_0.1O₃对逆水煤气反应有一定的催化作用,负载少量的Fe₂O₃催化剂可以明显促进CO₂还原,在空速为1.13h^-1,温度为650℃时,CO收率可以达到31%;催化剂经过长时间运行催化效果良好,制备的催化剂活性较稳定。