钾改性氧化铝基羰基硫水解催化剂及其失活机理

天然气、油田伴生气、高炉煤气等化工生产过程中伴生COS气体,不仅会腐蚀管道和毒害催化剂,还会严重污染环境并危害人类健康。COS催化水解反应可在温和条件下高效的将COS脱除,是最具应用前景的COS脱除技术之一。碱金属元素因其具有独特的电子供体性质、表面碱性和静电吸附等特性,常被用作助催化剂以提高Al₂O₃的COS催化水解性能。近年来,以钾为助剂改性的Al₂O₃催化剂(K₂CO₃/Al₂O₃)在COS催化水解反应中得到广泛的应用,但由于负载在Al₂O₃上的K物种的组成复杂,目前研究者对K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解机理的理解仍存在一定的困惑和争议。本论文通过湿法浸渍法合成出一系列钾盐和钠盐改性的Al₂O₃催化剂,并利用各类先进的表征技术对这些催化剂进行分析。活性测试表明,以K₂CO₃、K₂C₂O₄、NaHCO₃、Na₂CO₃和NaC₂O₄改性Al₂O₃催化剂均有助于COS的水解。其中K₂CO₃/Al₂O₃拥有最佳的COS水解性能,连续运行20 h后其COS转化率仍高于~93%,远远优于未改性的Al₂O₃ (~58%)。我们利用原位红外光谱和X射线光电子能谱探明了反应过程中催化剂的化学结构特征,阐明了H₂O分子在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解作用机制。原位红外表明COS在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解过程中形成了硫代碳酸氢盐中间产物。X射线光电子能谱表征证明催化剂的失活主要是因为催化剂表面积累了硫酸盐和单质硫。此外,我们还研究了水蒸气含量对COS水解性能的影响,研究发现,由于H₂O和COS分子在催化剂表面存在竞争吸附,过量的H₂O会引起催化活性的下降。上述研究表明,K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解性能的提高主要是形成了HO-Al-O-K界面活性位。更为重要的是,所制备的催化剂都是在模拟工业工况条件下进行的,这为后续的工业应用提供了宝贵理论指导。本工作为理解助剂钾在Al₂O₃催化剂上COS水解活性的增强提供了新的见解,这为未来设计稳定高效的COS水解催化剂打开了新的发展方向。     

离子液体修饰对Cu/USY催化乙炔氢氯化反应性能的影响

为了提高Cu/USY催化剂在乙炔氢氯化反应中的催化活性,设计并成功制备了一系列离子液体修饰的分子筛负载的铜基催化剂(Cu@TPPB/USY).当铜和TPPB的百分含量均为15时,在反应温度为160℃,乙炔气体空速为120 h-1,氯化氢与乙炔的摩尔比为1.25:1的条件下,催化剂的乙炔转化率提升了1.17倍,氯乙烯选择性一直保持在98%以上.结合催化剂的傅里叶红外(FT-IR)、 N2物理吸脱附(BET)、热重分析(TG)、 X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)和等离子体发射光谱(ICP-OES)的表征,认为TPPB的修饰不仅可以促进催化剂中Cu物种的分散,抑制其还原和流失,还能减少催化剂表面积碳、增强Cu活性物种与载体间的相互作用力,有效地提高Cu/USY催化剂的催化活性.     

初中化学(科学)启蒙教材中“实验”“插图”“科普知识”的比较分析*

我国大陆和台湾的化学(科学)教材在化学启蒙方面的内容编写有着各自的特点和优势,因此以我国大陆人教版初中《化学》与我国台湾康轩文教版《自然与生活科技》为例,通过问卷调查法与对比分析法,研究化学启蒙阶段的学生对待化学的态度以及海峡两岸教材中“实验”“插图”“科普知识”等3部分内容的设置差异。结果表明:(1)化学实验是启蒙阶段学生对化学感兴趣的起始点,也是初接触时的难点,其中以我国台湾《自然与生活科技》教材中化学实验的探究性及层次性更深;(2)化学启蒙阶段教材中插图的科学性、清晰度以及精美程度对学生学习化学的兴趣和态度有较大影响;(3)化学教材中的模型图实物化有助于学生拨云见日,了解化学的真实模样。     

多孔硅纳米材料的制备及在高能锂电池中的应用

多孔硅纳米材料具有巨大的比表面积,可调控的物理化学性质,在药物治疗、传感、能源储存与转化等领域拥有巨大的应用前景。尤其在高能量密度锂离子电池领域,多孔硅由于其丰富的孔道结构能有效释放充放电过程中硅体积变化带来的巨大应力以及大大地缩短锂离子传输距离,而引起了人们的广泛研究兴趣。但是,开发简便快速的方法来合成结构可调变的多孔硅纳米材料仍是当前研究的挑战。近年来,一些用来合成多孔硅纳米材料的方法已有报道。我们基于本课题组最近的研究进展和近年来相关文献,比较详细综述了近年来多孔硅纳米材料的制备方法以及重点关注其在高能锂电池领域的应用。最后,对多孔硅纳米材料的未来发展方向做了进一步的展望。     

聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷

3D打印制备陶瓷可以实现结构-材料设计一体化,为复杂形状陶瓷材料快速成型提供了新途径。但是传统的3D打印制备陶瓷是以陶瓷粉末或陶瓷颗粒为打印材料,存在陶瓷构件尺寸精度差、表面光洁度低和力学性能不佳等问题。近年来,以聚合物前驱体为打印材料,通过3D打印成型、高温裂解等工艺制备高性能陶瓷技术的出现为改善这些不足提供了新方法,成为3D打印陶瓷领域的研究热点。本文概述了聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷的研究进展,重点阐述了本体聚合物前驱体、聚合物前驱体/光敏化合物、聚合物前驱体/巯基化合物、光敏基团改性聚合物前驱体、增强体/聚合物前驱体五种典型材料体系的研究现状,并对其今后的发展方向进行了展望。     

囊泡型荧光纳米界面的构建及其对CD44蛋白的比例型传感

本文设计合成了两亲性Eu(Ⅲ)配合物(Eu L^3+)、两亲性香豆素衍生物(CA)以及荧光素修饰的透明质酸(HA-FA).Eu L^3+和CA可在水中共组装形成带正电荷的囊泡型荧光纳米界面(Eu L^3+/CA).HA-FA可通过静电引力络合在Eu L^3+/CA表面,促使CA与FA之间发生有效的荧光共振能量转移,体系的荧光发射以荧光素的绿色荧光为主.当肿瘤细胞标识物CD44蛋白与络合在囊泡表面上的透明质酸发生特异相互作用后,降低了CA与FA之间的能量转移效率,体系的荧光发射从绿色转变为蓝色.据此,实现了对CD44的高灵敏检测(DL=1.79×10^-7g/m L),而所测试的氨基酸、蛋白质等生物分子几乎不对荧光纳米界面的荧光性质产生影响.基于此,我们成功地将Eu L^3+/CA/HA-FA用于人乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231悬浮液中CD44蛋白的高效检测,该工作为构建新型CD44蛋白荧光探针提供了思路,为癌症早期诊断和治疗奠定了基础.     

Monodentate AIEgen Anchored on Metal‐Organic Framework for Fast Fluorescence Sensing of Phosphate

Herein, a novel sensor (TPE‐UiO‐66) was designed via anchoring monodentate tetraphenylethylene (TPE) onto UiO‐66 framework. The combination of the distinct aggregation‐induced emission (AIE) of TPE and the easy replacement of monodentate linker by guest phosphate, makes TPE‐UiO‐66 an ideal platform for sensing HPO₄^2–. Experimental results indicate that TPE‐UiO‐66 can selectively sense HPO₄^2– from other common anions. The limit of detection (LOD) can reach to 5.56 μmol·L^–1 and more importantly, TPE‐UiO‐66 also exhibits an ultra‐fast equilibrium response of 2 min, far faster than those of other sensors especially for UiO‐66‐NH₂. The combination of experimental analysis and density functional theory (DFT) calculations demonstrates that the high selectivity, high sensitivity and fast response of HPO₄^2– detection by TPE‐UiO‐66 can be attributed to the stronger coordination interactions of HPO₄^2– with Zr‐O cluster of UiO‐66 than that of TPE molecule. This study not only provides a potential probe for phosphate, but also represents a novel strategy to design stimuli‐responsive fluorescent MOF‐based sensors via using monodentate AIEgens.     

萘基相互连接的多孔碳纳米囊的制备及超电容性能

以萘为碳源, 采用MgO模板诱导耦合KOH裁剪技术制备了相互连接的多孔碳纳米囊(ICNC). 结果表明所制备的ICNC₂具有大的比表面积(1811 m²/g)、 高的压实密度(1.38 g/cm³)和微孔孔容含量(58.93%). 在对称的超级电容器(SC)中, ICNC₂电极的体积比容在不同电流密度下分别高达420.8 F/cm³(0.069 A/cm³)和315 F/cm³(27.6 A/cm³), 容量保持率为74.82%. 在38 W/L功率密度下, ICNC₂基SC的体积能量密度为14.6 W?h/L. 经过20000次循环后, 其体积比容仅衰减1.4%, 库伦效率为99.1%, 为从萘基小分子制备储能用功能碳材料提供了一种可行的方法.     

荧光纳米材料在病原微生物检测中的应用

病原菌污染给人类的健康带来极大的安全隐患,对病原菌快速、准确和灵敏的检测是减少污染的重要手段。传统检测病原菌的方法存在耗时长和操作繁琐等缺点。荧光纳米材料具有荧光强度高、稳定性好以及良好的生物相容性等优势,为应用其构造传感器用于病原菌检测提供了新的研究途径。本文对近年来常见荧光纳米材料,包括半导体量子点、金属纳米簇、碳纳米材料、上转换纳米粒子和荧光硅纳米颗粒,在病原菌检测方面的应用进行了概述,着重将不同类别荧光纳米材料的光学性质和检测机理进行了分析和比较。纳米材料的生物修饰是实现病原菌特异性识别的重要环节,本文对抗体、适配体、噬菌体和抗生素等病原菌识别方式的特点及其与纳米材料的连接方式进行了介绍。最后对不同荧光纳米材料在检测病原菌中具有的优势和局限性进行了总结,并对其在未来的应用与研究重点进行了展望。     

基于二维材料WX_2构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究

二维材料过渡金属硫属化物(TMDs),因其优越的物理化学特性及其在光电子器件、光催化等领域的潜在应用价值,得到了人们的广泛关注。基于TMDs材料可以构建具有不同性能的范德华(vdW)异质结,但构建的异质结由于其固有的能带带隙大小限制了其在全光谱上的响应,因而对其能带带隙调控变得十分重要。本文基于第一性原理方法系统地研究了WX_2 (X=S, Se, Te)从单层到体相的结构和性质,以及由此组装的vdW异质结构WS_2/WSe_2、WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2的结构和性质以及应力应变对异质结构的能带带隙的影响。结果表明:结合HSE06泛函和自旋轨道耦合(SOC)效应的计算方案可以精确描述WX_2体系;异质结构WS_2/WSe_2,WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2呈现type-II能带分类;在施加单轴或双轴的应力应变后,能带带隙大小发生相应改变,当晶格形变大于4%后,异质结构由半导体特性变成具有金属性。这些研究为光电子器件的设计提供了重要的指导意义。