氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

Ru/CeO2催化剂催化苯乙烯氢甲氧基羰基化反应高选择性制备直链酯类化合物

酯类化合物在工业上具有广泛应用,例如可用于合成香水、调味剂(味精)、洗涤剂和表面活性剂等.其中,烯烃的氢烷氧基羰基化反应是一种合成酯类化合物的重要方法,其低消耗、100%的原子经济性和原料的易获得等优势使其在制备酯类化合物中成为一个有效且实际可行的方法.对于该反应,文献多采用Pd或Rh的络合均相催化剂,其中控制反应过程中直链酯类化合物(L)和支链酯类化合物(B)的选择性是一项颇具挑战性的课题.虽然目前可通过配体的设计和修饰来调节,但多集中在均相催化体系,因此在选择性调变方面的研究仍很欠缺.相对于均相催化,多相催化由于产物易分离和提纯、催化剂可循环使用等优势而逐渐引起了研究者的广泛关注.在多相催化体系中, Pd负载在强酸性树脂作为催化剂已被应用于苯乙烯氢甲氧基羰基化反应,但在该反应中支链酯类化合物为主要产物.因此,寻找一个可有效改善多相反应体系中选择性问题的方法是非常有意义的.在本研究工作中,我们分别以CeO2纳米颗粒(NP)、CeO2纳米棒(Rod)和CeO2纳米立方体为载体,利用浸渍法制备了Ru/CeO2、Ru/CeO2-rod和Ru/CeO2-cube三种催化剂,并进一步用于苯乙烯氢甲氧基羰基化反应.探究了CO压力、反应温度和反应时间对三种催化剂催化苯乙烯氢甲氧基羰基化反应的影响.结果表明, Ru/CeO2作为多相催化剂催化苯乙烯氢甲氧基羰基化反应时,苯乙烯选择性高于99%,直链酯选择性为83%,支链酯选择性为12%.机理研究表明,该反应为自由基机理.动力学分析表明,该反应的反应活化能为48.50 k Jmol^–1.结合三种催化剂的反应活性以及HRTEM结构表征结果可知,该反应中L/B比值与Ru的尺寸有较大关系.进一步的拉曼表征和NH3-TPD表征结果证明, Ru的尺寸与金属-载体之间的相互作用以及催化剂表面的氧空位浓度有直接关系.     

具有高稳定性以及光催化产氢活性的奇数环状异金属钛氧纳米团簇

利用太阳能是解决当前能源危机和环境问题的有效途径.二氧化钛是一种稳定性高、环境友好的新型光催化剂.近年来,具有精确结构信息的晶态钛氧团簇(PTCs)作为TiO₂的分子结构模型受到广泛关注.目前大多数PTCs含有烷氧基,在空气中易发生水解.这在很大程度上限制了对其光催化性能的研究.在无机钛氧簇的外围修饰大量的共轭有机配体是一种有效提升PTCs稳定性的方法.此外,异金属的嵌入有助于修饰微观电子结构,从而也将影响光催化性能.铝是地球上最丰富的金属元素,其水解产物也大量存在于地壳表面.因此,Ti和Al的水解和光催化研究引起了我们的兴趣.目前,只有少数几例低核的Al掺杂PTCs晶态材料被报道,且其制备过程都需要多步反应.因此,合成高核的包含Al的PTCs材料是一项有趣且充满挑战的工作.本文利用有机配体的保护和异金属离子的掺杂成功地提高了PTCs晶体材料的稳定性.通过研究Ti和Al离子的水解,制备了一例核-壳型的纳米轮簇[Al₇Ti₁₄(μ2-O)₇(μ3-O)₁₄(L)₃₅]·2CH₃CN(1;L=苯甲酸).该轮簇中包含罕见的奇数环状结构,是目前核数最高的包含Al的PTC.借助单晶X射线衍射可以清晰观察到无机{Al₇Ti₁₄}核与有机保护配体之间的配位模式.此外,利用红外光谱、热重和漫反射光谱对该化合物进行了进一步表征.有机配体层和Al³⁺占据了T_i⁴⁺周围的烷氧基位点,使得该化合物呈现较高的空气、热以及酸碱稳定性.在已报道的PTCs晶态材料中,该化合物也展现出较高的光催化产氢速率(402.88μmol g^-1h^-1).借助催化过程中的光致变色现象、电子顺磁共振谱、荧光光谱以及光电流响应,我们推测了该化合物催化水分解产氢机理.该项工作不仅为制备稳定的PTCs材料提供了基础,也为新型光催化剂的设计提供了新的思路.     

MoO3和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上短链烷烃燃烧反应的不同促进作用

贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的意义.本文制备了MoO3或Nb2O5修饰的Pt/ZrO2催化剂并用于短链烷烃的燃烧反应.研究发现,MoO3助剂对甲烷燃烧有明显的抑制作用,但对乙烷,丙烷和正己烷燃烧反应具有促进作用,促进作用随着烷烃碳链的增长逐渐增加;Nb2O5助剂对甲烷、乙烷、丙烷和正己烷燃烧反应均具有促进作用,然而促进作用随着碳链的增长而逐渐减弱.MoO3和Nb2O5助剂的不同促进作用与助剂影响催化剂表面酸性以及Pt物种的氧化或还原态有关.NH3-TPD结果表明,MoO3助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面强酸位点数量,而Nb2O5助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面中强酸位点数量.HTEM结果表明,两种助剂的添加都不会明显改变Pt物种的颗粒尺寸.在Pt-Mo/ZrO2催化剂上,MoO3覆盖部分Pt物种形成丰富的Pt-MoO3界面,促进了金属Pt物种和强表面酸性位点的生成,提高了丙烷燃烧反应活性;Pt-Nb/ZrO2催化剂上载体表面的部分Nb2O5被Pt物种包覆,使得生成的表面Pt-Nb2O5界面低于Pt-Mo/ZrO2催化剂,但由于催化剂表面酸性位的提升,也促进了丙烷燃烧反应活性的提高.XPS结果表明,在甲烷燃烧反应中,Pt-Nb/ZrO2催化剂上Ptn+物种能够更加稳定地存在,这可能是Nb2O5助剂提高Pt-Nb/ZrO2催化剂上甲烷燃烧活性的关键.而Pt-Mo/ZrO2催化剂上Ptn+物种在甲烷反应中可以更容易地被还原,并且由于MoO3的包裹导致暴露的Pt位点数量降低,使催化剂催化甲烷燃烧的活性受到抑制.可见,MoO3助剂更有利于C–C键活化,而Nb2O5助剂更有利于高键能的C–H键活化.综上,本文系统性地研究MoO3助剂和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上不同短链烷烃的燃烧反应的影响,证实了两种助剂的促进作用与碳链长度的关系是截然不同的.     

水洗和回烧工艺对高镍三元材料LiNi0.88Co0.07Al0.05O2微观结构及电化学性能的影响

以镍钴氢氧化物、异丙醇铝为原料,采用水解法合成三元前驱体Ni_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2,再与锂盐混合烧结得到正极材料(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线谱(EDS)和恒电流充放电测试等对样品的晶体结构、微观形貌、元素价态以及电化学性能进行表征。研究表明,料液比1∶25、水洗3次、600℃回烧2 h合成的LiNi_(0.88)Co_(0.07)Al_(0.05)O_2具有较优的综合电化学性能,其在0.2C的放电比容量达207.6 mAh·g~(-1),首次充放电效率为84.8%,1C放电比容量为192.0 mAh·g~(-1),循环100周后,材料的放电比容量仍有148.0 mAh·g~(-1),容量保持率达到77.1%。     

含三苯胺基团的菲咯啉铁(Ⅱ)配合物电致变色材料的合成及性质

以4-甲酰基三苯胺和1,10-菲咯啉-5,6-二酮为原料,经过缩合、甲基化等反应合成了配体N-甲基-2-(4-二苯胺基苯基)咪挫并[4,5-f][1,10]-菲咯啉(TPAPhen),再与Fe~(2+)配位得到配合物[Fe(TPAPhen)_3](BF_4)_2,最后经过电化学聚合在ITO玻璃表面制备了新型电致变色材料poly-Fe(TPAPhen)_3。在外加电压作用下,poly-Fe(TPAPhen)_3聚合物薄膜表现出多种颜色变化和良好的电致变色性能,尤其是在721 nm处的光学对比度高达86%,着色效率高达971 cm2·C~(-1),并且表现出较快的响应速度(着色时间:2.6 s,褪色时间:5.3 s)。     

梯度淋洗离子色谱法同时检测西兰花中6种无机阴离子

构建一种利用梯度淋洗离子色谱技术分析西兰花中Cl^-、Br^-、NO₂^-、NO₃^-、PO₄^3-和SO₄^2-6种无机阴离子含量的方法。梯度淋洗色谱离子体系为DIONEX Ion Pac AS11-HC(4 mm×250 mm)色谱柱,流速1.0 mL/min,抑制器电流80 mA,KOH淋洗液梯度淋洗。6种阴离子线性相关系数0.9995~0.9999,相对标准偏差(RSD)<2.5%,加标回收率95.7%~104%。用于检测西兰花中无机阴离子的方法灵敏度高、回收率高、可以适用于西兰花中6种阴离子精确定量分析。     

近5年化学奥林匹克(初赛)试题的分析及建议

从化学核心素养出发，分析近5年化学奥林匹克（初赛）试题考查的学生知识水平、能力水平、素养水平，并针对培养中学生核心素养的教学实践提出建议。     

MOFs基材料在光催化CO2还原中的应用

系统总结了金属有机框架(MOFs)基材料在光催化还原CO₂中的最新研究进展, 其中包括MOFs直接作为光催化剂和作为复合光催化2个主要部分, 讨论了MOFs基光催化剂在催化还原CO₂方面展现出的独特优势, 并对MOFs基光催化剂的结构稳定性与CO₂转化效率等问题进行讨论与分析, 对未来发展趋势进行了展望.     

Bi4B2O9晶体及其熔体结构的高温原位拉曼光谱研究

利用密度泛函理论计算了Bi₄B₂O₉晶体的常温拉曼光谱, 并通过与实验拉曼光谱对比, 对其振动模式进行了归属. 利用高温原位拉曼光谱研究了Bi₄B₂O₉从常温到750 ℃升温过程中微结构的变化. 随着温度的升高, 晶体的平均键长变长, 键角分布变宽, 熔化后晶体中的BiO₄和BiO₅多面体解体, BO₃构型则保持三配位不变. 运用量子化学从头算法模拟了Bi₄B₂O₉的熔体结构并与实验拉曼光谱进行了对比分析, 发现在Bi₄B₂O₉熔体中B原子团簇为孤立的BO₃构型, Bi ³⁺游离于BO₃之间, 并结合未参与形成BO₃的O原子起到平衡电荷的作用.