钯铜纳米电催化剂的制备方法及应用

贵金属钯(Pd)基纳米材料是一类具有优异催化活性的电催化材料,其中钯-铜(Pd-Cu)二元材料由于具有低成本和高活性的优点,近年来备受瞩目。铜(Cu)的引入不但降低了Pd的用量,还带来了诸如配体效应、应力效应、聚集体效应等协同作用,这为优化材料的电催化性能带来了多种切入角度。特殊形貌及结构的构建可以使催化剂暴露更多的活性位点,增大电化学活性表面积,提高电催化性能。此外,对Pd-Cu组分的调整或构建复合结构可以实现对d带中心的调控,从而优化电极界面吸附能,最终实现增强活性和改善稳定性的目的。本文总结了具有球形、多面体、核壳、多孔、枝晶状以及单原子等结构的Pd-Cu二元材料的制备方法,并概述了它们在有机小分子(甲醇、乙醇、甲酸等)电氧化、无机小分子(氧、二氧化碳、氮、水等)电还原以及化学镀铜上的应用。最后展望了Pd-Cu电催化剂的发展前景。     

CeO2-ZrO2复合氧化物的制备及协同抛光性能

Sub-micrometer ultra fine CeO₂-ZrO₂ mixed oxides have been prepared by milling solid cerium carbonate and zirconium oxy-chloride with ammonia and followed by filtering, drying and calcining procedures. The effects of Ce/Zr molar ratio, milling time and calcining temperature on the phase composition, particle size and morphology, surface charge, as well as the polishing property were investigated. The results show that the mixed oxide calcined at 1 000 ℃ is composed of cubic ceria doped with zirconium and tetragonal zirconia doped with cerium, and the phase composition varies with calcination temperature and the Ce/Zr molar ratio. The monoclinic zirconia is observed when decreasing calcination temperature and shortening milling time, demonstrating that milling and calcining can force the phase transformation from monoclinic zirconia to cerium stabilized tetragonal zirconia and zirconium doped cubic ceria solid solutions. The removal rate for the optical glass polishing varies with Ce/Zr molar ratio. A synergetic polishing effect is found when Ce/Zr molar ratio below 4, and the optimal Ce/Zr molar ratio is 1∶1. At the same time, the cubic ceria content, density, particle size and surface charge all increase when calcination temperature increasing from 800 ℃ to 1 100 ℃. However, the particle morphology changes from disperse quasi-sphere to irregular aggregation and the maximal removal rate for optical glass polishing lies at 1 000 ℃.These facts show that the polishing property of the synthesized ceria-zirconia mixed oxide is affected by the particle physical characteristics comprehensively.     

多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒基因载体的研制及应用

以可溶性淀粉为原料, 利用反向微乳液法, 加入交联剂三氯氧磷, 制备了直径为50 nm左右带负电荷的交联淀粉纳米颗粒. 以该纳米颗粒为内核, 经多聚赖氨酸修饰, 得到了多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒(PLL-StNP). 对PLL-StNP进行了颗粒粒度、稳定性和电性的表征, 并通过颗粒的体外细胞毒性检测、颗粒与DNA结合能力及细胞转染等方面的分析, 发现多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒(PLL-StNP)有可能作为基因载体, 在此基础上发展了多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒基因载体的构建与基因转染技术. 作为非病毒基因载体, 赖氨酸淀粉纳米颗粒具有基因装载量大、转染率高、细胞毒性低以及可生物降解等优点.     

吲哚类菁染料Cy3嵌入的核壳荧光纳米颗粒的制备及其性质研究

以蛋白质或多肽修饰的吲哚类菁染料Cy3为内核, 采用实验条件简单的油包水反相微乳液方法成核, 通过正硅酸乙酯水解形成的网状二氧化硅包壳的方法制备吲哚类菁染料Cy3嵌入的核壳荧光纳米颗粒. 考察了以不同等电点的蛋白质和多肽修饰的Cy3为内核材料对吲哚类菁染料Cy3嵌入的核壳荧光纳米颗粒制备的影响. 结果表明, 分别采用人免疫球蛋白(IgG)或多聚赖氨酸修饰的Cy3为内核材料, 都能制备荧光强度高、荧光稳定性强和染料泄漏极少的Cy3嵌入的核壳荧光纳米颗粒. 进一步对Cy3嵌入的核壳荧光纳米颗粒进行了表征, 并将基于这一新型的荧光纳米颗粒建立起来的生物标记方法初步应用于流感病毒DNA的检测, 其检测线性范围为3.18×10-10～1.27×10-9 mol/L, 检测下限为3.51×10-10 mol/L, 相关系数r为0.986 5.     

近红外光驱动的UCNPs/ZnxCd1-xS纳米复合结构的化学合成并用于光化学还原六价铬

近红外光约占入射太阳能的 44% 以上, 为实现太阳能量的最大化利用, 近红外光 (NIR) 驱动的光催化技术成为科学研究的热点. 由于上转换荧光纳米材料 (UCNPs) 是优良的红外能量转换器, 合金半导体 ZnxCd1-xS 具有较好的化学稳定性以及生物相容性, 本文发展了一种简易的水热法, 将 UCNPs 和 ZnxCd1-xS 合金结合, 成功构建了 NIR 与可见光响应的核壳纳米结构. 由于这两种材料的晶格失配度较高, 很难直接外延生长, 我们通过引入非晶 TiO2将形成的催化剂纳米颗粒ZnxCd1-xS 紧紧束缚在 UCNPs 外面形成蛋黄-蛋壳结构, 在 NIR 光照下获得了较高的能量转换效率.首先, 在 UCNPs 外面外延生长一层 AA-Zn[(OH)4]2–复合物, 形成 UCNPs@AA-Zn[(OH)4]2–复合纳米结构, 然后在其核壳结构外面外延生长薄层的非晶 TiO2, 以稳定后续要制备的合金半导体 ZnxCd1-xS; 在水热条件下, UCNPs@AA-Zn[(OH)4]2–/TiO2与醋酸镉和硫脲反应, 形成 UCNPs@ZnxCd1-xS/TiO2复合材料. 在此, 我们选择β-NaYF4:Yb(30%),Tm(0.5%)@NaYF4:Yb(20%),Er(2%) 作为 NIR 的能量转换器. 样品的形貌、物相及化学组成分别采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射和原子吸收光谱法进行表征.研究表明, 我们成功制备了具有蛋黄-蛋壳结构的 UCNPs@ZnxCd1-xS/TiO2纳米颗粒. 此外, 非晶态 TiO2将 UCNPs 与ZnxCd1-xS 紧密结合, 对最终样品 UCNPs@ZnxCd1-xS 核壳纳米粒子的形成起到重要作用. 而且, 合金 ZnxCd1-xS 的化学组成可通过调整镉源和锌源的用量进行调节. 所制备的 UCNPs@ZnxCd1-xS 核壳纳米粒子在 NIR 光线或模拟太阳光照射下显示出高效的光化学还原 Cr(VI) 性能. 溶液中 70% 以上的 Cr(VI) 在 NIR 光照射 30 min 后被还原为 Cr(III). 本研究将为环境污水处理和太阳能利用提供一种可供选择的策略, 且所制的复合纳米结构在肿瘤治疗、药物释放和能量转换等领域也有着潜在的应用价值.     

基于医用纱布负载的二氧化锰纳米颗粒用于亚甲蓝染料的去除

以医用纱布(medical gauze,MG)同时作为模板和还原剂,通过原位氧化还原反应,简便地制备了MG负载的MnO₂纳米颗粒(MnO₂ NPs/MG),并对其形貌、成分进行表征。结果表明,MnO₂ NPs均匀地分散于MG纤维表面。结合MnO₂纳米材料的吸附性能和MG复合材料的操作便捷性,将MnO₂ NPs/MG进一步应用于亚甲蓝染料的去除。结果表明,在中性条件下,通过简单的浸泡搅拌,MnO₂ NPs/MG对亚甲蓝的去除率可达85.09%,并且可以通过增大吸附材料用量与染料初始浓度的比例提高去除率。等温吸附和动力学研究证明,MnO₂ NPs/MG对亚甲蓝的吸附符合Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学模型。     

镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂的制备及其在醇胺一步合成亚胺反应中的应用

以共沉淀法制备的Pd2+掺杂水滑石为前驱体,通过焙烧、还原得到了镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),场发射透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂进行表征,发现通过Pd2+掺杂水滑石为前驱体制备的复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂,可以实现Pd纳米颗粒(3.6 nm)在镁铝复合氧化物表面的均匀分散.该催化剂在催化苯甲醇和苯胺一步法合成N-苄叉苯胺时,在温和的反应条件下表现出良好的催化性能以及对N-苄叉苯胺较高的选择性,产物收率99%.在循环实验过程中,催化剂表现出较好的稳定性,并且催化活性未见下降.     

含超微氧化亚钴颗粒Beta分子筛的合成及其催化乙苯氧化性能

杂原子分子筛是指在硅铝分子筛或磷铝酸盐分子筛中含有骨架内或骨架外某种原子或其化合物的分子筛.这些杂原子可以是某些主族元素(如硼、锗、镓)或有变价特性的过渡金属元素(如钛、铁、钴、镍)等.将杂原子或其化合物通过浸渍、离子交换、水热晶化等方式引入沸石分子筛骨架中形成杂原子分子筛,往往可以改变沸石分子筛的骨架结构和理化性能,并赋予沸石分子筛新的催化反应性能.自1983年钛硅分子筛TS-1被发现能够高效催化烯烃环氧化以来,许多杂原子分子筛因其在催化烷烃类及芳烃类氧化、醛酮选择氧化及烯烃类环氧化等领域表现出的优良性能得到了广泛关注.目前,合成含不同杂原子的分子筛已成为分子筛材料开发的一个重要内容.分子筛的微孔孔道结构赋予了被引入其中作为催化中心的杂原子对反应物/产物分子独特的择形选择性;同时,分子筛骨架与杂原子之间往往存在化学键或空间限域作用,使得杂原子在高温高压等反应条件下依然保持高度的分散性,避免由于团聚导致活性降低.钴离子及含钴化合物在烷烃及芳烃类催化氧化反应中表现出很好的活性,能够利用分子氧实现对高碳烷烃及烷基苯的催化氧化.将钴离子及其化合物引入具有合适孔道结构的分子筛,可以提高催化反应的选择性.目前将对含钴分子筛的合成研究主要有后处理法及直接水热法.后处理法包括负载法及离子交换法,用于制备含有钴物种的硅铝分子筛;而直接水热法主要用于制备含有骨架钴的磷酸铝分子筛.目前为止,使用水热法合成含钴的分子筛材料的合成及其催化应用至今鲜有研究报导.这主要是由于传统的分子筛合成体系的高碱性环境会导致钴盐的沉淀,导致其无法被引入分子筛.我们通过优化合成条件,利用含氟体系直接水热法将钴引入Beta分子筛,得到含超微氧化亚钴团簇的Beta沸石分子筛.通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱、透射电子显微镜及H2程序升温还原等表征手段对合成样品的物理化学性质进行了研究,并与使用浸渍、离子交换得到的含钴Beta沸石及水热合成得到的含钴AlPO-5分子筛的相关性质进行了对比.合成得到的含钴分子筛材料中,钴物种以亚纳米尺度的氧化亚钴颗粒形式存在.我们使用分子氧作为氧源,考察了该含超微氧化亚钴的Beta沸石作为催化剂催化乙苯氧化反应的活性.与浸渍、离子交换制得钴硅分子筛及含有骨架钴的磷酸铝分子筛材料相比,含超微氧化亚钴的Beta分子筛表现出更高的催化活性及对苯乙酮/醛的选择性.     

胺功能化的拟薄水铝石纳米颗粒负载的Mn-V复合物：高效的烯烃环氧化催化剂

将具有高比表面积和表面高度羟基化的拟薄水铝石纳米颗粒与3-(3甲氧基硅烷)-正丙胺进行共价结合而官能团化,再用于负载硫酸氧钒和六羰基钼络合物。所得样品采用红外光谱、粉末X射线衍射、热重-差热分析、X射线光电子能谱、元素分析、电感耦合等离子体和透射电镜等技术进行了表征,并用于顺-环辛烯的环氧化反应中,优化了诸如溶剂和氧化剂等反应条件。反应过程采用气-液色谱进行监测。重复使用实验表明,该纳米催化剂可重复使用多次,并保持顺-环辛烯接近完全环氧化。所得到的优化反应条件也成功用于其它的取代烯烃的环氧化反应中。     

水分与微颗粒坛紫菜生产工艺的研究

生产微颗粒坛紫菜的物料随着粗粉碎、细粉碎、超微粉碎的加工进程，粒径逐渐缩小，水分含量降低．紫菜经过粗粉碎后，含水量为7．26％～7．90％，粒径为3～15mm，平均7．40mm；细粉碎后的含水量为3．99％±0．26％，粒径为61～245μm，主要为100～125μm，平均为108．4μm；超微粉碎后的含水量为3．42％，粒径为0．020～20μm，平均4．57μm．物料的水分含量与加工的效率呈负相关，物料预脱水，能提高生产效率；单位重量的微颗粒、超微颗粒紫菜的体积比初级物料缩小3～8倍，能减轻仓储与运输成本．