微量Co修饰的碳载超细Pt纳米粒子的制备及其在燃料电池氧还原催化中的应用

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有清洁、高效等优点,是一种理想的汽车动力电源.然而,由于其阴极氧还原反应(ORR)速率缓慢,需要使用大量的Pt基催化剂,导致燃料电池成本居高不下,严重制约了PEMFC的商业化发展.将Pt与过渡金属Fe, Co, Ni等形成合金,对表面Pt原子的几何结构和电子结构进行调变,可以有效提高催化剂的活性,实现Pt用量和燃料电池成本的降低.但是目前合金催化剂多采用溶剂热、浸渍-高温退火等制备方法,使用有毒有害试剂和难清洗的表面活性剂,且过程复杂、能耗高,不利于大规模化生产.此外,合金中过渡金属占比高,在燃料电池工况下,大量过渡金属溶解,加速了膜的降解,导致实际PEMFC性能的降低.对此,我们探索了一种简便有效的方法制备高活性、高稳定性的碳载Pt-Co催化剂.在没有添加表面活性剂的情况下,采用硼氢化钠辅助乙二醇还原法合成了具有超小尺寸和均匀分布的Pt-Co纳米颗粒,后续酸刻蚀处理去除不稳定的Co原子,重组双金属纳米颗粒的表面结构形成富Pt壳层,进一步提高了催化剂的活性和稳定性.通过电感耦合等离子体、X射线粉末衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、高角环形暗场-扫描透射-元素分布及光电子能谱等物理表征证实了微量Co改性的碳载超细铂合金纳米颗粒的组成和结构.进一步对催化剂进行旋转圆盘电极和单电池测试,结果表明, Pt_(36)Co/C具有明显高于商业化Pt/C的有效电化学活性面积和电池性能.此外,加速衰减测试和衰减前后的电镜图片表明, Pt_(36)Co/C催化剂的稳定性相较于Pt/C亦有所增强.分析Pt-Co/C催化性能提高的原因,主要归于以下三点:(1)催化剂纳米颗粒在载体上分布均匀,且具有超小的粒径尺寸,提供了大量的三相反应界面位点;(2)双金属配体和电子效应的协同作用,降低了氧化物质在催化表面的吸附能力,加速了ORR的电催化动力学;(3)酸蚀刻导致的不稳定Co的溶解及催化剂表面结构的重排,形成了富Pt壳层结构,有利于提高催化剂的稳定性.这种简单有效的合金制备方法可以在电催化领域推广使用.     

CuOχ-CaCO3催化剂高效催化生物质乙酰丙酸甲酯制备γ-戊内酯

γ-戊内酯(GVL)在燃料和化学品上有着巨大的潜在利用价值,如何从生物质木质纤维素出发经济地制备GVL广受关注.目前已有大量的研究致力于利用不同氢源从乙酰丙酸及其酯类催化加氢制备GVL的催化体系.过去的数年里,外加氢气条件下的乙酰丙酸及其酯类加氢制备GVL已经得到了广泛的研究.考虑到液体醇使用和管理相比于氢气更为安全便捷,而且醇类如甲醇、乙醇都是可以从生物质制备的绿色环保的溶剂,利用醇类通过Meerwein-Ponndorf-Verley(MPV)还原作为生物质催化加氢过程中的的溶剂和氢供体已经引起了人们的浓厚兴趣.在脂肪醇中,甲醇的还原势能最高,在MPV还原里的效果不如其他醇,但可以通过甲醇重整制氢的方式来供氢.此外,乙酰丙酸甲酯(ML)可以通过甲醇中酸催化醇解碳水化合物制得,因此可以尝试将碳水化合物醇解制备ML;甲醇重整制氢以及ML加氢结合起来,从而省去繁琐且能耗较大的ML分离步骤.腐殖质的存在和固体催化剂在甲醇中的稳定性是上述两步法策略的最大挑战.本文通过草酸凝胶共沉淀法首次制备了(n)CuO_x-CaCO_3(n为Cu/Ca摩尔比)双功能催化剂,用于以甲醇为原位氢源,从生物质ML一锅制备GVL反应中.经筛选,(3/2)CuO_x-CaCO_3催化制备GVL的得率高达95.6%.利用各种表征手段分析了催化剂使用前后的组成和结构变化.结果显示,新制的CuO_x-CaCO_3催化剂中即可检测到Cu+的存在,且在使用过程中CaCO_3可以有效阻止二价铜在氢气氛围下被完全还原成单质铜.对于该体系中的ML加氢,亚铜有着比单质铜更佳的催化性能.循环实验表明,(3/2)CuO_x-CaCO_3至少可以连续稳定使用8次,其催化活性没有明显损失.此外,在纤维素醇解产物中存在腐殖质的情况下,(3/2)CuO_x-CaCO_3催化剂仍能够有效催化纤维素醇解得到的ML加氢制备GVL.因此可以利用这个高效廉价的催化剂开发一种便捷的一锅两步法从木质纤维素生物质制备GVL,即将酸催化的纤维素醇解、甲醇重整、ML在甲醇溶剂中加氢三者整合起来.     

基于Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测研究

环二腺苷酸(c-di-AMP)是原核细胞中普遍存在的第二信使, 不仅能够有效调控细胞生长、离子转运、细胞壁代谢平衡等多种生理过程, 还能引发I型干扰素应答, 激发机体天然免疫反应. 本实验使用单个气单胞菌溶素(Aerolysin)纳米孔道蛋白构建的单分子界面, 对c-di-AMP进行单分子测量研究. 为提高Aerolysin纳米孔对带负电小分子化合物的测量灵敏度, 本实验利用LiCl为支持电解质, 有效屏蔽Aerolysin孔口表面负电荷, 减小c-di-AMP与Aerolysin纳米孔之间的静电排斥, 从而显著增强了Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测能力. 实验结果显示, 在90 mV电压下, 每分钟在LiCl中获得的有效穿孔事件的数量最高可达同条件KCl支持电解质的30倍, 且有效穿孔事件占总体事件的比例在不同电压下提升了7~11倍. 进一步表明, 使用LiCl支持电解质, 可有效增强Aerolysin孔道对带负电小分子化合物的测量灵敏度. 因此, 本研究实现了Aerolysin纳米孔道对单个环二核苷酸的高灵敏免标记检测, 有望为单分子水平上阐明新型免疫干扰机制提供新的分析方法.     

"我"——"三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体"的生长及影响因素

This article tries to personify potassium ferrioxalate crystal as "I" to describe the formation process and the factors affecting the growth of potassium ferrioxalate crystal. After growing into beautiful green crystals, I dreamed I was participating in the jewelry beauty contest. A serious of wonderful conversations between emerald and I revealed the properties and applications of potassium ferrioxalate crystal. It inspires and guides students to understand the growth of crystals and their properties, and it also stimulates students' interest in studying chemistry.     

固体酸SO42-/SiO2-TiO2催化合成乙酰水杨酸研究

以水杨酸和乙酸酐为原料,用SO■/SiO_2-TiO_2固体酸为催化合成乙酰水杨酸,考察了TiO_2与SiO_2质量比、硫酸浸渍量、浸渍时间、煅烧温度等因素对乙酰水杨酸产率影响,通过红外光谱、扫描电镜和激光粒度仪对催化剂或合成产物进行了表征。得到最佳反应条件:SiO_2:TiO_2质量比为0.4:1、硫酸浸渍量与TiO_2质量比为0.49:1、浸渍时间为26 h、煅烧温度为400℃,该条件下制备的固体酸催化合成乙酰水杨酸产率为65%。该催化剂具有易与反应体系分离,对设备腐蚀性小,可再生等优点。     

甲基膦酸(濒)哪酯分子印迹聚合物的合成与识别特性研究

利用~(31)P{~1H}NMR谱和~1H NMR谱、FT-IR谱等技术手段,研究了化学毒剂梭曼的降解产物(甲基膦酸■哪酯)与甲基丙烯酸、丙烯酰胺功能单体的分子间作用力。通过预组装体系设计,合成了多孔性材料甲基膦酸■哪酯分子印迹聚合物。通过Scatchard模型分析,得到该聚合物对甲基膦酸■哪酯的最大表观结合量Q_(max)为661μg/g(AM为单体),在低吸附量(Q500μg/g)范围内,吸附量对模板浓度的比值与吸附量呈线性相关。通过静态吸附分配实验发现,该聚合物对同系的5种烷基膦酸单烷基酯存在选择性,对结构不同的其他化合物的识别因子显著降低。将该分子印迹聚合物制成固相萃取柱,用于含大量背景干扰的样品中痕量甲基膦酸■哪酯的萃取分离,取得显著效果。该研究为复杂基质中该类化合物的痕量分析鉴定提供了技术手段。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。