压缩CO2中Co-N-C催化3-硝基苯乙烯选择性加氢反应动力学及相行为

对于苯环上含有各种可还原基团(如–C=C,–CN,–C≡C)的硝基芳烃,通过选择性加氢来制备芳香胺类化合物依然充满挑战.负载型纳米催化剂通常存在过度加氢的缺陷,虽然通过覆盖部分金属位点等方法可改善其选择性,但多是以牺牲催化活性为代价.得益于较高的原子利用率以及孤立的活性位结构,单原子催化剂在硝基芳烃选择性加氢反应中崭露头角.例如Pt1/FeOx单原子催化剂在3-硝基苯乙烯加氢反应中对目标产物的选择性高于99％,且转化频率(TOF)是Pt纳米催化剂的20倍以上.然而,已报道的单原子催化体系中,活性组分多为Pt族贵金属,且以有机溶剂为反应介质,不符合绿色化学理念.本文以环境友好型溶剂——压缩CO2为反应介质,以氮掺杂碳负载非贵金属Co单原子(Co-N-C)为催化剂,实现了3-硝基苯乙烯的选择性加氢,且反应体系中无任何有机溶剂和助剂.在温和(60 oC,3 MPa H2(RT),总压8.1 MPa)的反应条件下,3-硝基苯乙烯可完全转化,目标产物3-乙烯基苯胺的选择性达到>99％,且产物可通过简单卸压直接分离.Co-N-C单原子催化剂表现出较高的稳定性,循环使用4次以后活性并无明显降低.HAADF-STEM表征发现反应后的催化剂中,Co仍然呈单原子分散.研究发现,通过改变CO2压力(即CO2相行为)可调变H2在其中的溶解度以及在加氢反应中的反应级数,进而调变反应速率.通常认为,催化活性会随CO2压力增大呈线性增加,而本文中转化率却随CO2压力增加呈现"倒V型"曲线关系,即当体系总压为8.1 MPa(PCO2=5.0 MPa)时,转化率达到最大值(100％),而升高或降低CO2压力均会显著降低催化活性.为解释"倒V型"曲线的成因,通过含可视窗的高压釜研究了3-硝基苯乙烯/CO2/H2三元体系的相行为.发现当总压为13.4 MPa时,体系为均匀的一相(即3-硝基苯乙烯完全溶解在CO2中);而当总压为8.1 MPa时,却形成了气-液两相.用激光笔照射高压釜上部的气相时,出现了明显的丁达尔现象,说明其中溶解有少量的3-硝基苯乙烯,呈胶体分散;底部为CO2膨胀的3-硝基苯乙烯液相,且该膨胀行为通过硝基苯-CO2二元相行为研究得到证实(即在一定CO2压力下,6 mL硝基苯可被CO2膨胀至充满整个高压釜(容积为29.3 mL)).动力学研究发现,在不含CO2以及总压为11.2 MPa时,H2的反应级数为～0.5;而当总压为8.1 MPa(CO2压力为5.0 MPa)时,H2的级数降为0,说明该压力下H2的溶解度显著增加.通过Peng-Robinson方程计算了不同CO2压力下H2的溶解度,发现H2溶解度与CO2压力也呈"倒V型"曲线关系,且最高点对应的CO2压力与上述转化率-PCO2曲线一致.因此,当总压为8.1 MPa,CO2分压为5.0 MPa时形成了CO2膨胀的3-硝基苯乙烯液体,溶解入该膨胀液体的CO2促进了H2的溶解,进而使H2的反应级数降为0,从而促进了加氢反应的进行.综上,本文以压缩CO2为溶剂,以非贵金属基Co-N-C为催化剂,发展了一种3-硝基苯乙烯绿色选择性加氢途径.同时发现,改变CO2压力可调变反应体系的相行为及反应动力学行为,进而调变催化性能.该研究结果可为调变压缩CO2介质中进行的其它催化转化反应性能提供借鉴.     

柠檬酸辅助可控制备花状银粒子及其表面增强拉曼散射性能

以抗坏血酸为还原剂,柠檬酸为结构导向剂,一步还原硝酸银,合成了尺寸和形状可调的花状银颗粒。纳米粒子的粒径可在600～1 200 nm范围内调整,表面突起可达到10～25 nm。柠檬酸的化学性质在银纳米粒子合成多级花状银结构的过程中起着至关重要的作用。通过改变柠檬酸或抗坏血酸溶液的用量,银结构的各向异性形貌可以很容易地调节。以制备的多级花状银颗粒作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,对浓度为10~(-10)mol·L~(-1)的罗丹明6G(R6G)仍具有较高的检测灵敏度。     

作为表面增强拉曼光谱基底的高度均匀Au纳米棒的构筑及对福美双的检测

采用种子生长法制备Au纳米棒(GNRs),随后进行组装和煅烧得到单层致密堆积的GNRs薄膜。在煅烧过程中,组装所需有机物在煅烧过程中分解,从而使得GNRs表面具有较高的清洁度。研究中发现,煅烧前后金纳米棒表面的间隙进一步提高,增强了其SERS(表面增强拉曼光谱)活性。为了研究其SERS活性,选择了2种探针分子以研究其灵敏度和均匀性,发现其具有较高的灵敏度和高的信号稳定性。随后将所制备的SERS基底成功用于检测超低浓度的农药分子。     

石墨烯能带中的重叠矩阵效应:Tight-Binding方法在模拟中的研究

采用紧束缚方法计算了石墨烯的价带(π)和导带(π*),考虑了非正交基矢下重叠矩阵效应,重叠积分参量s越小,导带越靠近费米面,而价带越远离费米面.在重叠积分参量s≤0.1时,基本保持了原子在实际空间中重叠所引起的能带的改变,太大(s=0.4)则会导致物理上失效.计算了石墨烯的能态密度,在费米面ε=0处(对应Dirac点)的能态密度为零,并且在Dirac点附近呈线性变化.     

Structural transition behavior of ZnS nanotetrapods under high pressure

ZnS nanotetrapods synthesized via a solvothermal route have a octahedral core with a zincblende (ZB) structure and four hexprism-shaped arms consisting of alternately stacking ZB and wurtzite (WZ) phases, where the WZ phase has a higher volume percentage. In situ angular-dispersive X-ray diffraction (ADXRD) measurements were carried out to study the structural behavior of ZnS nanotetrapods under high pressure up to 41.3?GPa. The initial WZ structure exhibits a very high mechanical stability to ～11.3?GPa. Both the WZ and ZB structures transform to the rocksalt (RS) structure at ～15.4?GPa. The bulk moduli of the WZ (148.2?±?8.9?GPa) and RS (165.6?±?9.9?GPa) phases are both larger than the previously reported values. These phenomena are discussed based on the alternating epitaxial growth of the WZ and ZB phases in the arms of nanotetrapods. Our study suggests that the internal structure of nanomaterials could also greatly affect their stability and transition behavior.     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.     

低As压退火对GaAs(001)表面形貌与重构的影响

在低As压条件下退火处理原子级平坦的GaAs(001) βup 2(2×4)重构表面. 利用扫描隧道显微镜对表面进行研究, 发现随着低As压退火时间的延长, 表面形貌与表面重构的演变同步进行. 表面形貌经历了从有序平坦转变为无序平坦, 然后逐渐恢复到有序平坦状态的过程. 表面重构则由βup 2(2×4)重构逐渐转变为(2×6)重构, 然后再转变为锯齿状的(2×6)重构, 并且表面形貌与表面重构的演变存在一定的相互关系.     

O(1D)和CD4反应的准经典轨线

在新的全域势能面上, 用准经典轨线方法细致地研究了O(¹D)+CD₄多通道化学反应的动力学．这个势能面是用交换不变多项式方法基于MRC+Q/aug-cc-pVTZ从头算点拟合得到的．通过计算得到了产物OD+CD₃、D+CD₂OD/CD₃O和D₂+DCOD/D₂CO的分支比、平动能分布以及角度分布,结果显示理论与实验吻合得较好, 从而说明了这个反应的同位素取代效应很小． 研究表明,O(¹D)+CD₄反应是经过陷入的抽取机理发生的： 最初主要通过D原子的抽取,并不是之前人们认为的直接C-D键的插入形成CD3OD中间物后再进而解离成各个产物通道．     

基于非同步替代光谱定标的地表下垫面影响分析

对760nm附近的氧气吸收带,选用植被、枯萎植被、人工地物、沙地和雪地五种典型地表类型,基于模拟数据进行非同步替代光谱定标方法的误差分析,比较不同地表类型得到的光谱定标准确度,为高光谱成像仪的非同步替代光谱定标提供定标图像选择策略.结果表明:运用两种光谱匹配方法——光谱角度匹配和欧氏距离法得到的定标误差基本一致;730~800nm的地表反射率曲线标准差在0.05nm以内时,定标误差集中在±0.5nm范围内;人工地物类型中个别地物如橄榄绿光泽涂料和植被大面积覆盖的图像数据不适合用于非同步替代光谱定标.     

利用时域有限差分法模拟金纳米球及球壳的光学特性

利用时域有限差分方法研究了金纳米球、金纳米球壳及多层球壳的消光特性及电场分布.结果表明:金纳米颗粒的几何参量对消光峰的位置有显著影响.随着SiO2核心半径的增大,金纳米壳的消光峰显著红移.随着金核心半径的增大,gold-silica-gold多层球壳消光谱的低能峰显著红移,而高能峰微弱蓝移.