CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料,如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源,它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中,非金属原子X(X=H,O,N,S,P,Si,F,Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄,CO₂,H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中,H和Cl对CH₄的作用较大; N、O、F、Cl对CO₂的作用较强; N,Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说,吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此,在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附,进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情,并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

CH4, CO2和H2O在非金属原子修饰石墨烯表面的吸附

煤层气(矿井瓦斯)是一种有望替代传统化石燃料，如煤、石油和天然气的非常规气体. 作为可得的清洁能源，它的利用被认为是节能和经济的选择. 在本工作中，非金属原子X(X=H，O，N，S，P，Si，F，Cl)修饰的石墨烯(Gr)被用来代表具有结构异性的煤表面模型. 通过密度泛函理论系统地研究了煤层气组分Y(Y=CH₄，CO₂，H₂O)在非金属原子修饰石墨烯上的吸附作用. 结果表明Y在非金属原子修饰石墨烯上的吸附均为物理吸附. 态密度和差分电荷密度共同表明了这种弱的相互作用.其中，H和Cl对CH₄的作用较大； N、O、F、Cl对CO₂的作用较强； N，Cl对H₂O的影响不容忽视. 总的来说，吸附能大小依次为：H₂O>CO₂>CH₄. 因此，在CH₄富集的煤层里注入H₂O或CO₂可以与CH₄形成竞争吸附，进而提高煤层气采收率. 本工作提供了在分子水平下煤层气与非金属原子修饰石墨烯之间的相互作用的详情，并为煤层瓦斯的开采与分离提供了有用的信息.     

非金属催化剂在催化环氧化物和CO2合成环状碳酸酯中的研究进展

随着科学技术的进步和工业化的发展,大量化石燃料被消耗,大气中二氧化碳浓度急剧增加,导致温室效应加剧,严重威胁到人类的生存和发展。基于可持续发展的思想,利用储量丰富且廉价的二氧化碳作为 C1资源替代有毒的气体(如一氧化碳和光气等)制备具有广泛应用的环状碳酸酯,不仅满足“绿色化学”的要求,而且符合“原子经济性”的原则。迄今为止,大量用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂,包括均相催化剂(如金属卤化物、有机碱、离子液体和金属配合物),多相催化剂(如金属氧化物、负载型催化剂、有机聚合物、金属有机框架材料和碳材料等)被报道。其中金属催化剂占主导地位,大多表现出优异的催化活性。然而,目前可供开采的金属矿越来越少,大多数金属的回收再利用率较低,重金属污染日趋严重。因此,开发新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义。
　　本文主要介绍了近3年以来用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的非金属催化剂,主要包括有机碱、离子液体、固载型催化剂、有机聚合物和碳材料等。概括了不同种类催化剂的设计思想及其催化反应机理,重点阐述了分子内以及分子间各种功能基团的协同作用对环加成反应的影响。通过比较发现,具有“C–N=C”结构的有机碱活性相对较高,氢键给体和亲核物质都能与有机碱协同作用提高其催化活性;传统离子液体的活性一般不理想,氢键给体如羟基和羧基的引入有利于促进环加成反应,且多阳离子和多氢键给体功能化的离子液体表现出更高的催化活性;负载型催化剂中,载体和活性组分之间的协同作用有利于加速环加成反应的进行,多种功能基团负载和以共价键方式多层固载能更好地提高催化剂稳定性和催化活性;利用非烯烃化合物制得的活性组分位于主链的多孔有机聚合物,催化活性和稳定性大多高于活性组分位于侧链的烯烃聚合物;碳材料催化剂中,引入不饱和的 N物种(如伯胺和吡啶氮),有利于 CO2的吸附和活化,能促进环加成反应。此外,利用密度泛函的方法,计算模拟催化反应过程,能更好地揭示反应机理,并为设计和制备高效的催化剂提供理论指导。
　　该领域目前面临的重要挑战是研发可以同时实现二氧化碳捕获和转化的新型、环保和高效非金属催化剂,终极目标是利用多孔催化材料在常温和常压下直接捕获工业废气中的二氧化碳,并利用捕获的二氧化碳实现环状碳酸酯的连续生产。基于协同催化的设计思想,利用多种基团功能化的策略合成高效吸附和活化二氧化碳以及开环活化环氧化物的非金属催化剂,有望实现上述目标。     

基于石墨烯基材料的非金属液相催化反应

非金属碳基催化剂因其具有合成简单、结构稳定、比表面积大、可调控性强等特点受到了研究者的关注,已成为最活跃的研究领域之一。以二维、单原子层、六方结构的碳为基础的石墨烯和其高度氧化形态——氧化石墨烯是一类新兴的碳基材料。这类材料在催化领域的应用在近五年内才刚刚兴起。此类材料可用于烃类转化、有机化学合成、能源转化等多种催化反应,本文主要综述了采用化学氧化还原法制备的石墨烯和氧化石墨材料为催化剂的各类催化反应的最新研究进展。     

REMEDIATION OF POLLUTED SOILS BY UTILIZING HYDROTHERMALLY TREATED CALCAREOUS FLY ASHES

This paper investigates a treated fly ash to act as a synthetic zeolite to remediate soils polluted with heavy metals and metalloids （As, Pb, Cu, Zn, Fe, Cd and Mn）. Four types of such ＇zeolites＇ were synthesized by hydrothermal treatment of a calcareous fly ash derived from Greek lignite-fired power plants： two with excess of sodium hydroxide in a solid/liquid ratio of 50 g·L^-1, and two with excess of fly ash in a solid/liquid ratio of 100g·L^-1. Soil samples were obtained from a former mining site at Lavrion, Greece. Mobilization and transfer of metals to the retention agents was effected by using HCI aq 1M, with satisfactory results with respect to As, Pb, Cu, Mn and Cd. The great variety of metal complexes in soil was found to be of major importance for the effectiveness of the overall process. The final products were solidified either on their own, or by using additives such as lime and cement.     

氦热力学性质的分子动力学研究

利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学,研究了氦在高压下的熔化曲线、状态方程和非金属-金属转变。得到了氦在温度小于4.5 eV、 密度0.3~5.0 g/cm3范围内的状态方程,并把氦的熔化曲线的压强范围拓展到了50 GPa。氦的能隙宽度曲线表明,温度大大降低了氦的金属化密度。     

非金属掺杂改性g-C3N4光催化降解水中有机污染物的研究进展

近年来,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以其合适的带隙宽度、丰富的活性位点和成本低廉等优点,成为新兴的可见光响应非金属光催化剂,被广泛应用于光催化降解有机污染物领域。然而,纯g-C₃N₄对可见光的吸收效率较低且光生电子和空穴复合速率快,导致其光催化活性处于较低水平。基于g-C₃N₄的非金属特性,通过非金属掺杂可以有效提高g-C₃N₄的光催化性能,引起了学者们的广泛关注。本文介绍了目前非金属掺杂g-C₃N₄复合材料常见的制备方法,着重归纳了不同类型的非金属掺杂g-C₃N₄光催化降解水中有机污染物的相关研究进展,探讨其作为光催化剂在可见光条件下降解有机污染物的相关机理。最后,提出目前g-C₃N₄基复合材料在光催化降解水中有机污染物中所面临的挑战,旨在为非金属掺杂g-C₃...     

LECO600系列气体分析仪新技术的应用

通过对美国LECO公司400和600系列气体分析仪的研究对比，探讨了600系列仪器新技术的运用和改进。而从中也反映了当代分析仪器发展的总趋势。对气体分析仪器的使用者而言也起了推动深入研究其扩大应用和提高对仪器的维护保养水平的作用。     

绿色非金属氰源合成芳基腈的研究进展

芳基腈不仅广泛存在于许多天然产物、药物分子和功能材料中,还是合成其他精细化学品的关键中间体。传统合成高官能团化芳基腈的方法主要依赖于使用高毒性的第一、二代亲核性氰基源的偶联反应,存在安全性差、污染高和效率低等问题。针对以上问题,研究者们主要从氰基源的选用和过程强化两方面入手。通过选择更加绿色环保的第三代氰基源,发展了许多条件温和、选择性高的新颖偶联反应策略,为含不同取代基芳基腈的高效合成提供了更多选择;此外,高通量筛选、微波、光或电化学合成等反应过程强化技术的出现,为快速实现高效绿色芳基腈的合成提供了新动力。本文重点阐述了利用第三代氰基源在合成芳基腈领域的条件优化和过程强化方面的最新研究进展。在此基础上,对该领域未来的主要研究方向进行了展望。