阴离子型有机化合物在LDHs上的动力学和热力学研究

考察了水滑石焙烧产物MgAl-LDO吸附3种阴离子染料Acid Red 88(AR88)、Acid Orange 3(AO3)、Acid Violet 90(AV90)过程中的热力学和动力学机理,并在不同温度下探究该吸附过程的热力学参数。实验结果表明:MgAl-LDO对染料阴离子的吸附过程复合Langmuir吸附等温模型,且为自发、放热的过程。3种染料在MgAl-LDO上的吸附过程均符合准二级反应动力学模型,且该吸附过程是由MgAl-LDO与阴离子染料之间的反应速率控制而不是两者之间的扩散作用。计算所得的吉布斯自由能绝对值在7~15 kJ·mol-1,这主要是由染料阴离子与MgAl-LDHs层板的氢键作用产生,结合Materials Studio 5.5软件模拟染料分子在MgAl-LDHs上的排列分布,推测MgAl-LDO对阴离子染料的吸附机理是表面吸附(占优势)与层间插层的协同作用。     

阴离子型有机化合物在LDHs上的动力学和热力学研究

本文考察水滑石焙烧产物MgAl-LDO吸附3种阴离子染料AcidRed88（AR88）、AcidOrange 3（AO3）、AcidViolet90（AV90）过程中的热力学和动力学机理,并在不同温度下探究该吸附过程的热力学参数。实验结果表明：MgAl-LDO对染料阴离子的吸附过程复合Langmuir吸附等温模型,且为自发、放热的过程。3种染料在MgAl-LDO上的吸附过程均符合准二级反应动力学模型,且该吸附过程是由MgAl-LDO与阴离子染料之间的反应速率控制而不是两者之间的扩散作用。计算所得的吉布斯自由能绝对值在7~15kJ·mol^-1,这主要是由染料阴离子与MgAl-LDHs层板的氢键作用产生,结合MaterialsStudio 5.5软件模拟染料分子在MgAl-LDHs上的排列分布,推测MgAl-LDO对阴离子染料的吸附机理是表面吸附（占优势）与层间插层的协同作用。     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。     

3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能

超声分散氧化石墨和聚苯乙烯微球于去离子水形成稳定分散液, 加入氨水和水合肼还原氧化石墨得到包覆石墨烯纳米片的聚苯乙烯微球, 经6 mol·L^-1 KOH碱蚀和甲苯洗脱聚苯乙烯制备3D石墨烯. 将3D石墨烯超声分散于去离子水, 然后分别以硝酸镍、硝酸铝和尿素为镍源、铝源和碱源化合物水热合成3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料. 采用红外、拉曼、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒电流充-放电测试对材料的结构、形貌及电化学性质进行研究. 结果表明, 氧化石墨被还原形成有微孔结构的3D石墨烯. 镍铝双金属氢氧化物纳米片均匀分散在3D石墨烯孔壁. 在1 A·g^-1的电流密度下, 复合材料电极的比电容为1054.8 F·g^-1. 当电流密度增加到8 A·g^-1时, 比电容为628.1 F·g^-1. 循环充-放电1000次后, 比电容仍保持在97%以上, 呈示该复合材料具有优异的电化学性能.     

NiFe双氢纳米粒子有效提高BiVO4光阳极光电化学水分解性能

近年来, 太阳能驱动的光电化学水分解作为一种高效、环保、可持续的技术, 已经引起了广泛的关注. 为了更好地使用光电化学技术将太阳能转化为化学能, 至关重要的是提高光电极材料的光吸收和光转化效率. BiVO4禁带宽度(Eg=2.4-2.5 eV)小, 具有很好的可见光响应能力, 因此BiVO4光电极材料引起了广泛关注. 但是, 当单独BiVO4作为光电阳极材料时, 电子-空穴对分离弱、载流子传输慢, 从而使BiVO4不能很好地在光电化学水分解中发挥作用. 为了缓解或解决此类限制性因素, 本课题组通过水热法合成了NiFe双氢纳米粒子, 并将其负载于BiVO4电极表面, 光电催化分解水实验表明其产氢效率得到大幅度提高. 同时制备了Ni(OH)2/BiVO4和Fe(OH)2/BiVO4电极并用于研究NiFe/BiVO4电极的反应机理. 在上文基础上, 本文采用电子扫描电镜(SEM)、高分辨投射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)等表征手段和线性扫描伏安法(LSV)和电流时间(I-t)等对其光电化学活性进行了测试, 研究了NiFe/BiVO4电极在发生水氧化时的反应机理. SEM结果表明, Ni(OH)2是以纳米片组成的纳米球负载于多孔BiVO4表面; 而当Fe(OH)2负载于BiVO4表面时, BiVO4的纳米尺寸减小; NiFe-LDH纳米粒子负载于BiVO4表面时, 可以明显看见BiVO4纳米颗粒表面包裹着一层更小的纳米粒子.这证明了Ni(OH)2, Fe(OH)2和NiFe-LDH纳米粒子均成功负载于BiVO4表面. 这也得到HRTEM结果的确认. UV-Vis DRS结果表明NiFe-LDH纳米粒子能有效拓宽BiVO4的吸收边, 从而增加对可见光的吸收, 增加了对光的利用率. LSV测试结果表明, 暗反应条件下Ni(OH)2/BiVO4比NiFe/BiVO4和Fe(OH)2/BiVO4电极的起始电位更低, 说明Ni(OH)2有更好的传输电子性能; 而在光照条件下, 在同一电位时NiFe/BiVO4比Ni(OH)2/BiVO4和Fe(OH)2/BiVO4电极的光电流值更高. 值得注意的是, 此时Ni(OH)2/BiVO4比Fe(OH)2/BiVO4电极的光电流值低, 这又说明Fe(OH)2比Ni(OH)2对光更敏感. 因此当NiFe-LDH纳米粒子负载于BiVO4表面时, 不仅提高了BiVO4光电极的光吸收效率, 而且加速了载流子的传输从而抑制了光生电子-空穴的复合, 使反应过程中的量子效率得到提高.     

Highly efficient removal of Cr(VI) from wastewater via adsorption with novel magnetic Fe3O4@C@MgAl-layered double-hydroxide

Novel magnetic Fe₃O₄@C@MgAl-layered double-hydroxide (LDH) nanoparticles have been successfully prepared by the chemical self-assembly methods. The properties of surface functional groups, crystal structure, magnetism and surface morphology of magnetic nanoparticles were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), thermal gravity-differential thermal gravity (TG-DTG), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The adsorption studies of the novel adsorbent in removing heavy metals Cr (VI) from waste water showed that the maximum absorption amount of Cr(VI) was 152.0 mg/g at 40℃ and pH 6.0. The excellent adsorption capacity of the Fe₃O₄@C@MgAl-LDH nano-absorbents plus their easy separation, environmentally friendly composition and reusability makes them more suitable adsorbents for the removal of metal ions from waste water.     

基于铂纳米颗粒电沉积镁铝水滑石修饰电极的电化学葡萄糖生物传感器

采用成核/晶化隔离法合成了镁铝水滑石纳米颗粒,将其修饰到氧化铟锡导电玻璃电极表面;在此修饰电极基础上,利用电沉积还原氯铂酸盐法制备了铂纳米颗粒/水滑石复合修饰电极.由于水滑石层板表面的外限域作用有效抑制了铂纳米颗粒的聚集,使该电极对过氧化氢具有较好的电催化性能.基于镁铝水滑石良好的生物相容性,将葡萄糖氧化酶进一步修饰到该电极表面,实现了对葡萄糖高灵敏的电化学检测,检出限(S/N=3)达1.0μmol/L.