钙钛矿中空结构CoSn（OH）6纳米粉体的制备与表征

钙钛矿结构材料在发光、催化等多种功能材料领域都占有重要地位,是当前材料科学领域的研究热点。以四氯化锡（SnCl₄）、无水乙醇（C₂H₆O）、二氯化钴（CoCl₂）、柠檬酸钠（Na₃C₆H₅O₇）为原料,通过溶剂辅助法制备了中空结构六羟基锡酸钴[CoSn（OH）₆]纳米粉体。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）分别对产物六羟基锡酸钴粉体的物相结构及表观形貌进行了表征,线性扫描伏安法（LSV）对电极材料进行电催化性能测试。结果表明：采用溶剂辅助合成,可以成功制得物相纯净、粒度为150 nm的中空纳米立方结构的钙钛矿六羟基锡酸钴粉体,其电流密度为35.1 mA/cm²、塔菲尔斜率为72.5 mV/dec,有望用于电化学析氢反应。     

电沉积耦合高温煅烧法合成高效氮还原阴极Co3O4/Cu的研究

通过电沉积法和高温煅烧法相结合制备了Co₃O₄/Cu电极，优化了电极制备条件(电沉积时间、煅烧温度),并利用EDS、SEM和XRD对其进行表征。考察了NO^-₃-N初始质量浓度、溶液初始pH、电流密度和Cl^-质量浓度对硝酸根还原的影响。结果表明，电沉积10 min并在500℃下煅烧的Co₃O₄电极具有较大的比表面积、良好的结晶度和高催化活性。在NO^-₃-N质量浓度为50 mg/L、Cl^-质量浓度为500 mg/L、电流密度为10 mA/cm²、溶液初始pH=7的条件下电解60 min, NO^-₃-N还原率、NH⁺₄-N生成率和总氮(TN)去除率分别为87.6%、34.7%和52.8%。     

二维沸石咪唑骨架有效催化二氧化碳电还原的研究

成功合成了2种金属有机框架材料，并探究其在CO₂电催化还原反应中的应用。结果表明，二维ZIF-L催化剂的CO₂电催化还原活性、选择性和稳定性显著高于ZIF-7。在-1.3 V（vs.RHE）时，CO法拉第效率可达78.5%,是相同电势下ZIF-7的近2倍；CO的电流密度为16.8 mA/cm²,高于文献中报道的Zn基MOFs上CO的电流密度值。二维ZIF-L催化剂独特的孔腔结构有利于CO₂的吸附，从而有效催化CO₂电还原。     

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂，其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性，在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时，在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V，其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。     

三维Ni3S2@NiCo-LDH纳米复合材料合成及其电氧化尿素制氢性能研究

为设计高效、廉价和耐用的催化裂解水制氢电催化剂,合成了Ni₃S₂纳米线@NiCo-LDH纳米复合材料(Ni₃S₂@NiCo-LDH)。结果表明,该复合材料具有大量的活性位点,表现出很好的电催化制氢性能。在含有尿素的KOH电解液中,Ni₃S₂@NiCo-LDH电极材料仅需1.373 V就能达到10 mA/cm²的电流密度。在双电极体系Ni₃S₂@NiCo-LDH//Pt中,电流密度为10 mA/cm²时电压仅为1.463 V。因此,Ni₃S₂@NiCo-LDH纳米复合材料是一种优良的新型催化水解产氢电催化剂。     

NF@Ni3S4@CoFe-LDHs电极用于尿素辅助碱性析氧

具有较高过电势的阳极析氧反应(OER)是电解水的关键半反应。利用理论过电势为0.37 V的尿素氧化反应(UOR)来降低阳极反应过电势。采用水热法在泡沫镍(NF)基底上原位构建NF@Ni₃S₄后，利用电化学沉积的方法在NF@Ni₃S₄表面生长Co Fe-LDHs，得到异质核壳结构NF@Ni₃S₄@Co Fe-LDHs电极。在尿素辅助碱性析氧反应过程中，该电极的分级结构可加快对中间产物的吸附和质子的解吸速率。在浓度为1 mol/L KOH电解液中，该电极在283 mV的过电势下可驱动100 mA/cm²的电流密度，塔菲尔斜率为55.9 mV/dec。在浓度为0.10、0.33和0.50 mol/L尿素与1 mol/L KOH混合电解液中，该电极均仅需1.33 V vs.RHE电压即可获得10m A/cm²的电流密度。在0.33 mol/L尿素和1 mol/L KOH混合电解液中，该电极可稳定运行20 h。     

生物质焦油衍生氮掺杂多孔碳负载Co3O4纳米晶的制备及双功能氧反应催化

以生物质焦油活化多级孔碳为骨架，通过一步水热合成同时实现氮掺杂和Co₃O₄纳米粒子负载，获得Co₃O₄@N/C复合催化剂。对比研究结果表明，凭借复合材料中活性Co₃O₄和N掺杂结构之间的协同效应，Co₃O₄@N/C复合催化剂对氧还原（ORR）和析氧反应（OER）均表现出较高的催化活性，ORR和OER启动电位电势差ΔE为0.99V；其中，ORR极限扩散电流密度为-5.10mA/cm²，与贵金属Pt/C相当。此外，Co₃O₄@N/C具有优异的氧还原稳定性，在经3000次循环伏安法扫描后，Co₃O₄@N/C的极限扩散电流密度仍能保持89.9%。这一生物质焦油衍生碳所构筑的N掺杂多孔碳负载Co₃O₄纳米晶复合材料在燃料电池和金属空气电池等领域具有巨大的应用潜力。     

碳化的MOF用于电催化还原二氧化碳制备乙烯和乙醇

电化学催化还原二氧化碳是一种有效的能源储存手段。探索具有高乙烯选择性和高产率的高效电催化剂是非常必要的,但仍然具有挑战性。通过对金属有机骨架（Cu-BTC）的简单碳化制备了多孔Cu-Cu₂O/C催化剂,用于高效且选择性地电催化CO₂还原为C₂₊产物。碳化的MOF表现出优异的还原CO₂为C₂₊的性能,在电位为-1.3 V（vs RHE）时,C₂₊的最大法拉第效率（FE）为47.8%,其部分电流密度为4.33 mA·cm^-2。研究表明,较低的碳化温度有助于保留Cu-MOF的形貌,抑制活性金属位点团聚,而多孔特性也能提升其电化学活性面积,进而提高其对CO₂电化学还原为C₂₊产物的性能。     

碳化的MOF用于电催化还原二氧化碳制备乙烯和乙醇

电化学催化还原二氧化碳是一种有效的能源储存手段。探索具有高乙烯选择性和高产率的高效电催化剂是非常必要的,但仍然具有挑战性。通过对金属有机骨架（Cu-BTC）的简单碳化制备了多孔Cu-Cu₂O/C催化剂,用于高效且选择性地电催化CO₂还原为C₂₊产物。碳化的MOF表现出优异的还原CO₂为C₂₊的性能,在电位为-1.3 V（vs RHE）时,C₂₊的最大法拉第效率（FE）为47.8%,其部分电流密度为4.33 mA·cm^-2。研究表明,较低的碳化温度有助于保留Cu-MOF的形貌,抑制活性金属位点团聚,而多孔特性也能提升其电化学活性面积,进而提高其对CO₂电化学还原为C₂₊产物的性能。     

电流密度对电沉积钴-铁-二氧化锆复合镀层性能的影响

在由FeSO₄·7H₂O 30 g/L、Co SO₄·7H₂O 30 g/L、H₃BO₃ 30 g/L和抗坏血酸1 g/L组成的Co–Fe合金镀液中添加10 g/L自制纳米Zr O₂溶胶,电沉积得到Co–Fe–Zr O₂复合镀层。研究了电流密度对Co–Fe–Zr O₂复合镀层微观结构、厚度、显微硬度和耐蚀性的影响。结果表明,随电流密度从5 mA/cm²增大到30 mA/cm²,Co–Fe–ZrO₂复合镀层的晶粒细化,ZrO₂颗粒复合量、厚度和显微硬度均增大,耐蚀性先改善后变差。当电流密度为25 mA/cm²时,Co–Fe–ZrO₂复合镀层的厚度为18.6μm,显微硬度为349 HV,表面平整致密,耐蚀性最佳。     

水热合成纳微尺度Co3O4及其催化解聚木质素磺酸钙性能研究

通过水热合成法制备了一系列Co₃O₄晶体,利用X射线衍射、扫描电子显微镜以及N₂物理吸附仪等对合成Co₃O₄产物的晶相、形貌以及孔结构参数进行表征,并对其解聚木质素磺酸钙的催化性能进行评价。结果表明,当Co（NO₃）₂为钴源、Co（Ⅱ）初始浓度为0.4 mol/L、NaOH为沉淀剂、反应体系pH为9、晶化温度为220℃、时间为12 h时,合成的Co₃O₄产率为82.3%,结晶度为98.47%,且晶粒呈规则的立方体结构,粒径约为80～90 nm,孔容为0.059 cm³/g。当催化解聚反应温度为260℃、反应时间为5 h、m（CLS）∶m（Co₃O₄）=2∶1、体系中乙醇体积分数为40%时,液相收率高达58.44%;其中酚类化合物选择性高达55.81%（紫丁香酚类为32.37%,愈创木酚类为7.9%,苯酚类为15.54%）。     

不同氧化锰载体对费托钴基催化剂合成低碳烯烃的影响

制备不同的Co/MnO_x (Co/MnO、Co/MnO₂、Co/Mn₂O₃、Co/Mn₃O₄) 催化剂,并利用XRD、SEM、TEM、BET、TPR、DRIFTS、XPS表征手段分析催化剂的理化性质,比较不同氧化锰载体对催化性能的影响,考察催化剂对低碳烯烃(C₂⁼～C₄⁼)的选择性影响。结果表明催化剂Co/MnO和Co/Mn₃O₄更容易还原,并且CO的吸附量较大,有利于实现较高的CO转化率;Co/Mn₂O₃和Co/Mn₃O₄中CO桥式吸附更高,有利于生成更多的-CH₂-物种。综合考虑催化剂的活性和C₂⁼～C₄⁼选择性,Co/Mn₃O₄的费托合成(FTS)性能最好,其中C₂⁼～C₄⁼选择性为50.91%,烯烷比(O/P)为3.40。     

双极膜电渗析法连续制备聚合硫酸铁

研究了双极膜电渗析法连续制备聚合硫酸铁（PFS）的工艺。主要考察了电流密度、原料补充液中硫酸亚铁和硫酸的摩尔比以及原料补充液流速对产品PFS各性能指标（盐基度、全铁含量、pH、密度等）和过程能耗的影响。研究结果表明：电流密度从10mA/cm²增加到20mA/cm²时,盐基度从8.59%显著增加到11.32%,去浊率从84.31%逐渐增加到95.34%,但当电流密度大于20mA/cm² 时,盐基度和去浊率稍有下降,过程能耗最高可达4.26kW·h/kg H₂SO₄,酸液罐酸浓度最高可达0.45mol/L;原料补充液中硫酸亚铁和硫酸的摩尔比从2.01增加到4.08时,盐基度从8.69%增加到11.38%,去浊率从94.96%逐渐增加到95.88%,能耗在3.05~3.15kW·h/kg H₂SO₄ 范围内变化,酸液罐酸浓度约为0.38mol/L;原料补充液流速从1mL/min增加到3mL/min时,盐基度从11.52%下降到6.75%,去浊率从95.92%逐渐降低到75.61%,同时,能耗从3.09kW·h/kg H₂SO₄下降到2.77kW·h/kg H₂SO₄。     

反应吸附强化C2/C3烃水蒸气重整制氢反应热力学计算

为拓宽反应吸附强化水蒸气重整制氢（ReSER）原料的应用范围,采用化工流程模拟软件Aspen Plus,针对包括C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈ 的C2/C3轻烃 ReSER制氢反应可行性和优化条件进行热力学分析计算。在选择的反应压力0.1～5 MPa,温度200～800℃,水碳摩尔比（S/C）1～8和吸附剂中氧化钙和原料碳摩尔比（Ca/C）0～5条件下进行热力学分析计算。计算结果表明：在优选的水碳比（S/C）4,钙碳比（Ca/C）2.5,温度200～650℃,压力0.1～1.8 MPa的条件下, C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈均可分别通过ReSER反应获得H₂含量在95%以上的产物,产物中H₂浓度均随着水碳比和钙碳比的增大而提高。在假设的水碳比4,钙碳比2.5条件下,当CO₂脱除率达到0.9以上,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度分别高于250、400、250、350℃时,产物中H₂摩尔分数均可达到95%以上,产物中的H₂浓度随着反应温度的升高和CO₂脱除率的增加而提高。当CO₂脱除率低于0.9,产物H₂摩尔分数要达到95%时,C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈的反应温度均需升高50℃。在相同长度C链的烃类中,烯烃比烷烃更容易发生ReSER反应。而原料的碳链越长,则越容易发生ReSER制氢反应。     

（C5H7N2O2）4（SiMo12O40）的合成、结构及催化氧化碘离子研究

采用常规水溶液法合成了一种新型的有机-无机杂化多金属氧酸盐（C₅H₇N₂O₂）₄（SiMo₁₂O₄₀）（简称SiMo-12）。采用红外光谱（IR）、热重分析（TG）、单晶和粉末X射线衍射（XRD）、元素分析等对SiMo-12进行了表征。以过氧化氢为氧化剂,运用SiMo-12催化碘离子氧化,考察了催化剂用量、氧化剂用量、pH、温度等因素对反应速率的影响。结果表明：该化合物属三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数a=1.097 58（4） nm、b=1.144 88（4） nm、c=1.252 66（4） nm、α=64.665（1）°、β=64.804（1）°、γ=83.441（1）°、V=1.282 89（8） nm³、Z=1、R=0.034 0、wR₂=0.079 9。化合物由4个1-咪唑乙酸和一个经典的Keggin型[SiMo₁₂O₄₀]^4-单元组成,有机配体和多金属氧酸阴离子之间通过静电作用、质子转移以及氢键作用沿x轴形成一维链,链与链之间相互平行形成平行于xy面的二维层,层与层之间再通过氢键连接而得到三维网状结构。SiMo-12在催化碘离子氧化中表现出较为优异的催化活性,在c（SiMo-12）=2.0×10^-4 mol/L、c（过氧化氢）=2.0×10^-3 mol/L、pH=1.4、50 ℃条件下反应速率达到2.641 6×10^-5 mol/（L·s）,比未加催化剂时的反应速率提高了1 565倍。     

电芬顿-臭氧一体化工艺处理船舶生活污水

高级氧化技术是一种新型、绿色的水处理工艺,通过各种强化技术更快、更多地产生具有强氧化性的羟基自由基,使其与废水中的有机物发生链式反应,从而将废水中的有机物快速高效降解为无害的无机盐。采用两种典型的高级氧化技术：电芬顿和臭氧,一体化处理船舶生活污水,研究结果表明：在电流密度20 mA/cm²,芬顿试剂n（H₂O₂）：n（Fe²⁺）=3：1,C（Fe²⁺）为0.01 mol/L,氧气速率2 L/min,臭氧投加量6 g/L时,电芬顿-臭氧一体化装置能有效降解船舶生活污水中的污染物,当处理时间为120 min时,对COD去除率可达86.4%。     

聚苯胺中间层改性Ti/PbO2电极的制备及其降解性能

引入导电聚合物聚苯胺膜（PANI，polyaniline）对Ti/PbO₂电极进行改性，采用两步电沉积法成功制备出Ti/PANI/PbO₂电极。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、线性伏安扫描(LSV)和交流阻抗(EIS)对制备的电极进行表征，以甲基橙为目标污染物，探讨了PANI的沉积时间对电极性能的影响，并研究了Ti/PANI/PbO₂电极对罗丹明B和4-硝基苯酚的降解性能。结果表明，PANI的引入未影响活性层PbO₂的晶相结构和形貌特征，但显著提高了电极的析氧电位，Ti/PANI/PbO₂的析氧电位可达3.43V。当PANI聚合时间为30min时，电极Ti/PANI-30/PbO₂的电化学性能和电催化降解效果最佳。在电流密度为30mA/cm²、污染物初始浓度为50mg/L、Na₂SO₄浓度为0.1mol/L的实验条件下，反应120min后，Ti/PANI-30/PbO₂对甲基橙、罗丹明B和4-硝基苯酚的去除率分别为99.8%、99.9%和94.0%。     

载体对铁基整体式催化剂上丙烯催化还原NO的影响

以Al₂O₃、SiO₂和TiO₂为载体,采用凝胶-溶胶法和浸渍法制备铁基堇青石整体式催化剂,并对其丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N₂物理吸附/脱附、XRD、SEM、H₂-TPR、Py-FTIR和原位DRIFTS技术对催化剂进行了表征。不同载体对催化剂的表面酸性、氧化还原性能、比表面积和表面形貌有显著影响,从而导致丙烯还原NO的催化活性明显差异。C₃H₆-SCR的催化活性按Fe/Al₂O₃/CM > Fe/SiO₂/CM > Fe/TiO₂/CM依次降低。在450℃的有氧条件下,在Fe/Al₂O₃/CM上催化C₃H₆还原NO效率可达到100%,这主要是因为较好的氧化还原性能和丰富的Lewis酸性位。基于原位的DRIFTS研究表明,Lewis酸性位的增加有助于促进形成NO₂/NO₃^-物种,从而提高了催化性能。     

静电纺丝制备镍铁纳米纤维及其析氧性能

高效的析氧反应（OER）催化剂对于高效的能量储存和转换是必不可少的。本文采用静电纺丝法结合一步煅烧成功制备了镍铁合金/铁酸镍复合纳米纤维（NiFe/NiFe₂O₄），通过调变煅烧气氛、温度、元素比例等条件并结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学等测试手段对材料进行了相关表征与分析。其中电化学测试结果显示，该材料对碱性介质（1mol/L KOH）中析氧反应具有较高的电催化活性，最佳样品在电流密度达到10mA/cm²时所需过电位为380mV，并且在计时电位法测试10h后也表现出极佳的稳定性。     

低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)2上的吸附行为

采用实验研究与分子模拟相结合的方法研究了低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)₂上的吸附热力学、动力学和吸附分离机理。用常温合成方法制备了超微孔金属-有机骨架材料Cu(Qc)₂,测定了低碳烷烃烯烃（CH₄/C₂H₄/C₂H₆/C₃H₆/C₃H₈）在Cu(Qc)₂上的吸附相平衡和吸附动力学。使用Materials Studio中的Fortcite模块模拟低碳烷烃烯烃在超微孔柔性Cu(Qc)₂上的吸附机理以及材料的结构形变。结果表明Cu(Qc)₂具有优良的C₂H₆ /C₂H₄吸附选择性和吸附动力学,而对C₃H₈ /C₃H₆的吸附选择性很低。273 K和0.1 MPa下,C₂H₆/C₂H₄在Cu(Qc)₂上的IAST选择性达4.6。298 K和0.05 MPa下C₂H₆/C₂H₄在Cu(Qc)₂上的扩散时间常数分别达1.42×10^-3和1.48×10^-3_{s^-1,扩散活化能分别为16.62 和16.43 kJ/mol。应用装填Cu(Qc)2的固定床可在常温条件下实现C2H6 /C2H4二元混合气的完全分离。模拟结果显示Cu(Qc)2为二维堆叠结构,材料会由于吸附不同分子而发生不同程度的结构形变。甲烷易从变大的层间扩散脱附,导致其在材料上的吸附量很低;C2H6/C2H4两者都能稳定吸附在层中的孔道中,其分离推动力主要来源于两种气体在材料上明显的吸附热差异;C3H8/C3H6会分别吸附在两种不同的环境,吸附热差异小导致Cu(Qc)2对C3H8 /C3H6的吸附选择性低。}