Pd纳米颗粒协同氧空位增强TiO2光催化CO2还原性能

针对TiO₂表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO₂还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题,研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO₂纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析,探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明,Pd-Ov-TNB的CO₂还原活性强,产物中CH₄、C₂H₆和C₂H₄的产率分别为40.8、32.09和3.09μmol·g^-1·h^-1,碳氢化合物的选择性高达84.52%,在C-C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度,为CO₂还原反应提供了更多的活性位点,并加速载流子的分离传输。同时,氧空位增强了光生电荷的表面积累,为CO₂还原提...     

高选择性二元金属材料电化学还原CO2的研究进展

近年来，全球范围因二氧化碳(CO₂)的过量排放导致的环境问题日益严重，引起世界各国人民的广泛关注。电化学还原CO₂转化为清洁能源和高价值化学品，不仅可以有效地缓解CO₂导致的温室效应，而且有望为解决能源危机提供重要出路。本文简述了电化学还原CO₂的反应原理，对近年报道的一些高选择性的二元金属催化剂进行分类归纳。综述了二元金属材料物质组成、原子配比、微观形貌、颗粒尺寸等物化性质对CO₂还原性能的影响规律，并对部分催化剂的选择性增强机理重点分析。最后，讨论了二元金属材料高效选择性电化学还原CO₂存在的主要问题和未来可能的研究重点。     

面向二氧化碳电化学利用的离子传导膜研究进展

利用可再生电力将化石能源利用过程中排放的CO₂还原为增值含碳化学品，不仅可以解决CO₂排放问题，还可以实现可再生能源存储，是实现我国“双碳”目标的重要途径.离子传导膜作为CO₂电解池中的重要组成部分，一方面其离子电导率决定了电能到化学能的转化效率；另一方面对不同离子的选择性和渗透性极大地影响了阴极催化剂反应微环境，进而影响了CO₂电催化还原性能和电极稳定性.本文总结了近些年包括室温离子交换膜、中高温耐热高分子膜和固体氧化物膜的不同离子传导膜在电催化CO₂转化中的应用，介绍了不同离子传导膜对CO₂还原反应、电极稳定性、产物收集等方面的影响，提出了不同离子传导膜在CO₂电还原转化利用过程中存在的问题与挑战，并给出了相应解决策略，最后对未来离子膜在CO₂电化学转化利用领域的研究进行了展望.     

焙烧温度对Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂催化氧化甲苯性能的影响

采用浸渍法合成了Cu-Mn/γ-Al₂O₃催化剂, 通过XRD、BET、H₂-TPR和XPS等方法对经不同温度(300~600℃)焙烧的催化剂进行表征, 采用固定床管式反应装置考察了焙烧温度对催化剂催化氧化甲苯的影响, 并讨论活性组分、表面Cu⁺/(Cu⁺+Cu²⁺)和Mn⁴⁺/(Mn⁴⁺+Mn³⁺)摩尔比值与催化剂活性的关系。结果发现, 550℃焙烧温度的催化剂活性最好, 氧化能力最强, 其转化率为95%时对应的反应温度T₉₅(286 ℃)最低, CO₂的选择性达100%。在550℃焙烧时生成的Cu_1.4Mn_1.6O₄新相以及催化剂表面中相对含量更高的Cu⁺和Mn⁴⁺是催化剂具有高活性的主要原因。     

介孔碳/聚酰亚胺杂化膜原位聚合法制备及其气体分离性能

通过原位聚合法分别将无序介孔碳（DOMC）、有序介孔碳（OMC）掺杂到聚酰亚胺（PI）中制备DOMC/PI、OMC/PI杂化膜。利用FTIR、TEM、SEM和XRD等分析表征两种介孔碳材料的结构及其掺杂对杂化膜形貌和结构的影响,结合CO₂和N₂的渗透实验考评杂化膜的气体渗透性能。DOMC、OMC均具有孔隙结构,且与CO₂分子之间存在相互作用,通过掺杂DOMC、OMC既能提高杂化膜的自由体积,又可促进杂化膜对CO₂的优先选择吸附。表现为掺杂DOMC、OMC可有效改善PI膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性。随掺杂量的增加,杂化膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性均先增大后减小。另外,相较于OMC,DOMC具有更多孔隙结构和更大的比表面积,使DOMC/PI杂化膜的CO₂、N₂渗透性能优于OMC/PI杂化膜,但两种杂化膜的CO₂/N₂渗透选择性相近。     

铜/凹凸棒石复合材料高效吸附放射性碘离子性能

放射性碘是核裂变必然产物。为解决现有铜基吸附剂的吸附容量低、铜利用率低、易脱附等不足, 基于凹凸棒石的廉价易得、可交换阳离子富足和层间结构等特性, 采用浸渍-还原法将单质Cu负载于凹凸棒石结构中, 制备得到Cu/凹凸棒石复合材料, 对样品进行表征并考察样品对液相碘离子的吸附性能。研究结果表明, 实验制备的Cu/凹凸棒石复合材料约有7.5%掺杂量的纳米铜颗粒负载于凹凸棒石层间结构中。与传统铜基吸附剂相比, 该材料具有高达116.1 mg/g的碘离子吸附量以及72%铜利用率; 并且可在中性、弱酸性以及SO₄^2-、NO₃^-、Na⁺、Mg⁺等干扰离子共存的环境下使用。此外, 得益于铜负载凹凸棒石结构内, 该复合材料展现出较强的抗氧化性能, 且吸附后产物也具有较强的稳定性。     

三维g-C3N4泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO2性能

为了改善g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率，分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C₃N₄泡沫(g-C₃N₄ Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C₃N₄泡沫负载Cu(OH)₂纳米片(Cu(OH)₂/CNF)复合材料，对其结构和光催化性能进行分析。结果表明：g-C₃N₄ Foam和Cu(OH)₂/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构，这种结构可从动力学层面优化CO₂在气-固催化反应中的传质和吸附，使CO₂吸附容量分别达到3.97 cm³/g和3.59 cm³/g,为g-C₃N...     

粉煤灰衍生水合硅酸钙PEI改性及吸附去除Cu(Ⅱ)与催化降解有机污染物

随着工业的快速发展,相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时,催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH),用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(Ⅱ)),并进一步碱处理固定于表面的Cu(Ⅱ),形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH),PCSH对Cu(Ⅱ)的饱和吸附容量提高100%,高达588 mg/g。研究发现,这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(Ⅱ)与-NH₂之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌,作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH₄)还原降解4-硝基苯酚(4-NP),速率常数达到0.7135/min(pH(7.0±0.3);[RhB]=20 mg/L;[PMS]=0.12 g/L;[催化剂]=0.8 g/L)和11.47×10^-3/s(pH(11.0±0.3);[4-NP]=10^...     

四氧化三钴及掺杂材料电催化性能的研究进展

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构，有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导，具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定，表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节，电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性，降低金属颗粒团聚；Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强；Co_...     

负载过氧化铜的介孔二氧化硅纳米粒子协同化学动力学疗法和化疗联合治疗肿瘤

化学动力学治疗(CDT)是通过使用芬顿催化剂将细胞内过氧化氢(H₂O₂)催化成羟基自由基(·OH)以杀死癌细胞的一种新型治疗方法。然而，内源性H₂O₂含量不足以及单一治疗的局限性限制了CDT的治疗效率。本工作报道了一种负载过氧化铜(CuO₂)的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)。其中，MSN内部负载化疗药物阿霉素(DOX),其表面负载催化剂CuO₂封堵孔道，避免药物提前早释。在肿瘤微环境(TME)刺激下，CuO₂分解产生外源性H₂O₂和类芬顿离子Cu²⁺,Cu²⁺消耗细胞内谷胱甘肽(GSH)生成Cu⁺,Cu⁺催化外源性H₂O₂生成高细胞毒性的·OH,协同化疗药物DOX实现CDT和化疗的联合治疗，提高抗肿瘤疗效。此外，体外细胞实验研究表明，该芬顿催化剂表现出良好的细胞...     

加热和光照条件下Ru/TiO2催化二氧化碳甲烷化研究

本研究利用浸渍法制备了Ru/TiO₂催化剂, 并在光照和加热两种条件下考察了其催化二氧化碳与氢的反应, 发现催化剂在两种条件下均可引发显著的甲烷化反应(CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O)。结果显示, 在光照和加热(150~350℃)条件下, CH₄为唯一含C产物。而在更高温度的加热条件下(>400℃)除了生成CH₄外, 还产生少量CO副产物, 表明反应温度对产物选择性有显著影响。随着反应温度由150℃升高到550℃, 对于不同负载量的担载Ru催化剂, CO₂转化率均先增加后降低, 其中在Ru担载量为1.5wt%Ru/TiO₂催化剂上CO₂转化率在350℃时达到最高, 为77.58%。而在温度>400℃条件下, CO的选择性也随反应温度的升高而逐渐增加。综合反应结果和XRD、XPS和N₂吸附-脱附等表征结果, 发现二氧化碳与氢在光照和加热条件下(150~550℃)反应机制不同。在光照条件下, 光激发电子首先被金属Ru捕获, 进而将吸附在金属Ru上的二氧化碳还原, 活性物种经由RuC中间体形成CH₄。而加热条件下(150~550℃), H₂先被Ru活化成氢原子, 氢原子还原吸附在催化剂表面的CO₂形成RuC中间体, 最后RuC中间体进一步加氢生成CH₄。虽然在两种反应条件下经历相同的中间体, 但是中间体的形成路径不同, 即反应物CO₂被活化的方式不同, 因而产物选择性不同。     

高温CO2介质中N80钢的腐蚀行为

目前,对油气田环境中N80钢高温CO₂腐蚀的研究不多。采用高温高压腐蚀失重法研究了N80钢在60³50℃内、CO₂分压为2 MPa的多元热流体水样中的腐蚀状况,对其腐蚀产物形貌及成分进行了观察分析,并探讨了其腐蚀机理。结果表明:100℃时N80钢的二氧化碳腐蚀速率出现极大值,而在200℃左右腐蚀速率有极小值。温度对N80钢CO₂腐蚀产物的形貌和组成有较大影响,80¹00℃的腐蚀产物出现规则晶体,晶体粗大且堆积较疏松,120¹80℃的腐蚀产物晶体排布得越来越致密,200℃以后腐蚀产物发生了变化,CO₂腐蚀的主要产物由FeCO₃变成了Fe₂O₃。     

金属有机框架材料用于光催化CO2还原的研究进展

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。     

B掺杂TiO2光催化剂的制备和光催化性能

采用溶胶-凝胶法合成了B掺杂的TiO₂光催化剂,并用XRD、SEM、XPS、FT-IR、BET等手段进行了表征。结果表明,掺杂B可抑制TiO₂晶体的长大,对TiO₂表面形貌没有显著的影响,B-TiO₂催化剂的比表面积随着B离子掺杂量的提高而增大;B离子主要进入晶格间隙并与TiO₂晶体形成固溶体,以B-O-Ti结构存在。B掺杂量（质量分数）为3%时,制备出的TiO₂光催化剂对甲基橙的降解效果最好。N₂吸附-脱附结果表明,3%B-TiO₂的BET比面积为127.84 m²/g、平均孔径为10.53 nm。     

Cu掺杂金红石型TiO2 的制备及其光催化性能

用溶胶-凝胶法在650℃条件下,制备了Cu掺杂金红石型TiO₂光催化剂,使用XRD、SEM、TEM、XPS、BET、PL和DRS等手段对其晶体结构、表面形貌、元素组成与价态、比表面积和光学性质进行了表征。结果表明,纯TiO₂是少量锐钛矿与大量金红石组成的混晶,Cu掺杂有利于锐钛矿向金红石的转变,Cu掺杂TiO₂全部为金红石。Cu元素以+1价和+2价共存的形式存在于样品中。以罗丹明B为目标污染物、以氙灯为紫外可见光光源考察这种光催化剂的活性时发现,Cu掺杂降低了光催化活性,Cu掺杂能抑制光生电子与空穴的复合但是使光催化剂在紫外部分的吸收降低,即降低了材料的光催化活性。     

Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO₂时其阴极是CO₂还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_0.5Ba_0.5Fe_0.9Mn_0.1O_3-δ(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO₂的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^-2,较使用未掺杂的Pr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO₂ SOEC阴极材料。     

离子交换和热处理对贵金属掺杂硅酸盐玻璃光致发光的影响

贵金属纳米颗粒-玻璃复合材料是一种重要的非线性材料。利用光致发光谱及配位场理论, 深入研究了离子交换及氢气热处理对硅酸盐玻璃中贵金属离子的引入、还原、成核及生长过程的影响, 发现延长离子交换时间有利于提高玻璃中金属离子的浓度。对于掺Ag⁺硅酸盐玻璃, 不仅存在孤立Ag⁺离子, 同时也存在Ag₂⁺团簇。H₂中热处理后, 样品中孤立Ag⁺离子浓度迅速降低, 同时出现Ag₃²⁺团簇。对于掺Cu⁺硅酸盐玻璃, 仅存在孤立Cu⁺和Cu²⁺, 没有发现Cu⁺团簇的发光峰, Cu²⁺的存在造成Cu⁺的发光强度显著降低。掺Ag⁺硅酸盐玻璃经H₂热处理后, 再经过第二次离子交换往玻璃中掺Cu⁺是十分困难的。     

CuO/ZnO复合电催化剂的制备及其还原CO2制合成气

二氧化碳(CO₂)还原制备合成气(CO和H₂混合气), 不仅可以实现碳循环降低温室效应, 而且能缓解能源危机。而实现CO₂资源化利用的关键在于催化剂设计。本研究采用金属离子共沉淀法制备了CuO及CuO/ZnO复合氧化物纳米材料, 通过调节催化剂组分, 探究其在不同电势下电化学CO₂还原制备合成气的性能。结果表明: 引入锌(Zn)物种可以减弱中间物CO₂^•-在催化剂上的吸附强度, 导致CO的法拉第效率(FE)降低, 氢气FE增加, 从而实现不同电势下合成气CO/H₂在1/1~1/4范围内的可控调节。尤其是, 当前驱液中铜和锌配比为1 : 2时, 在-0.9 V (vs. RHE)的电势下, CO和H₂总FE高达84%。     

低温制备不锈钢表面含铜磷酸铝涂层及抗菌性能研究

利用磷酸二氢铝的固化反应在316不锈钢表面制备了不同含量Cu²⁺的磷酸铝涂层(Cu: Al=0.025、0.05、0.1)。差示扫描量热分析及X射线衍射表明涂层材料可在≤250℃下固化, 主要固化产物为AlH₂P₃O₁₀∙2H₂O、AlPO₄和Al₈H₁₂(P₂O₇)₉。Cu²⁺加入后产生了含铜的新相Cu₂P₂O₇。与大肠杆菌共培养12 h后各含Cu²⁺涂层表现出抗菌性, 且抗菌能力与Cu²⁺含量正相关; 接触24 h后, 所有含Cu²⁺涂层表面均无活菌检出。菌悬液中加入EDTA有效抑制了涂层抗菌活性, 表明涂层抗菌性能来自表面溶出的Cu²⁺。拉伸试验表明涂层结合强度在14.5~18.1 MPa范围。与无涂层的不锈钢相比, 涂覆涂层后样品的腐蚀电流密度下降了2个数量级。     

阴极直接制备铜氧化物-SiO2复合薄膜及其电化学形成机理

以室温下制备出的n₍Cu²⁺)∶n₍Cit^3-)=2∶1的透明稳定的Cu(Ⅱ)-Cit^3--SiO₂复合溶胶为电解液，直接在氧化铟锡导电玻璃(ITO)阴极上电沉积得到铜氧化物-SiO₂复合薄膜。循环伏安(CV)和X射线衍射(XRD)结果表明，溶胶中Cu²⁺与吸附在电极上的SiO2溶胶共电沉积形成Cu₂O-SiO₂凝胶薄膜，XRD和计时安培(CA)结果表明，薄膜中的SiO₂量随过电位升高而减少。X射线光电子能谱(XPS)、XRD和能量色散X射线(EDX)结果表明，高过电位下，SiO₂和Cu(Ⅱ)借助析氢生成的OH^-共沉积，得到CuO/Cu₂O-SiO₂薄膜，这与扫描电子显微镜(SEM)图片显示的所得薄膜具有两种不同形貌的颗粒的结果一致。