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。     

一步水热合成In2S3/CdIn2S4异质结微球及其光催化性能

利用一步水热法成功制备了In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球催化剂,通过降解甲基橙(MO)、酸性橙Ⅱ(AOⅡ) 和罗丹明B(RhB)来评价所制备催化剂的活性。实验结果表明,In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球对MO、AOⅡ和RhB的光催化降解率分别达到了87%、75%和96%,明显高于催化剂In₂S₃和CdIn₂S₄。瞬态光电流和阻抗测试结果表明,In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球受光激发产生的电子空穴对能快速得到分离。捕获主要活性物种实验表明,该反应体系中主要是超氧自由基和空穴起关键性作用。In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球催化剂重复使用四次,其催化能力依然保持较高水平。In₂S₃/CdIn₂S₄异质结微球活性的增强归因于异质结的形成有助于电子的转移,从而降低了电子空穴对的复合概率。并且合适的能带结构有助于产生大量的光生电子,电子与活性氧的结合最终引起氧化能力的增强。     

In2S3/g-C3N4复合光催化剂的制备及其光催化降解四环素

本文分别采用热缩聚法和水热法合成了g-C₃N₄和In₂S₃,再用简单的机械研磨工艺制备出了In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂的晶体结构、形貌、微观结构和光学性质进行了表征,在可见光照射下,通过降解四环素(TC)来评价其光催化活性。结果表明,研磨比例为1∶4(摩尔比)的In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂表现出最佳的光催化性能,在氙灯下TC的光降解表观速率常数是0.025 1 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.9倍和1.6倍,在自然光下TC的光降解表观速率常数是0.010 4 min^-1,分别是In₂S₃和g-C₃N₄的2.6倍和1.4倍。In₂S₃/g-C₃N₄复合光催化剂优异的光催化性能归功于载流子的高效迁移和分离以及增强的光吸收能力。本研究为设计和开发用于抗生素废水处理的可见光响应光催化剂提供了一条有前景的途径。     

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni₃S₂)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni₃S₂/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni₃S₂材料有望应用于电化学储能领域。     

制备条件对Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂加氢脱硫性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂-Al₂O₃复合载体, 以柠檬酸为络合剂, 浸渍法制备了负载型Ni₂P/TiO₂-Al₂O₃催化剂前体, 程序升温H₂还原法制备了Ni₂P/TiO₂-Al₂O₃催化剂, 并用 X 射线衍射(XRD)、N₂吸附比表面积(BET)测定技术对催化剂的结构和性质进行了表征, 考察了浸渍方法、Ni/P摩尔比、Ni₂P负载量对其进行的二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)性能的影响。结果表明, 当Ni/P比低于1:1时, 能得到单一的Ni₂P物相;当Ni/P比为2:1时, 开始出现Ni₃P物相。采用Ni/P比为1:1、Ni₂P负载量为30%、采用共浸渍方法制备的Ni₂P/TiO₂-Al₂O₃催化剂具有最好的活性, 在360℃、3.0MPa、氢油比500 (体积比)、液时体积空速2.0h^-1的条件下反应4h时, 二苯并噻吩转化率为99.5%。     

NiCo2S4化合物对氧还原的电催化性能

采用水热合成技术,以Ni（Ac）₂和Co（Ac）2和硫脲为前驱体合成了NiCo₂S₄化合物。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及旋转圆盘电极（RDE）分别表征了样品的微观特征和电催化性能。NiCo₂S₄化合物具有立方结构,聚集成球状颗粒,分散性较好。在0.5 mol/L H₂SO₄中,NiCo₂S₄催化剂对氧还原反应（ORR）呈现明显的电催化活性,高于同法合成的CoS₂和NiS,开路电位为0.75 V（vs.NHE）,氧分子按照4电子机理还原生成水。     

泡沫镍上原位制备FeOOH/MoSey及电解水双催化性能研究

为设计同时具有优异电催化析氢和析氧性能的过渡金属基催化剂，以泡沫镍为载体和集流体，原位制备了硒化钼(MoSe_y)和羟基氧化铁(FeOOH),得到FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料。表征结果表明，先通过电沉积法原位生长了MoSe_y层，再以该MoSe_y层为成核点，通过常温浸泡生长形成了由FeOOH纳米片组成的微米绒球。在三电极体系中，以1 mol·L^-1 KOH溶液为电解液，该FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料表现出优异的电催化析氢和析氧性能，析氢电流密度在10 mA·cm^-2时的过电位(η₁₀)为128 mV,析氧电流密度在20 mA·cm^-2时的过电位(η₂₀)为306 mV,并具有较小的Tafel斜率、较大的双电层电容(C_dl)值和良好的稳定性。FeOOH/MoSe_y@Ni优异的电催化性能主要由于三维开放的泡沫镍骨架和原...     

Sb2S3太阳能电池的研究进展

Sb₂S₃太阳能电池相比于其他太阳能电池如铜铟镓硒、碲化镉和有机-无机钙钛矿等,具有成本低、无毒性、稳定性高的优点,并且Sb₂S₃材料本身拥有优良的光学性能,如带隙宽度为1.5～2.2eV、光吸收系数高达105cm–1,因此在太阳能转化方面具有良好的应用前景。但目前Sb₂S₃太阳能电池的光电转化效率仍然不高,其最高光电转化效率仅有7.5%,远低于发展成熟的单晶硅太阳能电池、铜铟镓硒、碲化镉太阳能电池。本文简要介绍了Sb₂S₃太阳能电池的工作原理,从光阳极、吸光层Sb₂S₃、空穴传输层3个方面阐述了其发展现状及存在的问题。随后针对限制光电转化效率的因素,阐述了现有的优化电池性能的方法及其研究进展。最后对Sb₂S₃太阳能电池的未来发展方向进行了展望,基于对现有研究分析认为,在未来的研究中需要进一步探索新型的光阳极半导体的种类和结构,研究简单低耗、结晶性良好的Sb₂S₃薄膜的制备方法,研究具有高电子传导率、与Sb₂S₃和对电极接触良好的空穴传输层以及发展高效界面修饰以及金属离子掺杂的方法,以提高Sb₂S₃太阳能电池的性能。     

硫源对双壳层NiCo2S4超级电容性能影响

通过自模板法,选用硫代乙酰胺（TAA）、硫脲（TU）分别作硫源制备双壳层NiCo₂S₄纳米材料。其中以TAA为硫源制备的NiCo₂S₄表现出高的比电容（2064F/g,当电流密度为0.5A/g时）,优异的倍率性能（1291F/g,当电流密度为20A/g时）和较好循环稳定性。由动力学机制分析可知,NiCo₂S₄-TAA表面控制电容和扩散控制电容较NiCo₂S₄-TU均有提升。通过实验分析可知,TAA作为硫源合成的NiCo₂S₄是由较小的次级颗粒聚集而成,这有利于电化学过程中电解质离子的扩散。由于较好的导电性能和离子扩散速率,NiCo₂S₄-TAA表现出优异的电化学性能。上述结果表明,在本实验条件下,TAA是制备NiCo₂S₄电容器电极材料的最佳硫源。     

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo₂S₄,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo₂S₄-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo₂S₄-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^-1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^-1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo₂S₄材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo₂S₄可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。     

Oxygen-deficient MoOx/Ni3S2 heterostructure grown on nickel foam as efficient and durable self-supported electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

High-performance and ultra-durable electrocatalysts are vital for hydrogen evolution reaction (HER) during water splitting. Herein, by one-pot solvothermal method, MoO_x/Ni₃S₂ spheres comprising Ni₃S₂ nanoparticles inside and oxygen-deficient amorphous MoO_x outside in situ grow on Ni foam (NF), to assembly the heterostructure composites of MoO_x/Ni₃S₂/NF. By adjusting volume ratio of the solvents of ethanol to water, the optimized MoO_x/Ni₃S₂/NF-11 exhibits the best HER performance, requiring an extremely low overpotential of 76 mV to achieve the current density of 10 mA∙cm^‒2 (η₁₀ = 76 mV) and an ultra-small Tafel slope of 46 mV∙dec^‒1 in 0.5 mol∙L^‒1 H₂SO₄. More importantly, the catalyst shows prominent high catalytic stability for HER (> 100 h). The acid-resistant MoO_x wraps the inside Ni₃S₂/NF to ensure the high stability of the catalyst under acidic conditions. Density functional theory calculations confirm that the existing oxygen vacancy and MoO_x/Ni₃S₂ heterostructure are both beneficial to the reduced Gibbs free energy of hydrogen adsorption (|∆G_H*|) over Mo sites, which act as main active sites. The heterostructure effectively decreases the formation energy of O vacancy, leading to surface reconstruction of the catalyst, further improving HER performance. The MoO_x/Ni₃S₂/NF is promising to serve as a highly effective and durable electrocatalyst toward HER.     

Direct NO decomposition over La2−xBaxNiO4 catalysts containing BaCO3 phase

Catalytic and in situ Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopic studies were conducted to investigate the adsorption and oxidation of o- and p-chlorophenol over a 3.6 wt.% V₂O₅/TiO₂ catalyst. At a space velocity of approximately 53,000 cm³ g⁻¹ h⁻¹, this catalyst was found to be active for the oxidation of o- and p-chlorophenol at temperatures as low as 200 °C, yielding CO₂ and HCl as the main products. Trace amounts of higher molecular weight products were also detected at the reactor outlet indicating the operation of additional condensation, coupling and chlorination/dechlorination side reactions in parallel to the main complete oxidation scheme. The in situ FTIR studies revealed that different phenols adsorb on the V₂O₅/TiO₂ catalyst through their hydroxyl group. Furthermore, the formation of similar surface species (i.e., maleates, acetates, formates and an aldehyde-type species) was observed. The results were compared with those of previous studies on the oxidation of m-dichlorobenzene (m-DCB) and benzene and suggest that a similar reaction mechanism is operating in all cases, although the relative kinetic significance of the different steps varies with the presence and the position of the hydroxyl and chlorine groups on the aromatic ring.     

MOFs诱导中空Co3O4/CdIn2S4合成及光催化CO2还原性能研究

光催化二氧化碳转化技术,不仅可以利用取之不尽用之不竭的太阳光能,而且可将二氧化碳转化为高附加值的碳基燃料,受到研究者们的广泛关注。实验设计合成了新颖的中空结构的Co₃O₄/CdIn₂S₄异质结光催化剂。两种半导体的高效耦合作用极大地促进了光生载流子分离,同时形成更多暴露活性位点。基于异质结独特的结构优势,表现出高效的CO₂还原性能,5% Co₃O₄/CdIn₂S₄ 的CO生成速率达74 μmol·g^-1·h^-1,与单体CdIn₂S₄相比,不仅活性得到很大提升,同时CO选择性达到100%。     

SO2对稀土精矿催化剂NH3-SCR脱硝催化性能的影响

抗硫性能是评价脱硝过程中催化剂性能的关键指标,研究SO₂对催化剂理化特性的影响对催化剂脱硝应用具有重要意义。通过焙烧处理白云鄂博稀土精矿得到稀土精矿催化剂,利用催化剂抗硫性能实验台,结合SEM、BET、XRD和FT-IR,分析了O₂、NH₃、NO气氛下SO₂在催化剂表面的吸附及不同SO₂浓度对催化剂催化脱硝性能的影响。结果表明, SO₂对稀土精矿催化剂脱硝性能有显著的促进作用,300℃时,NO转化率从28%提高至50%,350℃时,NO转化率从42%提高至75%; SEM、BET和XRD结果表明催化剂抗硫性能测试前后的物理结构和化学组成基本保持不变,稀土精矿催化剂具有较好的抗硫性能;FT-IR结果证实SO₂的吸附使稀土精矿催化剂表面B酸性位点增多,催化剂对NH₃的吸附能力增强,因此有利于提高催化剂活性。研究结果可为白云鄂博稀土精矿催化剂NH₃-SCR脱硝应用过程中抗硫性能提供有价值的基础数据参考。     

采用响应面法降低湿法氧化脱硫中Na2S2O3生成量

Na₂S₂O₃是湿法脱硫过程外排废液中最主要的副盐,降低Na₂S₂O₃的生成量对绿色生产具有重要意义。首先采用Plackett-Burman实验筛选出影响Na₂S₂O₃生成量的关键因素,即pH、单质硫浓度、温度。在此基础上运用响应曲面法,以Na₂S₂O₃生成量为目标函数,进行三因素三水平的优化设计分析。研究结果表明,pH对Na₂S₂O₃的影响最大,其次是温度和单质硫浓度,因子间交互作用的影响很小。得到最优的操作条件为pH 8.25,单质硫浓度0.47 g/L,温度31.80℃,PDS浓度90 mg/L,氧硫比1.2 mmol/mmol,此时Na₂S₂O₃生成量为1.838 mmol/L。从Na₂S₂O₃反应动力学和多硫离子的平衡反应两方面对各因素的影响规律进行了解释。最后对实际生产过程进行分析,发现实验得出的pH过低,不利于吸收过程的稳定,现有单质硫熔融分离方法不利于降低脱硫液中的单质硫含量,加速了副盐的生成等问题,对此提出了改进意见,并取得了显著效果。     

磷改性对NiMo/γ-Al2O3硫化物催化剂硫醚化性能的影响

采用P对NiMo/γ-Al₂O₃硫化物催化剂进行改性,研究P与金属组分浸渍次序对催化剂结构和硫醚化性能的影响。结果表明,P改性通过抑制金属组分与γ-Al₂O₃间相互作用促进金属组分硫化、增加催化剂表面金属位数量,同时P改性也提高了催化剂表面酸量。P改性前后硫化物催化剂中均形成了Ni₃S₂物相,但未检测到MoS₂物相。先浸渍及后浸渍P组分均提高了催化剂硫醚化性能;P物种和金属组分共浸渍制备催化剂利于异戊二烯选择加氢生成异戊烯。此外,P改性催化剂酸量增加促进了烯烃聚合。总体而言,先浸渍Ni-Mo组分后浸渍P组分所制备的硫化物催化剂性能较佳。     

Selective oxidation of propylene to acrolein over supported V2O5/Nb2O5 catalysts: An in situ Raman, IR, TPSR and kinetic study

The vapor-phase selective oxidation of propylene (H₂CCHCH₃) to acrolein (H₂CCHCHO) was investigated over supported V₂O₅/Nb₂O₅ catalysts. The catalysts were synthesized by incipient wetness impregnation of V-isopropoxide/isopropanol solutions and calcination at 450 °C. The catalytic active vanadia component was shown by in situ Raman spectroscopy to be 100% dispersed as surface VO_x species on the Nb₂O₅ support in the sub-monolayer region (<8.4 V/nm²). Surface allyl species (H₂CCHCH_2*) were observed with in situ FT-IR to be the most abundant reaction intermediates. The acrolein formation kinetics and selectivity were strongly dependent on the surface VO_x coverage. Two surface VO_x sites were found to participate in the selective oxidation of propylene to acrolein. The reaction kinetics followed a Langmuir–Hinshelwood mechanism with first-order in propylene and half-order in O₂ partial pressures. C₃H₆-TPSR spectroscopy studies also revealed that the lattice oxygen from the catalyst was not capable of selectively oxidizing propylene to acrolein and that the presence of gas phase molecular O₂ was critical for maintaining the surface VO_x species in the fully oxidized state. The catalytic active site for this selective oxidation reaction involves the bridging VONb support bond.