掺磷非晶氧化钛负载铂用于高效催化氧化挥发性有机化合物

高活性催化剂是挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化消除的关键因素。本研究通过简单的共沉淀法成功制备了具有高比表面积的非晶介孔磷掺杂氧化钛负载铂催化剂(Pt/ATO-P)。通过P掺杂, 既可获得非晶介孔结构, 又可获得高ATO-P比表面积(可达278.9 m²·g^-1)。非晶介孔Pt/ATO-P催化剂显示出优异的VOCs催化氧化性能和良好的热稳定性。Pt/ATO-P样品在空速为36000 mL·h^-1·g^-1、甲苯浓度为10000 mL·m^-3的反应条件下, 对甲苯催化氧化的T₅₀和T₉₀(实现50%和90%转化率所需的温度)分别为130 ℃和140 ℃, 明显优于无磷催化剂Pt/TiO₂。这些发现可以为拓展非晶介孔磷化材料在环境净化和能源转化等领域的应用提供重要参考。     

锶磁性固体酸S2O82-/ZrO2SrFe12O19催化剂的制备和表征

以具有优异磁学特性的锶铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)粒子为磁性基体, 负载固体酸制备锶磁性固体酸催化剂S₂O₈^2-/ZrO₂-SrFe₁₂O₁₉。利用XRD、 比表面积测试(BET)、 振动样品磁强计(VSM)、 IR等表征手段, 研究了磁性催化剂的表面性质和催化性能。结果表明: SrFe₁₂O₁₉的掺入提高了介稳的四方晶型t-ZrO₂的热稳定性; 固体酸的磁性能较好, 饱和磁化强度(M_s)在30.0 emu·g^-1左右, 矫顽力(H_c)大于3900 G, 有利于磁分离和重复使用; BET表面积为16.0 m²·g^-1, 平均孔径为8.16 nm, 属于介孔磁性材料; 以乌桕油与甲醇的酯交换为探针反应的研究表明, 该固体酸能在较短时间内有效发挥催化作用。     

大比表面三维介孔MCM-48分子筛负载Pt催化氧化甲苯

采用自合成大比表面三维有序介孔分子筛MCM-48(≈1400 m²/g)为载体，其上负载Pt,获得负载型Pt/MCM-48,应用于甲苯催化燃烧，与微孔分子筛Silicalite-2、介孔分子筛材料SBA-15和MCM-41以及商用SiO₂等硅基载体相比，展示出优异的低温催化氧化性能。在此基础上，考察不同Pt负载量对负载型Pt/MCM-48催化燃烧甲苯性能的影响，筛选出的1%(质量分数)理论负载量的催化剂具备最佳催化氧化性能。对等体积浸渍法、原位合成法、甲醇法、乙二醇法等不同引入方式的考察发现，等体积浸渍法与原位合成法向载体上引入Pt的实际负载量接近于理论添加量，相比之下，甲醇法、乙二醇法等溶剂法获得Pt实际负载量远低于理论负载量。转化频率(turnover frequency, TOF)计算结果表明，甲醇法获得的Pt/MCM-48中Pt转化效率以及Pt原子利用率最高。BET,XPS,STEM以及H₂-TPR等表征充分证明，MCM-48超大的比表面为Pt的分散提供了有利条件，有助于获得高比例Pt⁰;有...     

有机-无机氧化硅空心球的合成及VOCs吸附应用

介孔有机-无机复合氧化硅空心球(MOSs)在碱性条件下以反向胶束为模板经过正硅酸乙酯(TEOS)和1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷(BTSE)共缩合被成功合成, 并通过不同手段对样品的结构和性能进行表征。MOSs用于去除挥发性有机物(VOCs), 研究其对水蒸气、正己烷、甲苯和92#汽油的静态吸附性能, 并以商业硅胶(SG)和活性炭(AC)为参考。实验结果发现, 初始BTSE/(BTSE+TEOS) 摩尔比为10%时, (MOS-10%)的样品具有均匀的中空介观结构和最大的VOCs吸附容量(1.28 g·g^-1正己烷, 1.25 g·g^-1甲苯和1.14 g·g^-1 92#汽油), 静态水蒸气吸附量最小(0.630 g·g^-1)。通过穿透曲线评估单一组分VOC(正己烷或甲苯)在MOS-10%上的动态吸附行为, 动态正己烷和甲苯吸附结果以及高湿度条件下的正己烷吸附性能表明, 与商业吸附剂相比, MOS-10%具有最佳的穿透时间、吸附能力和疏水性。对于二元组分同时吸附(正己烷和甲苯), MOS-10%的正己烷吸附性能优于甲苯。介孔有机-无机复合氧化硅空心球的动态VOCs吸附容量较大归因于有机基团、表面积和孔体积的共同作用。MOSs的VOCs去除能力强和可回收性优良, 显示出巨大的VOCs捕获潜力。     

Pd负载型介孔ZrO2-TiO2复合材料的设计合成及其CO催化氧化性能研究

以介孔结构的复合ZrO₂-TiO₂为载体负载活性组分, 制备了具有高CO催化氧化活性的Pd/ZrO₂-TiO₂与PdCu/ZrO₂-TiO₂负载型催化剂。XRD、TEM研究结果表明: 活性组分Pd、Cu物种可均匀分散于介孔载体中。系统考察了不同的催化剂载体、制备方法和助催化剂等对该介孔复合材料CO催化氧化性能的影响, 结果表明: 以ZrO₂-TiO₂为载体的催化剂其CO催化氧化活性明显优于以介孔Al₂O₃或介孔SBA-15为载体的催化剂; 一步法制备的介孔Pd/ZrO₂-TiO₂催化剂其CO催化氧化的低温活性较浸渍法制备的Pd/ZrO₂-TiO₂有很大提高; 并且Pd和Cu物种共负载的介孔ZrO₂-TiO₂复合催化剂具有最优的CO催化氧化活性, 其CO的完全催化氧化温度可降至170℃, O₂-TPD分析说明Pd和Cu之间的相互作用使得PdCu/ZT催化剂在更低温度具有氧化还原活性。     

尖晶石型AFe2O4催化剂的制备及其催化燃烧甲苯的研究

通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备尖晶石型AFe₂O₄(A=Cu, Co, Ni, Mg, Zn)催化剂, 以甲苯为VOCs模拟气, 考察AFe₂O₄催化剂对VOCs的催化燃烧活性, 并采用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、TEM、H₂-TPR、XPS对催化剂进行表征分析。结果表明: AFe₂O₄表现出较好的催化燃烧活性, 其中CuFe₂O₄的催化燃烧活性最佳, 起燃温度(T50)和完全燃烧温度(T90)分别为188℃、239℃。AFe₂O₄具有明显的片状尖晶石晶体, 并形成以介孔为主的多级孔结构, 该特点为催化剂提供了大量表面活性位。A位元素种类对其催化燃烧活性影响较大, 当A位元素为Cu时, Cu的H₂还原峰面积远大于其他元素, H₂还原温度仅为289℃, 表面亲电子氧和氧空位浓度占氧元素总量(O_ele/O_1S)的36%。CuFe₂O₄为片状反尖晶石晶型, 晶格体积仅为0.294 nm³, 并伴有CuO和α-Fe₂O₃物种。以介孔为主的多级孔结构、特有的片状反尖晶石晶型以及该晶型与CuO和α-Fe₂O₃的协同作用是CuFe₂O₄催化燃烧活性提高的主要原因。     

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO₂(G@SiO₂)纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_x-CeO₂)催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100～300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO₂)相比,G@MnO_x-CeO₂催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO₂质量比分别为0.35、0.90时, G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳, 220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_x,提高了G@MnO_x-CeO₂催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_x<...     

三维有序介孔结构氧化钼制备及催化性能

以三维有序介孔分子筛KIT-6为模板剂制备碳模板, 七钼酸铵为钼源, 采用超声辅助下的真空浸渍法, 合成了三维(3D)有序介孔、蠕虫状介孔MoO₃。采用TEM、HRTEM、SAED、XRD、TG/DT、N₂吸脱附等对材料物理性能进行了表征。采用H₂-TPR、甲苯和一氧化碳完全氧化等对催化性能进行了评价。研究发现: 制备的三维有序介孔MoO₃为正交相晶体结构, 比表面积194 m²/g; 在转化率分别为50%、90%、100%时, 甲苯的起燃温度分别为203℃、215℃、225℃; CO起燃温度分别为114℃、158℃、180℃。3D-MoO₃优良的催化性能与高比表面和三维有序介孔架构密切相关。     

Fe/N共掺杂生物质活性炭提升氧化还原性能

以梧桐木屑为原料,采用湿混法与一定量KOH搅拌并干燥,在氮气氛围下高温活化制备生物质活性炭。选取工艺优化后的活性炭掺杂铁氮元素,二次高温煅烧后形成Fe-N-C型非贵重金属催化剂。得出木屑生物质活性炭在活化温度为800℃,碱料比1∶3下比表面积为2051.8 m²·g^-1,总孔容为1.23 cm³·g^-1;通过进一步掺杂铁氮元素获得的催化剂材料拥有良好的ORR(氧还原反应)活性(初始电位-0.03 V、半波电位-0.10 V和极限电流4.2 mA/cm²)、耐甲醇性和稳定性,可以在能源领域中被广泛的应用。     

大比表面三维介孔MCM-48分子筛负载Pt催化氧化甲苯EI北大核心

采用自合成大比表面三维有序介孔分子筛MCM-48(≈1400 m^(2)/g)为载体,其上负载Pt,获得负载型Pt/MCM-48,应用于甲苯催化燃烧,与微孔分子筛Silicalite-2、介孔分子筛材料SBA-15和MCM-41以及商用SiO_(2)等硅基载体相比,展示出优异的低温催化氧化性能。在此基础上,考察不同Pt负载量对负载型Pt/MCM-48催化燃烧甲苯性能的影响,筛选出的1%(质量分数)理论负载量的催化剂具备最佳催化氧化性能。对等体积浸渍法、原位合成法、甲醇法、乙二醇法等不同引入方式的考察发现,等体积浸渍法与原位合成法向载体上引入Pt的实际负载量接近于理论添加量,相比之下,甲醇法、乙二醇法等溶剂法获得Pt实际负载量远低于理论负载量。转化频率(turnover frequency, TOF)计算结果表明,甲醇法获得的Pt/MCM-48中Pt转化效率以及Pt原子利用率最高。BET,XPS,STEM以及H_(2)-TPR等表征充分证明,MCM-48超大的比表面为Pt的分散提供了有利条件,有助于获得高比例Pt^(0);有序的三维介孔结构则大大提高活性位点的可接近性,并减小甲苯分子的扩散阻力,因此呈现出优异的催化氧化甲苯性能。此外,GC-MS研究表明甲苯在Pt/MCM-48上首先转化为醛/酚/酸类中间产物,最终实现深度催化氧化成为二氧化碳。     

可溶性酚醛树脂为碳源合成有序介孔炭及其电催化性能

利用介孔硅SBA-15与苯酚、甲醛混合,原位合成可溶性酚醛树脂,高温炭化得有序介孔炭(C1);同时将预聚的酚醛树脂与SBA-15 共混后再聚合,高温炭化得有序介孔炭(C2).微波多元醇还原法合成Pt/C1、Pt/C2、Pt/CMK-5(糠醇为碳源)电催化剂.使用X射线衍射仪(XRD),N2物理吸附,透射电镜(TEM)和循环伏安技术(CV)对介孔炭的结构和催化剂的性能进行了表征.结果表明:CI主要由规则的六方介孔孔道构成,比表面积为947m2/g,孔径分布集巾在4.5nm,Pt微粒在C1上具有良好的分散性,平均粒径约为3nm.C2的孔道较为模糊,负载的Pt微粒有一定程度的团聚.CV曲线显示,Pt/C1催化剂的电化学活性面积(EAS)为54.2m2/g,其催化甲醇氧化的性能优于Pt/C2及Pt/CMK-5而略筹于商用催化剂Pt/C(E-TEK).     

EDTA辅助合成Co3O4纳米材料及其气敏性能

以有机化合物作为助剂合成纳米材料, 可调控材料的形貌和结构, 进而影响材料的催化和电化学性能。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)为助剂, 乙酸钴为钴源, 利用水热法合成Co₃O₄纳米材料, 测定材料的结构和气敏性能, 研究其结构与气敏性能的关系, 并探讨EDTA-2Na在材料合成中的作用机制。结果表明, Co²⁺与EDTA^2-形成的配合物调控Co₃O₄晶核的生长方向, 形成了边长约为50 nm的六边形介孔纳米片。在205 ℃下, 利用该材料构筑的气敏传感器对100×10^-6甲苯响应值约为104, 在225 ℃下对100×10^-6丙酮的响应值约为70。该传感器对甲苯和丙酮等挥发性有机化合物(VOCs)的高响应性能是由于EDTA-2Na辅助合成的Co₃O₄表面存在的大量缺陷, 提高了吸附氧含量。另外, 介孔结构和较大的比表面积有利于VOCs的吸附、表面反应和扩散。本研究提供了一种添加EDTA-2Na辅助合成Co₃O₄纳米材料并获得高响应VOCs气体传感器的有效方法。     

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Fe-SiO2复合材料的制备及吸附协同催化性能

采用原位一步合成法,在含有模板剂、AlCl₃和H₂O的弱酸性反应体系中,引入Si源和Fe源,通过原位共沉积的方式,成功制备出Fe修饰的介孔SiO₂（Fe-SiO₂）复合材料。采用XRD、N₂吸附、FTIR、UV-vis、SEM和EDS等手段表征了介孔Fe-SiO₂复合材料样品的结构、形貌和化学组成;将所获得的介孔Fe-SiO₂复合材料用于吸附和协同催化去除水体中有机污染物亚甲基蓝（MB）;考察了Fe源添加量对介孔Fe-SiO₂复合材料结构和性能的影响。研究结果表明:合成体系中rFe:Si ≤ 0.05（摩尔比）时,所得Fe-SiO₂介孔材料保留了介孔孔道的高度有序性和大比表面积（860~889 m2·g-1）,Fe在介孔Fe-SiO₂复合材料中主要以四配位骨架掺杂的形式存在;当rFe:Si=0.1时,其比表面积下降为526 m2·g-1,Fe以骨架内和骨架外氧化物的形式共存于介孔Fe-SiO₂复合材料中。所有介孔Fe-SiO₂复合材料在去除MB的实验中均表现出很大的吸附容量和优良的多相类芬顿催化能力。其中,rFe:Si=0.05时所获得的介孔Fe-SiO₂复合材料样品性能最佳,对高浓度MB（250 mg·L-1）的吸附和催化总量达到213 mgg-1。      

低负载量Pd/CeO2/γ-Al2O3催化剂用于低温催化氧化VOCs

采用直接吸附法制备了Pd负载量为0.03% (质量分数)的Pd/γ-Al₂O₃和Pd/CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂, 并用于评价VOCs的催化氧化性能。通过X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附(BET)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)等对催化剂的结构和表面性能进行了表征。结果表明, 在VOCs体积分数为0.1%, 空速(GHSV)为18000 mL/(g·h)条件下, Pd/CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂上甲苯、丙酮和乙酸乙酯实现98%转化率的温度分别为205、220和275 ℃, 比Pd/γ-Al₂O₃分别降低了15、15和20 ℃, 而且即使在较高的气体空速下, Pd/CeO₂/ γ-Al₂O₃催化剂仍能展现出优异的催化氧化性能, 且具有很好的稳定性和选择性。氧化铈的加入对材料的物理化学性质和催化活性有一定的影响, 其中Pd/CeO₂/γ-Al₂O₃含有Ce ³⁺和高含量的PdO, 活性物种主要以PdO形式均匀地分散在载体γ-Al₂O₃表面。另外, PdO与非化学计量的CeO₂之间的金属-载体相互作用增强了Pd/CeO₂/γ-Al₂O₃催化氧化性能。     

聚乙二醇聚合度对介孔η-Al2O3纤维形貌及吸附能力的影响

分别以2种不同聚合度的聚乙二醇（PEG）PEG600和PEG2000为模板导向剂,采用水热法合成η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）介孔纤维,借助XRD、TEM和N₂吸附测试对材料进行表征,研究了PEG聚合度对介孔η-Al₂O₃纤维性质的影响。通过静态吸附平衡实验考察了介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附特性。结果表明：2种模板导向剂均可用于合成介孔η-Al₂O₃纤维。PEG聚合度对介孔结构、比表面积、孔体积和孔径有较大影响。η-Al₂O₃（PEG600）的比表面积和孔体积分别为189.899 m²·g^-1和0.329 cm³·g^-1,分别是η-Al₂O₃（PEG2000）的1.4倍和1.2倍,平均孔径也比η-Al₂O₃（PEG2000）的大。2种介孔η-Al₂O₃纤维对亚甲基蓝的吸附机制均为多分子层吸附。根据BET多层分子吸附方程计算得η-Al₂O₃（PEG600）和η-Al₂O₃（PEG2000）对亚甲基蓝的平衡吸附量分别为256.391 3 mg·g^-1和204.045 9 mg·g^-1。     

离子液体中Co掺杂介孔TiO2可见光催化剂的制备及性能研究

以离子液体([C₄MIM]BF₄)为模板剂, 采用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO₂和Co掺杂的介孔TiO₂光催化剂。研究了Co掺杂对样品的比表面积、晶相、元素价态、吸光特性及可见光活性的影响。结果表明: 所制备的Co/TiO₂光催化剂为介孔结构的具有较大比表面积的锐钛矿相纳米颗粒; XPS分析表明: Co以Co²⁺取代Ti⁴⁺进入TiO₂晶格形成杂质能级, 降低了TiO₂带隙能, 有效拓展了TiO₂的光响应范围。以亚甲基蓝水溶液为降解对象, 在可见光 (λ>420 nm)下考察制备样品的光催化活性, 结果表明: Co掺杂的TiO₂具有可见光活性, 且0.3%Co/TiO₂的活性最高。     

N掺杂生物炭的制备及其对Co2+的吸附性能

在芦荟叶皮中加入尿素用水热法制备炭前驱体，然后将其以不同的终温热解制备出N掺杂生物炭(NBC_x)。使用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附仪(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和动电位分析仪(Zeta)等手段进行表征，研究其对废水中Co²⁺的吸附性能。结果表明：NBC_x的表面有明显的层块堆积。NBC_x具有分级多孔结构，芦荟叶皮与尿素的质量比为2∶1、热解终温为800℃时制备的NBC₈₀₀其比表面积为32 m²·g^-1，总孔体积为0.04 cm³·g^-1，其中非微孔比例高达75%。NBC₈₀₀表面含有丰富的含氧和含氮官能团，N含量和O含量(摩尔分数)分别高达3.89%和46.35%，可与Co²⁺发生离子交换、静电吸附、络合作用和共沉淀等反应。用Langmuir等温线模型能很好地描述NBC₈₀₀     

B掺杂MnO2的制备及其电化学性能

用一步水热法制备B³⁺掺杂Birnessite-MnO₂负极材料,使用XRD,Raman,SEM,TEM,XPS和恒电流充放电等手段表征了材料的结构和电化学性能。结果表明,B³⁺掺杂前后的MnO₂都是由二维纳米片组装而成的花球,B³⁺离子掺杂使纳米片的厚度减小,从而缩短了锂离子和电子在材料内部的传输路径;掺杂适量的B³⁺离子,使Birnessite-MnO₂的电荷转移电阻显著降低。B³⁺掺杂比例为9%的电极材料,具有最优的电化学性能。在电流密度为100 mA·g^-1和1000 mA·g^-1的条件下,首次充电比容量分别为855.1 mAh·g^-1和599 mAh·g^-1,循环100次后仍然保有805 mAh·g^-1和510.3 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率分别为94.1%和85.2%。     

铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MC_M),再把获得的MC_M与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC_MT)。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH₃、HF等有毒物质。由于MC_M含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MC_M和铁盐制备出的Fe-N/MC_MT含有丰富的、催化ORR的Fe-N_x活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16...