高热稳定性α-氧化铁的宏量制备及其电化学性能研究

氧化铁(Fe2O3)是一种重要的n型半导体材料,被广泛应用于染料、废水处理、光催化和锂离子电池等领域。采用水热法合成了不同直径大小的片状结构的α-氧化铁,其中大尺寸的片状α-氧化铁在1000℃仍能保持原有的表观颜色和形态,证明了其具有高热稳定性,在油漆、染料等领域具有较大的应用潜力。研究了氢氧化钠与三氯化铁溶液浓度及其混合顺序对α-氧化铁材料性能的影响,并且分析了片状α-氧化铁的带隙、锂离子电池性能及粉体表观颜色与颗粒尺寸的依赖关系。结果表明,通过调整氢氧化钠溶液的浓度和氢氧化钠与三氯化铁的滴加顺序可以得到不同尺寸的片状α-氧化铁,α-氧化铁的颜色随着其颗粒尺寸的增大而加深,带隙随着颗粒尺寸的减小呈现上升趋势,并且纳米级颗粒相对于微米级颗粒会提高锂离子电池的实际容量。该研究有助于研发α-氧化铁的宏量制备工艺及发掘其在电化学、陶瓷釉料、颜料等方面的应用,对降低传统能源活动的碳排放、推动中国早日实现“双碳”的国家目标具有重要的意义。     

镂空α-氧化铁纳米带制备及其光催化性能研究

采用煅烧三聚氰胺硝酸铁超分子水凝胶前驱体的方法,成功制备了新型镂空纳米带状α-氧化铁（NB-α-Fe₂O₃）。以NB-α-Fe₂O₃为光催化剂,讨论了催化剂用量和过氧化氢用量对光催化降解罗丹明B（RhB）的影响,并考察了催化剂的稳定性。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（HR-TEM）、比表面积测试仪（BET）和X射线光电子能谱仪（XPS）等对α-氧化铁的形貌、结构和组成进行了分析。结果显示,制备的氧化铁属于α晶相,具备较好的结晶度,是由粒径为40~70 nm的颗粒组装成镂空纳米带状结构。通过考察不同催化剂用量和过氧化氢用量对光催化降解RhB效果的影响,发现适宜的催化剂用量为30 mg、过氧化氢用量为0.5 mL。在适宜条件下NB-α-Fe₂O₃催化剂可见光降解RhB循环4次后降解率仍达到96.8%。制备的NB-α-Fe₂O₃具有良好的光催化活性与稳定性。     

蒸压参数与杂质对磷石膏制备α-半水石膏的影响

通过分析磷石膏蒸压后样品的物相组成、相对结晶度、烘干抗压强度、微观形貌,研究了蒸压温度、保温时间、液固比、杂质等因素对磷石膏蒸压制备α-半水石膏的影响。结果表明：磷石膏蒸压后所得样品的烘干抗压强度与α-半水石膏晶体的相对结晶度呈正相关关系;在蒸压温度为130 ℃、保温时间为3~5 h、液固质量比为0.25条件下,所得α-半水石膏的相对结晶度高、烘干抗压强度大、晶体微观形貌完整且长径比小;磷石膏中的杂质会对蒸压样品的力学强度产生影响,将磷石膏水洗处理后,在蒸压温度为130 ℃、保温时间为3 h、液固质量比为0.25条件下,可制得2 h抗折强度为7.3 MPa、烘干抗压强度为32.8 MPa的α-半水石膏,该α-半水石膏符合JC/T 2038—2010《α型高强石膏》α30强度等级的要求。     

γ-氧化铁/山梨酸/银-二氧化钛的制备及抗菌性能

采用溶胶凝胶-水热法制备了γ-氧化铁/山梨酸/银-二氧化钛催化剂。以可见光驱动下对大肠埃希氏菌的对数去除率为评价指标,获得了催化剂的最佳制备参数：n（银）/n（钛）=0.03、n（山梨酸）/n（钛）=0.2、水热温度为160 ℃、水热时间为12 h。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、BET法比表面积（BET）、高倍扫描电镜（FESEM）等表征方法对其结构、表面特性、光学性能和磁性性能进行分析。催化剂的物化性能优异：构成为纯锐钛矿二氧化钛、顺磁性γ-氧化铁和单质银,山梨酸以单齿方式与二氧化钛结合;外观为类球形构成的比表面积为125.726 m²/g的介孔结构;可响应200~800 nm全波段光;是饱和磁化强度为10.478 A·m²/kg的超顺磁材料。自由基淬灭试验确定活性氧（ROS）影响抗菌活性的顺序从大到小依次为·OH、O₂^·-、h⁺。自由基、游离银离子和山梨酸构成协同抗菌体系,使催化剂在可见光和黑暗条件下均具有良好的抗菌活性,对数去除率分别为5.91和2.54。     

磷石膏基复合相变材料的制备及储热性能研究

以磷石膏为原料,采用常压盐溶液法在硝酸镁溶液中制备α-半水石膏,以凹凸棒土和聚氨酯为载体、十水硫酸钠和结晶乙酸钠二元共晶水合盐为相变材料,采用真空吸附法制备定形相变材料,然后将α-半水石膏与定形相变材料复合制备磷石膏基相变材料,并考察了其机械强度和储放热性能。结果表明,由磷石膏制备的α-半水石膏抗折、抗压强度分别为8.9、36.8 MPa,定形相变材料的相变温度为28.5 ℃,相变焓为82.6 J/g。由于掺入相变材料导致石膏晶体结合点减少,磷石膏基相变材料抗压强度降低,但其仍然能够达到建筑石膏的使用要求。升、降温实验结果表明,磷石膏复合相变材料与纯磷石膏保温箱相比,温差为8.9 ℃,具有一定的储能效果。     

（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。     

η-Al2O3与γ-Al2O3在CS2催化水解反应中的性能比较

通过制备高纯度的前驱体湃铝石获得了η-Al₂O₃材料,采用XRD验证了η-Al₂O₃与γ-Al₂O₃在晶相结构上的差异,比较了两者的表面形貌、织构及酸碱性能,结果显示,η-Al₂O₃与γ-Al₂O₃的比表面积相当,但η-Al₂O₃具有更弱的弱碱位和较少的强碱位,并拥有丰富的中等强度酸性位。将η-Al₂O₃与γ-Al₂O₃作为催化剂应用于CS₂水解反应,结果表明,在(200~450) ℃测试温度范围内,η-Al₂O₃催化剂对CS₂的水解活性始终优于γ-Al₂O₃,两种催化剂上CS₂反应的浓度效应也明显不同,推测与它们的酸碱性质影响了对CS₂的吸附能力有关,导致两者催化CS₂水解反应遵循了不同的机制。     

水热法合成二氧化锰及其对染料的脱色性能研究

采用水热法以十二烷基苯磺酸钠为模板合成二氧化锰,并研究水热温度对二氧化锰的结构和染料脱色性能的影响,以及样品投加量和染料溶液的pH对二氧化锰染料脱色性能的影响。结果表明:当水热温度为110 ℃时,得到2~8 μm球状γ-二氧化锰,对亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RhB）的脱色效果最好。当其投加量为6 g/L时,分别对50 mg/L的MB和RhB脱色率达到86.95%和76.07%。强酸和强碱条件下其对MB的脱色率有明显的提升,二氧化锰对MB的吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温模型;强酸条件下其对RhB的脱色率有明显的提升,对RhB的吸附过程符合Freundlich等温模型。二氧化锰样品可循环使用,循环吸附3次后对MB和RhB的吸附量分别减少1.08 mg/g和2.66 mg/g。     

Pt/Pt-Ce/γ-Al2O3催化氧化甲苯研究

通过等体积浸渍法制备单贵金属Pt/γ-Al₂O₃和双金属Pt-Ce/γ-Al₂O₃催化剂,考察Ce对催化剂活性的影响,确定催化剂最优配比。结果表明,当Pt的负载量为质量分数0.5%时,Pt/γ-Al₂O₃催化活性最高;当Pt的负载量为质量分数0.2%,Ce的负载量为质量分数1.0%时,Pt-Ce/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性最高。Pt-Ce/γ-Al₂O₃催化剂的甲苯转化率高于Pt/γ-Al₂O₃催化剂。随着Pt负载量增大,催化剂孔容、孔径减小。粉体式催化剂性能优于整体式催化剂,但差别不大;Ce的添加有助于催化剂活性的提升。     

纳米γ-氧化铁的制备及其吸附性能研究

以硝酸铁和十二烷基三甲基溴化铵为原料,采用固相法制备了γ-氧化铁纳米粒子。通过X射线衍射、氮气吸附-脱附、磁性测试等手段对γ-氧化铁样品进行了表征。研究了γ-氧化铁对有机染料直接耐酸大红4BS的吸附性能。结果表明,制备的γ-氧化铁样品为γ-氧化铁纳米粒子,平均晶粒尺寸为18.5 nm;γ-氧化铁的比表面积为83.2 m ²/g,孔容为0.25 cm ³/g,最可几孔径为3.8 nm,属于介孔范围;γ-氧化铁的最大饱和磁化强度为63.7 A·m ²/kg;介孔γ-氧化铁对直接耐酸大红4BS的吸附过程符合准二级吸附动力学模型;γ-氧化铁对直接耐酸大红4BS的吸附符合Langmuir吸附等温式,极限吸附量为113.3 mg/g;将γ-氧化铁脱附处理后可重复使用。     

Magnetic properties of Y–Fe–O ultrafine particles containing YFe(3+x)O1.5(4+x) synthesized by rf thermal plasma

Y–Fe–O ultrafine particles containing YFe_(3+x)O_1.5(4+x), -Fe₂O₃, and γ-Fe₂O₃(Fe₃O₄) were fabricated using a thermal plasma evaporation method with rf Ar–O₂. To determine if YFe_(3+x)O_1.5(4+x) in the particles is a ferri-, ferro-, or paramagnetic compound at room temperature (R.T.), the magnetic properties of these particles at R.T. were studied using X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometer (VSM), and Mössbauer spectrometry. VSM results showed that the saturation magnetization of particles at R.T. increased after the Curie point (CP) measurement at reduced pressure (4×10⁻³ Pa) from R.T. to an upper limit temperature higher than 460 °C. The saturation magnetization of particles at R.T. after the CP measurement at reduced pressure from R.T. to 700 °C was larger than that from R.T. to 600 °C. In the XRD patterns, the relative quantities of h-YFeO₃ and γ-Fe₂O₃(Fe₃O₄) to that of YFe_(3+x)O_1.5(4+x) increased after the CP measurement at reduced pressure from R.T. to 700 °C, indicating that the saturation magnetization at R.T. increased as the relative quantity of γ-Fe₂O₃(Fe₃O₄) increased. The relative quantities of h-YFeO₃ and γ-Fe₂O₃(Fe₃O₄) to that of YFe_(3+x)O_1.5(4+x) after the CP measurement depended on Fe/Y of the particles, indicating that the increase in saturation magnetization at R.T. after the Curie point measurement depended on the increase in relative quantity of γ-Fe₂O₃(Fe₃O₄). Mössbauer spectrometry before and after the CP measurements showed that YFe_(3+x)O_1.5(4+x) exhibited only a single type of quadrupole splitting and no magnetic splitting, indicating that YFe_(3+x)O_1.5(4+x) is a paramagnetic compound.     

介孔氧化铝的结构调控及除氟性能研究

以铝酸钠（NaAlO₂）和氯化铝（AlCl₃·6H₂O）为铝源,分别以葡萄糖、壳聚糖、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为结构导向剂,采用水热反应和高温煅烧技术制备了纳米氧化铝粉体材料。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气吸附-脱附和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段对产物进行了表征。结果表明,产物均为介孔γ-氧化铝（γ-Al₂O₃）,呈纳米颗粒状形貌,分散较为均匀。其中,葡萄糖调控的γ-氧化铝具有较大的比面积（437 m ²/g）和孔体积（0.60 cm ³/g）。4种γ-氧化铝对氟离子（F ^-）的吸附结果表明,葡萄糖调控的γ-氧化铝除氟效果最好。     

TPR and XRD studies of yttria-doped ceria/γ-alumina-supported copper oxide catalyst

Yttria-doped ceria (YDC) and pure ceria (CeO₂), respectively, were deposited on γ-alumina (γ-Al₂O₃) using the impregnation method; then, copper oxide was also supported on them by employing the impregnation method. For comparison, CuO/γ-Al₂O₃ catalysts were prepared in this work. The catalysts were characterized by temperature-programmed reduction (TPR) and X-ray diffraction (XRD). For CuO/γ-Al₂O₃ catalysts, two TPR peaks, namely β and γ, were observed. These have been attributed to the reduction of highly dispersed copper oxide species and bulk-like copper oxide, respectively. For CuO/CeO₂/γ-Al₂O₃ and CuO/YDC/γ-Al₂O₃ catalysts, four TPR peaks, namely ₁, ₂, β′ and γ′, could be observed. The peaks with lower peak temperatures as compared to those of β′ and γ′ peaks have been attributed to the reduction of interface-boundary copper oxide species that contact closely and interact strongly with the supported ceria or YDC. Crystal sizes calculated from XRD measurements confirmed that yttria (Y₂O₃) addition could lead to crystal growth of ceria and correspondingly enhance the dispersion of the supported copper oxide due to the partition of YDC crystallite. Hence, this work shows that supported YDC and ceria can act bi-functionally as a textural promoter as well as a structural promoter.     

α-Fe2O3/煤矸石复合光催化剂的制备及其降解五氯酚性能的研究

以Fe（NO₃）₃、煤矸石和NaOH为原料,采用沸腾回流法制得了一系列不同质量比的α-Fe₂O₃/煤矸石复合光催化剂。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射仪（XRD）及紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等多种手段对产物做了表征。以五氯酚为目标降解物,考察了模拟太阳光照下样品的光催化效果。结果表明,将球形α-Fe₂O₃负载于改性煤矸石表面可有效提高其光催化活性,且α-Fe₂O₃/煤矸石复合光催化剂的性能与α-Fe₂O₃的含量有关,当α-Fe₂O₃与煤矸石的质量比为30∶100时,样品的光催化效果最佳,180 min内即可将五氯酚降解完全。此外,α-Fe₂O₃/煤矸石复合光催化剂还具有可重复使用的特点。     

Oxygen transport in ferrite-based ceramic membranes: Effects of alumina sintering aid

Moderate additions of Al₂O₃ to strontium ferrite-based mixed conductors, such as SrFe_0.7Al_0.3O_3−δ and La_0.2Sr_0.8Fe_0.8Ga_0.2O_3−δ with the composition close to the solid solution formation limits, make it possible to improve ceramics sinterability, to increase oxygen permeability and to decrease thermal expansion. These effects are associated with the segregation of alumina-rich phases, primarily SrAl₂O₄, and the formation of A-site cation-deficient perovskite. The improved properties of the SrFe_0.7Al_0.3O₃-based material were used to fabricate high-quality tubular membranes for methane conversion reactors. Similar enhancement in sinterability is also observed for another promising parent material of mixed-conducting membranes, La_0.5Sr_0.5FeO_3−δ. However, extensive dissolution of Al³⁺ cations in the iron sublattice, creation of A-site vacancies and changing the La:Sr concentration ratio all lead to decreasing ionic transport in La_0.5Sr_0.5FeO_3−δ. As a result, additions of either Al₂O₃ or SrAl₂O₄ have a deteriorating influence on the oxygen permeation fluxes through La_0.5Sr_0.5FeO₃-based ceramics.     

CO气相偶联合成草酸二甲酯Pd/α-Al2O3催化剂失活与再利用

作为合成气制乙二醇关键步骤之一,CO与亚硝酸甲酯合成草酸二甲酯备受关注。综述了近年来CO气相偶联合成草酸二甲酯Pd/α-Al₂O₃催化剂失活与再利用研究进展,探讨催化剂再利用工艺存在的问题,指出应根据在工业应用中出现的问题对Pd/α-Al₂O₃催化剂进行失活研究,在此基础上开发针对性的再生工艺;钯催化剂回收方面萃取法和吸附法逐渐成为研究重点,高效、低耗、短流程绿色工艺的开发是失活钯催化剂再利用的发展方向。