用于水中有机污染物处理的Co3O4/TiO2/多孔炭复合材料

具有高吸附、强降解、易回收特性的新型功能材料在治理水中有机污染物上具有广泛的应用前景。本研究以多孔Ti基MOF材料NH₂-MIL-125(Ti)为前体,通过后修饰方法在孔洞中引入Co²⁺,再通过高温炭化制备得到Co₃O₄/TiO₂/多孔炭复合材料,并通过多种手段对复合材料进行了表征。实验用甲基橙模拟水中有机污染物,研究了复合材料对甲基橙的吸附性能、光催化降解性能及回收再利用能力。研究结果表明复合材料对甲基橙的吸附过程符合准二级动力学方程,其吸附能力随着复合材料中Co₃O₄含量先增加后减小,C120（5.23% Co₃O₄/48.72%TiO₂/多孔炭）具有最强的平衡吸附量,达到273.22mg/g_sample。同时该样品对甲基橙也具有较强的光催化降解能力,并且由于Co₃O₄的强磁性,可以很容易地通过外磁场从水中分离。本工作为应用于有机废水处理的新型功能材料的开发提供了实验依据。     

镁掺杂四氧化三钴催化环己烷氧化初步研究

以金属有机骨架材料(ZIF-67)为前驱体负载氧化镁(MgO)，制备氧化镁/四氧化三钴(MgO/Co₃O₄)并用于环己烷催化氧化。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)、透射电镜(TEM)等表征技术对MgO/Co₃O₄催化剂进行系统研究。结果表明：低MgO负载量时，MgO与Co₃O₄颗粒均匀分布，两相之间的作用导致部分Mg离子掺杂进Co₃O₄骨架中；在高MgO负载量时，MgO发生严重的团聚，致使其与Co₃O₄的作用减弱。MgO/Co₃O₄-x的催化活性随MgO负载量的增加呈现先增强后减弱的趋势，MgO/Co₃O₄-0.6显示出最佳催化性能，环己烷转化率达到16.5%时，环己醇和环己酮选择性之和...     

Co3O4催化臭氧氧化降解水中酮基布洛芬的研究

以Co(NO₃)₂·6H₂O和尿素为原料制备了9种Co₃O₄催化材料，考察了其对水中酮基布洛芬(KTP)的催化臭氧氧化降解效能。结果表明，与单独臭氧氧化相比，所制备的Co₃O₄对水中KTP的催化臭氧氧化降解率提高了12.0%～63.8%，且在n[Co(NO₃)₂·6H₂O]:n(尿素)=4:1、煅烧温度400℃下制备得到的Co₃O₄催化剂催化活性最高。SEM、XRD、FTIR、XPS、BET等表征分析显示，该Co₃O₄催化剂表面呈覆盖细小微粒的球状颗粒，晶相为立方相，且表面含有丰富的羟基，表面羟基密度为1.075×10^-5 mol/m²。机理研究证实，Co₃O₄对水中KTP的非均相催化臭氧氧化降解...     

微波诱导SiC改性Co-Ce/Al2O3催化剂催化氧化甲苯性能的研究

采用共沉淀法制备SiC改性5%Co-2.5%Ce/Al₂O₃催化剂,研究了不同SiC负载量改性催化剂的吸波升温性能和催化氧化甲苯性能。结果表明,随着SiC负载量的增加,催化剂吸波升温性能逐渐增强。SiC最佳负载量为5%时,催化剂催化氧化甲苯性能最佳,催化剂具有较大的比表面积和适宜的微孔结构。甲苯催化氧化活性评价结果表明,5%Co-2.5%Ce/5%SiC-Al₂O₃催化剂对不同甲苯浓度具有较强适应性,对中低浓度的甲苯降解效果显著。空速低于15 000 h^-1时催化剂能发挥高效催化作用,微波功率在120～385 W有利于甲苯的催化氧化。     

Mn3O4催化协同低温等离子体再生处理工业废活性炭的研究

通过Mn₃O₄催化协同低温等离子体再生废活性炭,考察了放电电压、气体流速、放电时间对甲苯降解率的影响。结果表明,Mn₃O₄催化协同低温等离子体提高甲苯降解率,在电压为12 kV、气体流速为0.5 L/min,放电时间为30 min时,降解率达到最大,为99.78%。通过对吸附复杂污染物的工业废活性炭的研究,Mn₃O₄催化协同低温等离子体提高了VOCs的降解率,表明Mn₃O₄催化协同低温等离子体方法可行。     

氧化还原法制备Mn3O4催化剂及其甲苯催化氧化性能与机理研究

在氧化还原法制备α-MnO₂的基础上，通过控制焙烧温度和气氛制备了Mn₃O₄催化剂，系统考察了其甲苯催化性能。结果显示，Mn₃O₄催化性能优于MnO₂，并且在230℃下保持转化率90%以上稳定运行100 h。原位红外等表征结果表明，与MnO₂相比，Mn₃O₄具有适当的氧化还原能力、更高的晶格氧活性、更多的表面吸附氧和更强的甲苯吸附能力，促使催化剂表面苯甲酸物种的快速转化，进而提高其甲苯催化性能。本研究可为锰基催化剂的制备及其甲苯催化氧化性能提升机理研究提供参考。     

不同形貌氧化钴活化过一硫酸盐降解硝基酚

通过控制形貌制备具有高活性晶面的金属氧化物可提高硝基酚的降解效果,以硝酸钴和乙酸钴为原料,制备了八面体、立方块和棒状Co₃O₄,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对催化剂进行表征,表明合成的Co₃O₄粒径均匀、纯度较高。以3种不同形貌的Co₃O₄为催化剂,在pH值为8.0条件下活化过一硫酸盐（PMS）降解不同种类的硝基酚,采用高效液相色谱和总有机碳分析仪测定反应前后硝基酚和总有机碳含量（TOC）变化。3种Co₃O₄在Co₃O₄/PMS体系降解硝基酚时表现出不同的催化活性：棒状Co₃O₄ > 立方块Co₃O₄ > 八面体Co₃O₄,并且对不同硝基酚的降解效率存在显著的差异性。3种Co₃O₄在pH值为8.0下活化PMS所析出的Co²⁺含量较低,且均表现出良好的循环利用性。自由基淬灭实验和电子自旋共振（ESR）测试表明Co₃O₄/PMS体系降解硝基酚是通过自由基和非自由基机制共同协作完成的,起作用的活性氧化物种主要为羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基（SO₄^·-）和单线态氧（¹O₂）。     

MxOy/USY双功能催化剂对神东煤的快速热解产物的调控

以USY分子筛为载体,采用等体积浸渍法分别制备了NiO、Fe₂O₃、Co₃O₄、MoO₃负载量均为9%的M_xO_y/USY双功能催化剂,并借助ICP、XRD、BET、TEM、NH₃-TPD、TG等分析手段对催化剂进行表征。使用自建的粉-粒流化床对神东煤进行快速催化热解实验,结果表明：①M_xO_y/USY使气体产物收率提高,液体产物收率降低,催化剂的积炭量增加,对半焦的产率基本没有影响;②M_xO_y/USY使CH₄、CO的收率均不同程度地提高,但H₂、C₂的收率皆有所降低;焦油中脂肪烃、单环芳烃、酚类化合物、含氧化合物的含量大幅增加,萘类化合物、联（多）苯的含量显著减少;③M_xO_y/USY的调控作用存在差异性。其中,Fe₂O₃/USY、Co₃O₄/USY的产物调控作用相似,但Fe₂O₃/USY的气体选择性更高,气体总收率提高23%;NiO/USY使C₃收率提高79%,CO₂收率降低91%,使焦油中脂肪烃、酚类、含氧化合物的含量分别增加1555%、739%、412%,萘类化合物的含量减少46%;MoO₃/USY使稠环芳烃的含量增加8%。     

等离子体辅助快速合成磁性Fe3O4/NaA复合材料及其CO2吸附性能

吸附法是捕集分离CO₂等温室气体的重要方法,磁性复合材料能实现气固相快速分离而备受关注。本文利用介质阻挡放电等离子体处理方法,分别对磁性Fe₃O₄和分子筛前体进行处理,再通过水热法快速制备了Fe₃O₄/NaA复合材料。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜和元素扫描等技术进行了表征,并考察了复合材料中Fe₃O₄/NaA含量比对CO₂吸附性能和磁性能的影响。结果显示,当Fe₃O₄的质量分数为23.2％时,Fe₃O₄/NaA复合材料既具有优异CO₂吸附能力（2.10mmol/g）,又具有较好的磁性（25.92emu/g）,同时CO₂吸附-脱附循环稳定性高,是一种新型磁性CO₂吸附剂。在采用流化床吸附捕集CO₂技术中,有望实现气固高效磁分离。     

Co3O4-MMT催化剂的制备及其N2O催化分解性能

以MMT为载体，采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co₃O₄-MMT催化剂。采用N₂物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征，并在连续流动微反装置上考察其N₂O催化分解性能。结果表明，与Co₃O₄催化剂相比，Co₃O₄-MMT催化剂的比表面积显著增大，且活性组分Co₃O₄具有较高的分散状态。Co₃O₄-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降，其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性，其活性远高于Co₃O₄催化剂，同时，该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。     

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。     

Co3O4/CeO2 composite oxides for methane emissions abatement: Relationship between Co3O4–CeO2 interaction and catalytic activity

Co₃O₄/CeO₂ composite oxides with different cobalt loading (5, 15, 30, 50, 70 wt.% as Co₃O₄) were prepared by co-precipitation method and investigated for the oxidation of methane under stoichiometric conditions. Pure oxides, Co₃O₄ and CeO₂ were used as reference. Characterization studies by X-ray diffraction (XRD), BET, temperature programmed reduction/oxidation (TPR/TPO) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were carried out.

An improvement of the catalytic activity and thermal stability of the composite oxides was observed with respect to pure Co₃O₄ in correspondence of Co₃O₄–CeO₂ containing 30% by weight of Co₃O₄. The combined effect of cobalt oxide and ceria, at this composition, strongly influences the morphological and redox properties of the composite oxides, by dispersing the Co₃O₄ phase and promoting the efficiency of the Co³⁺–Co²⁺ redox couple. The presence in the sample Co₃O₄(30 wt.%)–CeO₂ of a high relative amount of Ce³⁺/(Ce⁴⁺ + Ce³⁺) as detected by XPS confirms the enhanced oxygen mobility.

The catalysts stability under reaction conditions was investigated by XRD and XPS analysis of the used samples, paying particular attention to the Co₃O₄ phase decomposition. Methane oxidation tests were performed over fresh (as prepared) and thermal aged samples (after ageing at 750 °C for 7 h, in furnace). The resistance to water vapour poisoning was evaluated for pure Co₃O₄ and Co₃O₄(30 wt.%)–CeO₂, performing the tests in the presence of 5 vol.% H₂O. A methane oxidation test upon hydrothermal ageing (flowing at 600 °C for 16 h a mixture 5 vol.% H₂O + 5 vol.%O₂ in He) of the Co₃O₄(30 wt.%)–CeO₂ sample was also performed. All the results confirm the superiority of this composite oxide.     

超稳Y型分子筛的骨架硅铝比对甘油气相脱水反应的影响

以铵交换和高温水热处理法制备了不同硅铝比的超稳Y型分子筛（USY）,利用X射线衍射、扫描电镜、氮气吸附脱附和吡啶红外等技术对USY进行了表征。以USY为催化剂,考察了USY的骨架硅铝比对气相甘油脱水制丙烯醛的影响。X射线衍射和扫描电镜结果表明,铵交换和高温水热处理只是提高USY的硅铝比,相对结晶度略有降低,而对Y型分子筛的结构和形貌没有影响。氮气吸附-脱附和吡啶红外结果表明,随USY骨架SiO₂/Al₂O₃比提高,总酸量和B酸酸量逐渐降低,L酸酸量有所增多,介孔孔体积和平均孔径有所增大。气相甘油脱水反应结果表明,催化剂织构性质对甘油转化率和丙烯醛选择性的影响大于酸性的影响,因而SiO₂/Al₂O₃比为29的USY催化剂的反应性能最好,甘油转化率和丙烯醛收率分别达到了84.5%和51.8%。     

加热时间对Co_3O_4颗粒光催化性能的影响

以Co(NO_3)_2·6H_2O和CO(NH_2)_2为原料,十六烷基三甲基溴化铵为活性剂,采用水热-热分解法在不同加热时间(2 h、3 h、4 h、5 h)条件下制备纯相尖晶石结构的Co_3O_4颗粒。利用X射线衍射和电子扫描电镜研究Co_3O_4颗粒的结构和形貌,并以甲基橙为模拟废水,研究加热时间对Co_3O_4颗粒光催化性能的影响。结果表明,加热时间对Co_3O_4颗粒形貌影响很大,并直接影响其光催化性能。加热时间5 h制备的Co_3O_4结构疏松多孔,光催化性能最好,光照20 min,甲基橙降解率达95%。     

Ultrasound-assisted co-precipitation synthesis of mesoporous Co3O4–CeO2 composite oxides for highly selective catalytic oxidation of cyclohexane

The one-step highly selective oxidation of cyclohexane into cyclohexanone and cyclohexanol as the essential intermediates of nylon-6 and nylon-66 is considerably challenging. Therefore, an efficient and low-cost catalyst must be urgently developed to improve the efficiency of this process. In this study, a Co₃O₄–CeO₂ composite oxide catalyst was successfully prepared through ultrasound-assisted co-precipitation. This catalyst exhibited a higher selectivity to KA-oil, which was benefited from the synergistic effects between Co³⁺/Co²⁺ and Ce⁴⁺/Ce³⁺ redox pairs, than bulk CeO₂ and/or Co₃O₄. Under the optimum reaction conditions, 89.6% selectivity to KA-oil with a cyclohexane conversion of 5.8% was achieved over Co₃O₄–CeO₂. Its catalytic performance remained unchanged after five runs. Using the synergistic effects between the redox pairs of different transition metals, this study provides a feasible strategy to design high-performance catalysts for the selective oxidation of alkanes.     

SiO2负载钴系催化剂的环己烯环氧化性能

采用沉积沉淀法制备不同负载量的SiO₂（硅胶）负载钴氧化物催化剂,采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）、N₂吸脱附等手段对催化剂进行表征,结果表明钴系氧化物为Co₃O₄,并且钴氧化物均匀地负载在SiO₂（硅胶）载体上,其活性组分的粒子大小集中分布在2～10nm。将制备的催化剂应用于环己烯环氧化反应,以环己烯、分子氧为原料,异丁醛为催化助剂,N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为反应溶剂,在高压釜中进行。同时将SiO₂负载钴氧化物催化剂与不同载体上制备的钴系催化剂进行比较,发现催化剂用量0.20g、环己烯2.00g、异丁醛3.50g、反应温度50℃、反应时间5h、氧气压力4MPa时,环己烯的转化率和环氧环己烷的选择性分别可达到66.56%和71.03%。     

硼掺杂Co3O4海胆状微球的制备及其乙醇气敏强化机制

四氧化三钴（Co₃O₄）是一种p型半导体,可作为气体传感材料。非金属硼（B）具有吸电子特性,将其与p型半导体气敏材料进行掺杂,可增加材料的空穴载流子浓度,从而提高材料的气敏性能。本文以六水合硝酸钴[Co(NO₃)₂·6H₂O]、硼酸（H₃BO₃）和尿素[CO(NH₂)₂]为原料,采用低温一步水热法成功制备了B掺杂Co₃O₄海胆状微球。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和拉曼光谱仪（Raman）对掺杂B前后的Co₃O₄进行结构表征,探究B掺杂对其气敏性能的影响。结果表明：B掺杂对Co₃O₄材料的气敏性能有明显的强化作用。当掺杂摩尔比为Co∶B=8∶1时,B-Co₃O₄对1×10⁵μg/L乙醇的最佳工作温度为180℃,灵敏度响应达到26.8,是相同条件下纯Co₃O₄的4.4倍。B-Co₃O₄在较低的工作温度下,具有良好的灵敏度、选择性和稳定性,是一种性能优良的气敏材料。     

负载型Pt-Fe/Al2O3催化剂用于室温催化氧化甲醛

采用胶体沉积法制备不同载体（Ni₂O₃、Co₃O₄、TiO₂、Al₂O₃）的Pt-Fe/MeO_x催化剂用于甲醛室温催化氧化。活性测试表明,以γ-Al₂O₃为载体的Pt-Fe/Al₂O₃催化剂具有较高的催化活性,在25℃时甲醛的转化率可达到100%,而且Pt-Fe/ Al₂O₃催化剂还表现出良好的稳定性。采用各种表征技术对Pt-Fe/Al₂O₃的形貌、价态及氧化还原性等物理化学性质进行了研究,结果表明：Pt-Fe/Al₂O₃催化剂中Pt物种和Fe物种在Al₂O₃载体的表面上均匀分散;二者之间存在着较强的相互作用,在Al₂O₃载体的表面上形成一些类似Pt-O-Fe活性物种,有效促进了Pt-Fe/Al₂O₃催化性能,从而显示出较高的氧化活性。     

MeMo/USY催化剂对神东煤热解产物的调控

以USY分子筛为载体,通过等体积浸渍MoO₃、Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO四种过渡金属氧化物,制备了Mo/USY、FeMo/USY、CoMo/USY、NiMo/USY催化剂,并借助ICP、XRD、BET、NH₃-TPD、TG等手段对催化剂进行表征。使用粉-粒流化床进行神东煤的催化热解实验,考察了过渡金属氧化物对USY的改性作用及其对热解产物的影响。结果表明：不同催化剂作用下,半焦收率基本保持在65%左右;与SiO₂相比,USY分子筛使焦油中酚类化合物含量从36.95%减少到5.08%,萘类化合物含量从8.24%增加到72.76%;与USY相比,Mo/USY使气体、液体产物的收率分别降低了4.4个百分点、30.0个百分点,萘类含量减少了18.5个百分点;Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO对Mo/USY的改性作用明显,降低了催化剂的积炭率,提高了CH₄、C₂、C₃、CO₂的收率和气体总收率;FeMo/USY促进了产物的芳构化和萘类的生成;CoMo/USY促进了产物的芳构化反应,抑制了萘类的生成反应;NiMo/USY抑制了产物的芳构化反应、萘类的生成反应。