刘亚男
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王瑞霞
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杨正坤
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杜虹
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姜一帆
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申丛丛
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梁况
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徐安武
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60985-8
随着科学技术的不断进步和经济的快速发展,人类对自然资源的需求量越来越大,在开发利用自然资源的同时,大量的有机污染物也随之进入自然环境.这些物质不仅污染环境、破坏生态,更对人类的生活和健康带来了巨大的威胁.研究证实,半导体光催化剂在光照条件下可以破坏有机污染物的分子结构,最终将其氧化降解成CO2、H2O或其它不会对环境产生二次污染的小分子,从而净化水质.近年来,有关光催化降解有机污染物的报道日益增多. ZnO作为一种广泛研究的光催化降解材料,因其无毒、低成本和高效等特点而具有一定的应用前景.但是ZnO较大的禁带宽度(3.24 eV)导致其只能吸收紫外光部分,而对可见光的吸收效率很小,极大地制约了其实际应用.除此之外, ZnO受光激发产生的电子-空穴分离效率较低、光催化过程中的光腐蚀严重也是制约其实际应用的重要因素.为了提高ZnO的光催化活性和稳定性,本文合成了用g-C3N4修饰的氧空位型ZnO(g-C3N4/Vo-ZnO)复合催化剂,在有效调控ZnO半导体能带结构的同时,通过负载一定量的g-C3N4以降低光生电子-空穴对的复合速率和反应过程中ZnO的光腐蚀,增强催化剂的光催化活性和稳定性.本文首先合成前驱体Zn(OH)F,然后焙烧三聚氰胺和Zn(OH)F的混合物得到g-C3N4/Vo-ZnO复合催化剂,并采用电子顺磁共振波谱(EPR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、高分辨透射电镜(HRTEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征了它们的结构及其性质. EPR结果表明,ZnO焙烧后具有一定浓度的氧空位,导致其禁带宽度由3.24 eV降至3.09 eV,因而提高了ZnO对可见光的吸收效率. UV-vis结果显示, Vo-ZnO复合g-C3N4后对可见光的吸收显著增强. HRTEM和FT-IR结果均表明, g-C3N4纳米片和Vo-ZnO颗粒之间通过共价键形成了强耦合,这对g-C3N4/Vo-ZnO复合催化剂中光生载流子的传送和光生电子-空穴对的有效分离起到重要作用.可见光催化降解甲基橙(MO)和腐殖酸(HA)的实验进一步证明, g-C3N4/Vo-ZnO复合材料具有较好的光催化活性,优于单一的g-C3N4或Vo-ZnO材料.同时还发现, g-C3N4的负载量对光催化活性有显著影响,当氮化碳的负载量为1 wt%时,所制材料具有最高的光催化活性：可见光照射60 min后,MO降解率可达到93%, HA降解率为80%.复合材料光催化活性的增强一方面是因为氧空位的形成减小了ZnO的禁带宽度,使得ZnO对可见光的吸收能力大大增强；另一方面, g-C3N4和Vo-ZnO的能带符合了Z型催化机理所需的有效能带匹配,使得光生电子-空穴对得到了有效的分离,从而提高了光催化活性.降解MO的循环实验表明, g-C3N4/Vo-ZnO催化剂具有很好的稳定性且不容易发生光腐蚀.与此同时,我们对比了用不同方法制备的g-C3N4/ZnO材料的催化性能.结果显示,本文制备的g-C3N4/Vo-ZnO复合材料具有更好的降解效率.总体而言,对于降解有机污染物, g-C3N4/Vo-ZnO可能是一个更为有效可行的催化体系.此外,本文也为设计与制备其他新型光催化剂提供了一条新的思路.
关键词:
氧空位氧化锌
,
石墨化氮化碳
,
复合光催化剂
,
光降解
,
Z型
王润琴
,
林荣和
,
丁云杰
,
刘佳
,
罗文婷
,
杜虹
,
吕元
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60202-3
通过两种水热处理方式，即800 oC水汽条件和100 oC沸水处理，考察了一锅法制备的FePO4–SBA-15(OP)的水热稳定性.水热处理前后样品的结构变化通过小角X射线衍射和N2物理吸附表征.研究发现，经水热条件下原位生成FePO4修饰后的OP样品具有良好的水热稳定性，并且FePO4的担载量(5%和40%)对OP样品的水热稳定性几乎没有影响.这与文献报道的金属担载量会影响介孔材料水热稳定性的结果不同.此外，还对比研究了浸渍法制备的FePO4/SBA-15(IMP)和商品SBA-15的水热稳定性.结果表明，各样品水热稳定性由强到弱的顺序是OP>IMP>>SBA-15. OP和IMP样品水热稳定性优于纯硅分子筛SBA-15的原因可能是FePO4保护层能抑制介孔材料在水热环境下的结构塌陷. OP样品水热稳定性较IMP样品好的原因可能主要是由于OP样品中存在稳定的Si–O–Fe键和较多的微孔.
关键词:
磷酸铁
,
SBA-15
,
介孔材料
,
水热稳定性
,
水蒸气
,
金属担载量
朱飞龙
,
李庚英
,
杜虹
,
崔鹏飞
,
吴亚庆
,
刘海峰
功能材料
某些微生物能诱导沉积出具有胶凝和矿化作用的碳酸钙,可以用来修复和密实水泥基材料.但是目前微生物沉积技术工艺复杂,成本高,不利于推广和工程应用.尝试采用水泥砂浆粉作为覆膜载体,利用巴斯德芽孢杆菌对水泥砂浆进行表面处理.研究结果表明,采用该方法能使巴斯德芽孢杆菌在水泥试块表面诱导沉积出碳酸钙,有效减少水泥砂浆的吸水性能.当微生物采用含有尿素的培养基培养时,表面改性后的水泥砂浆吸水系数降低了58％.采用压汞测试仪(MIP)分析了处理前后水泥试块表层的孔隙率以及孔结构特征.发现采用巴斯德芽孢杆菌处理后,样品孔隙率显著降低,大孔的含量显著减少,当微生物采用含有尿素的培养基培养时,总孔隙率降低了40％.X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)分析表明,经微生物技术处理后水泥试块内部的孔洞和裂缝被球霰石和方解石填充.
关键词:
微生物沉积技术
,
水泥砂浆
,
吸水系数
,
孔隙率
杜虹
,
徐国财
,
熊金钰
,
赵淑贤
机械工程材料
用超声辐射不含引发剂、还原剂而仅含有银盐的甲基丙烯酸甲酯乳液,原位合成了纳米Ag/PMMA复合粒子,对其进行了FTIR、HRTEM、XRD表征.结果表明:以纳米银为核的复合粒子具有很好的分散性,且纳米银为多晶体,结晶为高度有序的结构.
关键词:
超声辐射
,
乳液聚合
,
纳米复合粒子
,
聚甲基丙烯酸甲酯
裴彦鹏
,
丁云杰
,
朱何俊
,
杜虹
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60252-7
采用费托合成反应以及X射线衍射、H2程序升温还原、CO脉冲化学吸附和N2物理吸附表征手段研究了SiO2助剂对活性炭负载的钴基催化剂上生成C1?C18混合醇的影响。结果表明， SiO2的添加抑制了钴物种的还原，但提高了钴物种的分散度，同时抑制了金属钴颗粒在反应过程中的团聚，从而显著提高了催化剂的活性。适量SiO2的添加促进了碳化钴的生成，从而提高了总醇选择性。重要的是，通过SiO2抑制钴物种的还原，导致大量二价钴物种的生成，从而有助于CO插入到碳链中间体中而使高碳醇容易生成。
关键词:
钴催化剂
,
高碳醇
,
二氧化硅助剂
,
费托合成
,
碳化钴
罗文婷
,
吕元
,
龚磊峰
,
杜虹
,
姜淼
,
丁云杰
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62517-2
甘油是生物柴油的副产物,将其转化为高附加值的化学品,能提高生物柴油产业的经济性.1,3-丙二醇是聚酯和聚氨酯的单体,也用于合成医药和用作有机合成中间体,甘油直接催化氢解反应制1,3-丙二醇极具发展潜力.另外,甘油是生物质转化的重要平台分子之一,与目标产物的分子结构相比较,生物质平台分子通常含有过多的含氧基团,尤其是多余的羟基,通过甘油氢解反应研究多羟基的选择性活化和脱除,可以加深对生物质脱氧规律的认识.因此,研究甘油氢解反应制1,3-丙二醇催化剂和工艺,不仅具有潜在的应用前景,而且具有重要理论价值.然而,目前的甘油氢解催化剂性能还不够高,我们希望通过一些表面改性的方法处理载体硅胶,从而改变金属前驱体与载体表面的作用.因此,本文使用 C1–C4的正构醇处理硅胶载体,其负载的 Ir-Re催化剂上甘油氢解反应转化率从42.7%提高到59.5%,仲羟基脱除收率从21.6%提高到28.3%.研究发现,当处理载体所用正构醇的碳数从1增加到3时,对应催化剂上甘油转化率逐渐增加至最高；但当使用更正丁醇时,对应催化剂上甘油转化率下降.为了探究催化剂活性改变的原因,我们首先采用红外光谱(FT-IR)和氮气物理吸附确定烷氧基基团嫁接到硅胶载体上.程序升温还原结果发现,预处理载体相应的催化剂开始还原温度降低,表明在这些催化剂上形成了颗粒尺寸较小的Ir粒子. X-射线衍射分析发现,在新鲜的和使用后的催化剂上均未检测出Re物种的衍射峰,说明Re高度分散于催化剂表面.吸附吡啶的FT-IR结果表明,未处理和丙醇预处理硅胶负载的催化剂上均没有强酸位,它们的B/L酸比值相近,约为3.3.催化剂的吸附COFT-IR结果表明, CO线性吸附于Ir/SiO2催化剂上的主要吸收峰位置在2084 cm–1；而Re的加入使得该吸收峰红移,表明Ir和ReOx物种之间存在相互作用.透射电镜(TEM)、H2-程序升温脱附和NH3-程序升温脱附结果发现,醇预处理催化剂上具有更多的Ir-ReOx界面,而界面位点的数量与甘油转化率大小一致,表明Ir-ReOx位点可能就是甘油氢解的活性中心.反应后催化剂的TEM结果表明,醇预处理催化剂上的Ir颗粒要小于未处理催化剂的,其中丙醇预处理硅胶负载的催化剂上Ir粒径最小.这是由于醇处理催化剂上存在很多孤立的Si–OH,它们与金属前驱体相互作用有利于形成较小的金属颗粒.这些孤立的Si-OH则是由于表面烷氧基基团的隔离作用所形成的.当处理载体所用正构醇的碳数从1增加到3时,烷氧基的碳链变长,分隔作用越好,阻止金属前驱体聚集的程度越强,因而Ir物种和Re物种的分散度增加.但是当处理醇的碳数增加到4时,形成的表面烷氧基基团可能阻止了Re物种和Ir物种间相互作用,从而使得Ir和Re物种的分散度均降低,相应催化剂活性随之降低.
关键词:
甘油氢解
,
1,3-丙二醇
,
铱
,
铼
,
醇预处理
