Ting YU
,
Zexaing SHEN
材料科学技术（英文）
Metal oxide nanostructures (CuO, Co3O4, ZnO and α-Fe2O3) have been successfully fabricated by a simple and efficient method: heating the appropriate metals in air at low temperatures ranging from 200 to 400℃. The chemical composition, morphology and crystallinity of the nanostructures have been characterized by micro-Raman spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Two mechanisms: vapor-solid and surface diffusion play dominant roles in the growth of metal oxide nanostructures starting with low melting point metals (Zn and Cu) and high melting point metals (Fe and Co), respectively. With sharp ends and large aspect ratio, the metal oxide nanostructures exhibit impressive field-induced electron emission properties, indicating their potentials as future electron source and displays. The water wettability and anti-wettability properties of iron oxide nanoflakes were also discussed in this work.
关键词:
Metal oxide
,
oxide
,
nanostructures
,
field
,
emiss
伍颖斯
,
余皓
,
王红娟
,
彭峰
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60114-5|
采用直接浸渍法、过氧化氢均相氧化沉积法和氨水催化水解法制备了石墨烯负载的铁、钴、镍金属氧化物纳米颗粒。研究了三种沉积方法对颗粒尺寸分布的影响；采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱表征了催化剂的形貌与结构。用过氧化氢均相氧化沉淀法可制得粒径分布最均匀的纳米颗粒。过氧化氢的氧化作用可使石墨烯表面的氧化基团含量最大化，为纳米颗粒提供了足够的吸附与成核点。氨水加速了金属离子的水解与成核，导致纳米颗粒的粒径增大与不均。以苯甲醇氧化为探针反应考察了催化剂的性能。催化剂的活性按以下顺序逐渐下降：过氧化氢辅助沉积法>直接浸渍法>氨水催化水解法，与纳米颗粒尺寸增长趋势一致。纳米催化剂颗粒尺寸与其活性的良好关联性显示，发展石墨烯负载尺寸可控的纳米催化剂的方法具有重要意义。
关键词:
颗粒尺寸
,
石墨烯
,
金属氧化物
,
过氧化氢
,
苯甲醇氧化
刘欢
,
林毅
,
马臻
催化学报
近年来,研究者们开发了自组装合成介孔氧化铝的方法,并以介孔氧化铝为载体负载金属氧化物,还尝试合成介孔MOx-Al2O3复合氧化物.但以介孔MOx-Al2O3复合氧化物为载体负载金属氧化物,并将这类材料用于催化中的例子相对较少.本工作以非离子型三嵌段共聚物(P123)为模板剂,异丙醇铝为氧化铝前驱物,采用一锅法快速制备了有序介孔Al2O3(MA)及一系列MOx-Al2O3 (M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ba)材料,并以这些材料为载体采用浸渍法制备了Rh/MA和Rh/M-MA催化剂.采用N2吸附-脱附、X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱及电感偶合等离子体发射光谱等对催化剂结构和性质进行了表征,考察了催化剂对CO氧化和N2O分解的催化活性和稳定性.结果表明,一锅法制备的各催化剂均有大的比表面积、大的孔容和均一的孔径.Rh/Mn-MA和Rh/Fe-MA中掺杂金属氧化物分别为MnO2和Fe2O3,在Rh/Co-MA和Rh/Ni-MA上,Co和Ni分别与介孔氧化铝形成了NiAl2O4尖晶石结构;Rh/Cu-MA上还有CuO和少量Cu+;对于Rh/Ba-MA催化剂,其载体的介孔有序性被破坏并有BaCO3生成.在所有催化剂上,负载的Rh2O3颗粒高度分散,其颗粒尺寸分布在1 nm左右.对于CO氧化,催化剂的T50 (CO转化率到达到50％的温度)活性顺序为:Rh/Mn-MA (122℃)＞ Rh/Fe-MA (130℃)≈Rh/Cu-MA (131℃)＞ Rh/Co-MA (136℃)＞ Rh/Ni-MA (156℃)＞ Rh/MA (161℃) ＞Rh/Ba-MA(171℃).大多数载体在200℃以下没有活性.对于N2O分解,催化剂的T50 (N2O转化率到达到50％的温度)活性顺序为:Rh/Co-MA (283℃)＞ Rh/Ni-MA (287℃)≈Rh/Fe-MA (290℃)≈ Rh/Ba-MA (292℃)＞ Rh/MA (301℃)＞Rh/Cu-MA (314℃)＞ Rh/Mn-MA (321℃).这些载体在400℃以下都没有活性.实验证明,通过掺杂的方法可以调变介孔Al2O3的物理化学性质,负载Rh2O3后,催化性能进一步被调变.虽然本文仅选取CO氧化和N2O分解作为探针反应来比较这一类介孔氧化物材料的催化活性,考虑到Rh2O3和Al2O3在催化中的广泛使用,我们认为这些催化剂有可能用在其他反应中.
关键词:
一锅法
,
介孔氧化铝
,
金属氧化物
,
CO氧化
,
N2O分解
王凌燕
,
禚林海
,
赵凤玉
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61024-5
与块体材料相比，功能复合材料表现了更加优异的性能，而且比其中任何单一组分的性能都好，因此在催化、锂离子电池等领域得以广泛研究。通常情况下，在复合材料的制备中金属或金属氧化物粒子要求能够以足够小的粒径在基底上均匀分散，并实现活性组分负载量的可控。据报道，很多方法可以将金属(或氧化物)活性组分引入到载体之中，比如水热/溶剂热、水解、热分解、化学气相沉积等，但这些方法均存在如下缺点。第一，为了获得满意的负载量和可控包覆，碳基底需要预氧化处理使其表面含有丰富的含氧官能团。例如，由于碳纳米管自身的相容性和加工性较差，需要硝酸预氧化处理；石墨烯也需要预处理为石墨烯氧化物然后再进行第二组分的负载。但是，剧烈的氧化处理条件不可避免地造成对碳sp2结构和电子特性的破坏，并且增加了繁杂的后续处理过程。第二，金属组分前驱体在基底上负载不完全，易形成自由粒子聚集在溶液中，从而降低活性组分的有效利用。第三，传统方法中由于使用水、乙醇等表面张力大的极性溶剂，导致粒子结晶再生长，形成的颗粒尺寸大，对催化剂会降低活性表面积及催化效率；对于电池材料会增加电极/电解液的接触面积，增加锂离子的扩散距离及电池充电过程的内部应力。而且，有机溶剂由于粘度大，不利于金属纳米粒子在基底上的均匀分散及合成过程的绿色化。因此，我们利用资源丰富，廉价的二氧化碳作为绿色溶剂，研究了二氧化碳膨胀的乙醇体系中金属(氧化物)纳米粒子在碳基底上均匀负载的方法。由于超临界二氧化碳具有独特的低粘度、“零”表面张力、高扩散能力、以及物性参数随温度和压力可调等特点，可以使金属(氧化物)前驱体不受液体毛细作用的限制在孔道中快速、均一地分散，保证孔结构稳定，对多孔复合材料的加工和制备表现了巨大的优势。同时，超临界二氧化碳的抗溶剂能力也能够有效降低乙醇和水引起的溶剂效应，从而降低纳米粒子之间的聚集。此外，通过改变前驱体的浓度可以精确调控表面组分的负载量。更重要的是，碳基底可以直接利用制备碳基复合材料，无需任何预处理及表面活性剂参与，避免了前处理对基底的形貌和电子特性的破坏。本综述首先介绍了超临界二氧化碳膨胀乙醇体系的属性，讨论了碳基复合材料在该体系中的形成机理。然后分别介绍了零维碳球、一维碳纳米管、二维石墨烯、三维多孔碳材料作为基底形成的一系列金属(氧化物)复合材料，及这些材料在催化和锂离子电池领域中的应用。最后，对超临界二氧化碳沉积方法的应用进行了总结和展望。
关键词:
二氧化碳膨胀乙醇
,
碳材料
,
金属氧化物
,
催化
,
电化学
