用不同的过渡金属(Mn、Ni和Fe)取代Co3O4中A位Co合成MCo2O4纳米片整体式催化剂(MCo-NS),并以甲苯为单芳烃模型测试深度氧化挥发性有机化合物(VOCs)性能。氢气程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱学(XPS)分析及性能测试结果表明,Mn和Ni取代Co3O4中的A位Co,不仅有助于提高催化剂的氧化还原能力,而且有利于表面氧空位的生成和表面吸附氧的活化,从而表现出比参考催化剂Co-NS更高的催化甲苯氧化性能。其中,MnCo2O4纳米片催化剂因具有较高的氧化还原能力及丰富的表面吸附氧物种而展示出最高的催化甲苯氧化活性,其T90为254℃,优于NiCo-NS和FeCo-NS;同时,MnCo2O4纳米片催化剂具有良好的稳定性。
以Fe3O4材料为磁核、Si (OC2H5)4为包覆硅源,采用沉淀法制备了小粒径、包覆层厚度可控、单核核壳结构的氧化铁/氧化硅复合磁性微球式费托合成催化剂。利用XRD、VSM、SEM、TEM手段表征了催化剂晶相结构、磁性、形状大小,并以合成气为原料,利用费托合成固定床反应器对催化剂的费托合成性能进行评价。结果表明,制得的核壳包覆结构磁性颗粒壳厚100~150 nm,形成了平均粒径50 μm、粒径均一、球形规整度好的复合磁性微球费托催化剂;相同焙烧条件下,该催化剂比Fe3O4材料的比饱和磁化强度高25%;催化剂的CO转化率可达54%,CO2选择性低于22%,CH4选择性低于10%。
采用原位光催化氧化聚合法制备氯氧化铋/聚吡咯(BiOCl/PPy)复合光催化剂,利用BiOCl在光照下产生的光生空穴来氧化聚合吡咯单体(Py)生成聚吡咯(PPy),不需要另加氧化剂,因此更加环保和经济。由于Py的光催化氧化聚合反应发生在BiOCl表面的氧化位点,使BiOCl与PPy这2种材料之间形成紧密牢固的异质结界面,从而能更有效提高BiOCl/PPy复合材料的光生空穴和电子分离效率及光催化效率。结果表明,改性后的光催化剂(BiOCl/PPy)光照50 min后可降解99.4%的罗丹明B (RhB),其降解速率是纯BiOCl的2.3倍。该实验设计方法简单、安全、环保、经济,制得的BiOCl/PPy异质结复合材料能高效光催化降解染料类污染物。
以无机固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)为涂覆材料,采用简单刮刀涂覆法在商用PE隔膜表面均匀涂覆功能化涂层。利用扫描电子显微镜、循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试方法对涂层隔膜的热稳定性、吸液性、保液性、表面形貌、电化学性能进行表征,研究LATP/PE涂层隔膜性能。结果表明,与商用7 μm PE隔膜相比,LATP/PE涂层隔膜的孔隙率、热稳定性和吸液率等指标均有大幅度改善。LATP/PE涂层隔膜为23 μm (L2样品)时具备最佳的电化学性能,扣式电池在0.1 C倍率下的首次放电比容量为162.79 mAh/g,在1 C倍率下循环100圈后容量保持率为120%。软包锂离子电池在1 C的电流密度下循环100圈后容量保持率为74.12%。
在不添加有机模板剂的体系中,利用晶种诱导法一步水热合成不规则菱形结构的高纯度丝光沸石MOR。考察了晶化时间、晶化温度、投料硅铝摩尔比对沸石合成的影响,并对其进行酸改性制备了油酸异构催化剂。通过XRD、SEM、Py-IR、BET、TG等对合成MOR沸石的晶体结构、元素分布、物化性质进行表征分析,研究了不同改性煅烧温度对HMOR结构和酸性的影响。结果表明,以油酸异构化反应为探针、HMOR-400为催化剂,在反应温度为270℃、反应时间为4 h、水添加质量分数为4%、催化剂质量分数为6%的反应条件下,油酸(OA)转化率为93.20%,主产物异硬脂酸(IA)产率达到66.93%;将催化剂回收重复利用5次,异硬脂酸产率仍可以达到49.34%。
通过水热法制备了CuS纳米笼@MnO2纳米片核壳材料,笼状结构作为支撑载体为材料提供坚固的骨架,避免了片层结构的团聚。将CuS纳米笼@MnO2纳米片/玻碳电极用于对多巴胺浓度检测,结果表明,CuS纳米笼@MnO2纳米片/玻碳电极在0.02~8.78 μmol/L和13.78~112.78 μmol/L两段线性范围内的灵敏度分别为619.9 μA/[mmol/(L·cm2)]和318.7 μA/[mmol/(L·cm2)]。复合材料电极的灵敏度显著优于单一组分的MnO2纳米片/玻碳电极和CuS纳米笼/玻碳电极,且具有优异的选择性、重复性以及较好的稳定性。
以三聚氰胺、三聚氰酸和硝酸钴为原料,采用高温煅烧法制备出复合型催化剂(Co/g-C3N4),用其活化过一硫酸盐(PMS)降解环丙沙星(CIP)。考察了各因素对Co/g-C3N4活化PMS去除CIP的影响。结果表明,Co/g-C3N4质量浓度为0.5 g/L、PMS浓度为2 mmol/L、溶液初始pH为7、CIP初始质量浓度为5 mg/L、温度为30℃时,CIP在45 min内的去除率可达99.5%;催化剂在5次循环利用后对CIP的去除率仍有83.3%,表明Co/g-C3N4的可重复利用性和稳定性良好。自由基淬灭试验表明,Co/g-C3N4活化PMS去除CIP的机制包括自由基途径(SO4·-、·OH)和非自由基途径(1O2、O2·-),其中主要活性物质为1O2,其次为SO4·-。
采用溶胶-凝胶法合成具有高比表面积(959.72 m2/g)的发散状介孔SiO2(MSNs),制备了不同Ag负载量的Ag-CeO2/MSNs催化剂,探究了其对四氢糠醇(THFA)选择性氧化生成乙酸四氢糠酯的催化效果。当Ag的负载量为10%时催化效果最佳。在反应温度为145℃、反应压力为4 MPa、转速为325 r/min、催化剂质量为1 g的条件下,反应转化率为84%,产物选择性为81.03%。用N2-吸附脱附、XRD、XPS、SEM、TEM、FT-IR等手段对催化剂进行表征,结果表明,Ag和CeO2粒子以稳定且高度分散的状态负载于MSNs表面及发散状孔道内部;Ag-Ce存在双金属协同作用,Ag易使环氧化物C—C键断裂开环,Ce能使Ag容易吸附氧气,从而提高催化效率。催化剂重复使用5次后THFA转化率仍可达73.85%,产物选择性为78.43%。
采用溶剂热法制备了铁酸锰(MnFe2O4)中空磁性微球(HM-MnFe2O4),利用SEM、TEM、XRD、VSM、XPS、BET/BJH方法对材料进行表观和形貌分析,并将其应用于活化过一硫酸盐(PMS)降解水中的甲氧苄啶(Trimethoprim,TMP),通过高效液相色谱法对降解效率进行评估。结果表明,在pH为9.0、PMS浓度为3.0 mmol/L的条件下,投加0.20 g/L的HM-MnFe2O4纳米材料可在120 min内完全降解10.0 mg/L的TMP。同时,考察了阴阳离子对TMP降解过程的影响,Cl-对TMP的降解有促进作用,HCO3-、Cu2+和腐殖酸(HA)均具有一定的抑制作用。通过自由基猝灭实验发现降解体系受到·OH、O2-·的自由基和1O2的非自由基影响。循环实验证明HM-MnFe2O4纳米材料具有良好的循环利用性能。
通过磁控溅射的方法制备了LaMnO3+δ薄膜材料。掠入射X射线衍射(GIXRD)测试结果表明,薄膜材料为单一相结构的多晶氧化物,结构为正交畸变钙钛矿LaMnO3+δ;利用开尔文探针显微镜(KPFM)测得LaMnO3+δ薄膜接触电势差(CPD)的高分辨率图像,并通过CPD结果计算得知,在30~80℃温度范围内,随着温度的升高材料的功函数由4.452 eV升至4.644 eV,这是由于材料内部高价阳离子Mn4+浓度增加所致。该结果在XPS测试中得到进一步验证,Mn4+/Mn3+含量随温度的升高而升高。采用自组装电阻-温度测试系统的测试结果表明,薄膜材料在30~80℃范围内具有一定的负温度系数热敏特性。
利用线型苯羧酸配体1,4-二(4-羧基苯基)苯(H2tpdc)构筑金属有机框架(MOFs)。基于单一配体策略,在溶剂热条件下成功构筑了3例无色透明晶体。其中化合物[Cd (tpdc)]·3DMF (化合物1)是一种新型高穿插MOFs,在5次穿插后孔隙率仍高达57.5%。通过X-射线单晶衍射仪对该化合物进行表征,并对其热稳定性及荧光性质进行研究。结果表明,该晶体属于单斜晶系,化合物1结晶在单斜晶系P2/c空间群;晶胞参数为:a=0.157 89 nm,b=2.484 3 nm,c=2.637 2 nm;化合物的单晶结构中Cd离子采用三角十二面体配位构型。化合物1的最大发射峰位于360 nm处,相比配体H2tpdc的固态荧光最大峰红移34 nm。
通过硅烷偶联剂对氧化钆(Gd2O3)进行表面改性处理制备了改性氧化钆(M-Gd2O3);采用水热法合成了Gd-MOF[Gd4(1,2,4,5-BTEC)3];将聚酰亚胺(PI)分别与Gd2O3、M-Gd2O3、Gd-MOF耦合制备了Gd2O3/PI、M-Gd2O3/PI、Gd-MOF/PI 3种复合屏蔽材料。通过SEM、EDS、FT-IR、TGA对复合屏蔽材料进行表征,结果表明,成功实现了M-Gd2O3与Gd-MOF的合成;在钆质量分数为4%时,3种复合屏蔽材料的T5%均在500℃以上;随着钆质量分数的进一步提高,3种复合屏蔽材料的热稳定性均出现不同程度的下降。拉伸试验结果表明,在钆质量分数为4%时,3种复合屏蔽材料的断裂强度相较于纯PI有不同程度的提升。通过现场实验测量和SuperMC模拟研究了复合材料的热中子屏蔽性能,Gd质量分数为4%的Gd-MOF具有高屏蔽性能、高耐热性。
针对苯与乙醇烷基化制备乙苯的反应,选用纳米聚集体HZSM-5分子筛为母体催化剂,采用固定床反应器考察了反应条件对催化性能的影响,筛选出最优反应条件,并评价了母体催化剂的稳定性;探究了Zn、Mg、P单组分改性以及Zn和Mg、P和Mg复合改性催化剂对反应性能的影响。结果表明,在苯/醇摩尔比为6、空速为6 h-1、反应温度为350℃、载气流量为30 mL/minČ的条件下,催化剂连续反应300 h苯转化率保持在15%以上,乙苯选择性和乙基产物的选择性分别保持在96.3%和98.8%左右,但二甲苯的质量分数偏高,保持在490 μg/g以上。母体催化剂经单组分改性后,苯-乙醇烷基化的副产物二甲苯质量分数均得到降低,经P和Mg复合改性具有更好的效果,苯转化率和乙基选择性分别为15.4%和99.6%,二甲苯质量分数可降低至241 μg/g。
研究了不同制备条件下的碳量子点(CQDs)修饰碳毡电极对微生物挂膜及硝酸盐氮(NO3--N)催化还原性能的影响。通过扫描电镜(SEM)和电化学测试方法对其进行测试,结果表明,CQDs质量浓度为14.4 g/L、碳化时间为24 h时,风干干燥方法制备的CQDs修饰电极具有较大的比表面积和良好的挂膜能力;循环伏安曲线分析结果表明,NO3-离子还原峰位于-0.785~-0.663 V之间,峰值电位和峰值电流较大,NO3--N的还原性能更强,同时交流阻抗谱也体现了该工况下较小的电荷转移内阻,均为10~18 Ω之间。因此,使用CQDs修饰可以提升MFC生物阴极的挂膜能力及NO3--N的催化还原性能。
为提高压缩空气储能系统的效率,提出了一种新型耦合系统:将压缩空气储能系统与电解水制氢系统和氢能固体燃料电池系统进行系统集成。在充电过程中,电解水制氢系统和压缩空气储能系统分别将电能存储。在放电过程中,采用氢能固体燃料电池和压缩空气储能系统进行发电。采用压缩空气储能系统排出的空气余热以及剩余的压缩热加热氢能固体燃料电池系统的给水,从而增加系统电能输出。通过以上系统集成,实现了能量梯级利用,有效提高了压缩空气储能系统的效率;同时与氢能系统集成,实现了整个过程碳零排放。对耦合系统进行了热力学分析和经济性分析,结果表明,压缩空气储能系统的往返效率、储能密度和GFDA3效率可达70.05%、12.01 MJ/m3和66.39%;同时,耦合系统的整体效率可提高1.19%。压缩空气储能系统的动态投资回收期为3.36 a,净现值可以达到1 458.01万元,具有较好的经济收益。
以典型聚集诱导发光(AIE)性质的四苯乙烯基为荧光母体,通过酯基连接上水溶性佳的聚乙二醇基合成了具有AIE特性的化合物TPE-PEG2000-TPE;利用光谱法研究探针TPE-PEG2000-TPE的光学性能,结果表明,探针在DMF/H2O混合溶液中具有典型的AIE性能,其溶液(探针溶液浓度为10 μmol/L,DMF/H2O体积比为1/4,在PBS缓冲溶液中pH值为7.4)对ONOO-表现出"turn-off"特异性识别,猝灭比可达97.86%,检出限为1.26×10-6 mol/L,具有较好的选择性、较高的灵敏度和较大的Stokes位移(164 nm)。通过薄层色谱法和高分辨质谱法对探针识别ONOO-的机制进行研究,结果表明,该探针通过酯基水解生成TPE-COOH,进而使荧光发生变化,实现对ONOO-的特异性识别。
以甘氨酸与5-氯水杨醛为原料,构建了一种高效的席夫碱Zn2+荧光探针分子L,结构由1HNMR和13CNMR进行了表征,性能通过光谱实验进行了研究。光谱分析实验结果表明,探针分子L对Zn2+具有出色的选择性和灵敏度,在0~14 μmol/L浓度范围内,体系荧光强度与Zn2+浓度呈线性关系,检出限为13.72 nmol/L,在365 nm紫外灯下裸眼观察到明显的荧光颜色变化,可实现Zn2+可视化检测。通过Job曲线和DFT理论计算对识别机理进行了研究,结果表明,探针分子L与Zn2+以摩尔比2∶1结合。此外,水样检测实验表明探针分子L具有应用于检测实际水样中Zn2+的潜力。