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硬铬催化剂研究论文

发布时间:2024-07-03 16:22:32

硬铬催化剂研究论文

镀铬工艺的新发展:铬镀层由于具有一系列优良的性能而得到广泛的应用,特别是随着机械制造业的发展,铬镀层的用量越来越大。但是传统的镀铬工艺使用的电解液都由剧毒的铬酐配制。据报道,.在镀铬过程中约有2/3铬酐消耗在废水或废气中,只有l/3左右的铬酐用于铬镀层上。大量的废水和废气对环境造成了严重污染。多年来,尽管加强了对含铬废水的回收和处理,但未得到根本解决,另外传统的镀铬工艺还存在不少缺点。针对上述存在的问题,广大电镀工作者对镀铬工艺做了大量的研究工作。(1)低浓度铬酐镀铬工艺低浓度铬酐镀铬工艺是指镀铬液中铬酐含量在30~60g/L的镀铬工艺,铬酐使用量只有普通标准镀铬工艺的l/5~1/8,既减轻了铬酐对环境的污染,又节约了大量的原材料。采用低铬酐镀铬工艺可以获得装饰性铬镀层和硬铬镀层,其光泽性、硬度、结合力以及裂纹等方面,均能满足质量要求。但有时镀层表面会出现黄膜或彩色膜,可在5%的硫酸溶液中除去,然后在碱性溶液中清洗。低铬酐镀铬液的分散能力比常规镀铬电解液好,但深镀能力比较差,这给形状复杂的零件带来了一定困难。同时,电导率下降,槽电压升高,因而能耗高,镀液升温快。低铬酐镀铬的阴极电流效率达到l8%~20%。由于上述原因,使得低铬酐镀铬工艺受到一定的限制,目前的研究方向集中在寻求新的催化剂,以改善镀液性能,降低槽电压。(2)三价铬盐镀铬三价铬电镀作为最重要、最直接有效的代六价铬电镀工艺,人们对其研究已有一百多年的历史,但由于电镀液的稳定性、铬镀层的质量等方面始终无法与铬酸镀铬相比,因此一直未能得到大规模的应用。大多数三价铬镀液均为络合物镀液,由主盐、络合剂、一定量的导电盐、缓冲剂及少量润湿剂构成。表4—33列出国内研究的三价铬镀液的组成及工艺条件。1、镀液中各成分的作用:①主盐可用三价铬的氯化物或硫酸盐,电解液中的铬含量以20g/L为宜。②络合剂一般采用甲酸、乙酸、苹果酸等有机酸为络合剂,以甲酸盐(甲酸钾或甲酸胺)为好。③辅助络合剂选用蚁酸盐能收到很好的效果,并起稳定剂作用,使镀液长期使用而不产生沉淀。④导电盐碱金属或碱土金属的氯化物或硫酸盐都可用作导电盐,但不宜用硝酸盐,因硝酸根在电极上放电,给镀层质量带来不利影响,常用的有氯化铵、氯化钾或氯化钠。铵离子常有特殊作用,有利于得到光亮的镀层。⑤溴化物溴离子的加入,能抑制六价铬生成和氯气的析出,电解液中六价铬是极其有害的。⑥缓冲剂为稳定镀液pH值,以加入硼酸效果最好。⑦润湿剂加入十二烷基硫酸钠或十二烷基碘酸钠,能减少镀层的针孔,从而提高镀层的质量。镀液对金属杂质比较敏感,如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Fe2+、Zn2+等离子。操作时应避免杂质的带入,并注意带电人槽。镀液中若含有少量的杂质,可用小电流(DKl~2A/dm2)电解处理,若含量过高,可用相应的净化剂处理。2、三价铬盐电镀的主要特点及存在的问题三价铬盐镀铬电解液的最大特点是可以在室温下操作,阴极电流密度也较低,一般控制在10A/dm2左右,既节约了能源又降低了对设备的投资。三价铬的毒性低,消除或降低了环境污染,有利于环保,并且镀液的阴极极化作用较大,镀层结晶细致,镀液的分散能力和深镀能力都比铬酸镀铬好;阴极电流效率在20%左右。从三价铬电解液中获得的镀铬层略带黄色,不如铬酸镀铬美观,镀层结合力较好,内应力较高,且有微裂纹性质。镀层的最大厚度只能达到3tim左右,而且硬度较低,不能用于镀硬铬。三价铬镀铬不宜镀厚铬,其主要原因有以下几点:①镀液pH值,特别是阴极表面附近层的pH值升高导致形成Cr(OH)2胶体,阻碍三价铬镀层的继续增厚;②Cr3+的水解产物发生羟桥、聚合反应,形成高分子链状凝聚物吸附在阴极,阻碍Cr3+的还原;③Cr3+还原的中间产物Cr2+的富集,对Cr3+羟桥反应有引发和促进作用;④持续电解过程中Cr3+的活性络合物逐步减少和消失。Sharif等在氨基乙酸体系中采用提高镀液循环速度、降低pH值、提高活性络合物浓度等方法可实现以100~300μm/h的速度镀取三价铬的厚镀层;Ibrahim等则在以尿素作络合剂的三价铬镀铬体系中,通过添加甲醇和甲酸,可以50~100μm/h的速度镀取三价铬;Hon9等则采用双槽电镀工艺,通过添加三种羧酸作络合剂,镀取了50~450μm厚性能良好的三价铬镀层;美国商业局和Atotech公司也分别镀取了厚度100~450μm的三价铬镀层。三价铬镀铬相对六价铬镀铬,容易操作,使用安全,无环境问题。但是存在一次设备投入较大和成本较高的不足。而且用户习惯了六价铬的色泽,在色度上有一个适应过程。三价铬电镀工艺发展至今,国外对装饰性电镀工艺研究已经进入逐渐完善成熟的时期,生产应用不断扩大。但由于进口产品的价格较高、工艺不够稳定等原因,在国内大规模的推广应用仍有困难。而在三价铬镀硬铬方面,据报道北美已有超过30%的工厂开始使用三价铬代替六价铬来电镀,国内则尚未见报道。(3)稀土镀铬20世纪80年代中期,开发了稀土镀铬添加剂,主要成分是稀土化合物,在中国已经获得了广泛的应用。在镀铬电解液中加入少量(1~4g/L)的稀土化合物,可使电解液中铬酐含量降低到150g/L,并且在较低温度(30~40℃)下就可以获得光泽度高的光亮镀铬层,阴极电流效率达到22%~26%,显著高于常规镀铬电解液。采用稀土镀铬添加剂可以节约大量能源和原材料,同时还大大减轻了铬酐对环境的污染。关于稀土金属阳离子的作用机理虽然还不能给予完美的解释,但从实验现象可知,稀土元素的加入能在阴极上产生特性吸附,改变了阴极膜的性质,使得铬的临界析出电位变小,并增加了析氢过电位,从而使电流效率最高;X射线衍射图谱也证实了加入稀土阳离子后镀层结晶结构发生一定的变化,使表面晶粒趋于择优取向,晶粒细化、光亮度增加,同时镀层的硬度有所提高。尽管稀土镀铬有许多优点,但也有一些有待解决的问题:①有些稀土添加剂镀铬超过5min后,镀层呈白色而不光亮,有时镀层上有一层黄膜较难除去,硬度不稳定,外观也难于达到要求;②在稀土添加剂中必然引入F,氟化物过多,镀件的低电流密度区易产生电化学腐蚀;③稀土添加剂多为物理混合体系,成分复杂,镀液具有不可靠和不稳定性;④镀液维护困难。(4)有机添加剂镀铬采用有机添加剂及卤素释放剂联合使用的镀铬液被称为“第三代镀铬溶液”,它们的共同特点是:阴极电流效率高达22%~27%,不含F,不腐蚀基体;覆盖能力强,HV亦高达1000以上,既可用于镀硬铬,也可用于镀微裂纹铬,配合双层或三层镍工艺,用于汽车或摩托车减振器的电镀,已开始在机械行业获得应用。有机添加剂包括有机羧酸、有机磺酸及其盐类等。卤素释放剂是指碘酸钾、溴酸钾、碘化钾及溴化钾等。有机添加剂在镀液中的作用机理尚待查明,一般认为有机物的加入活化了基体金属,使镀液的覆盖能力得到改善;使析氢过电位增加,提高电流效率;并由于有机物的夹带,形成碳化铬而使镀层硬度增大。表4—35列出有机添加剂镀铬液的工艺规范。①烷基磺酸中s/c≥1,电流效率可达27%,HV>1i00。②含氮有机化合物:烟酸、甘氨酸、异烟酸、吡啶、2一氨基吡啶、3一氯代吡啶、皮考啉酸。③HEEF(HighEfficiencyEtchFree)高效能、无低电流区腐蚀,阴极电流效率达25%,900~1000HV。开缸成分为:HEEF25550mL/L,硫酸,温度55~60℃,电解4~6h,(电压>6V,阴阳面积比15:1)。

一般这种作业,都是起点高,落点低。不需要去研究很复杂的问题。主要是考察探究过程中的思路以及培养对科学的兴趣。(说多了)和生活有关的...一般来说厨房有很多接近于试剂的化学物质。多着眼于厨房。比如说“探究常见食物的PH值”可以是食物,也可以是水果,也可以是厨房李常见的调味品像酱油味精鸡精食醋等等。最后稍深入些,归纳出大多数物质的PH,猜测为什么回事这样,和人体又有什么关系,从而讨论该减少使用某某...生活中会遇到铁锅生锈这一现象。我们可以由此射击试验来探究在什么样的条件下什么样的铁生锈的速度如何。当然,也可以少一些变量。嗯,设计的大概思路就是(严格遵循控制变量法!!!)取铁丝(砂纸打磨),不锈钢丝,镀层的铁丝...分别置于各种各样的变量环境中,注意对照的思路(不赘述了,默认为你了解了)对照组可以有盐水,油水,酱油水,冷水热水,完全浸没于溶液中还是一半露出水面,还是用油封....探究比较出生锈的条件..速率大小关系...等等,然后再升华,讨论该如何避免生锈,(期间可以加一些有关钢铁生锈造成的资源浪费什么的铺设,突出保护铁器的重要性),总结出一些家庭避免贴过生锈的小方法。还可以探究草木灰的成分。虽然我们知道是碳酸钾,但是为了这个思路,探究一下也不错。先打这些吧,如果不太好再补充。

一般镀硬铬厚度至少30微米以上镀铬层才能达到硬铬的正常硬度,低于三十微米硬度会随镀层厚度有所下降

论文催化剂研究

你这个问题太泛泛了。催化剂可以有理论研究分子结构,什么样的催化剂催化效果好。也可以是研究一种催化剂物质是怎么合成,或是怎么用实验的方法,工业生产的方法制造出来。或是研究一种特定的催化剂在某个应用中的催化效果,这种应该比较多,也比较常见。或是研究一种催化剂怎样改进,怎样更耐用,怎样更有效率。具体到写一个论文,可以先查查这方面的文献,了解这个研究的研究状况,写个综述或是开题报告。再下来就是设计实验,或是确定理论研究的逻辑。实验做完后就是,把收集到的数据进行分析,看是不是预期的效果,不是的话写明原因。最后就是写出结论。具体的你可以到网上随便搜一篇化学催化剂这方面的论文,看一看格式。

如下:

【摘要】:综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展,重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用,其中,负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。

【关键词】:环己烷氧化,环己酮,催化剂的认识。

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂,广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前,工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法,环己烷氧化法的应用最为普遍,占90%以上。

由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化,为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性,工业上环己烷氧化转化率通常控制在,氧化选择性为90%左右。

但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前,环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点,近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。

本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。

负载在g‑C3N4纳米片的PtCo合金和周围Co单原子的协同作用促进整体水分解

研究背景

太阳能驱动的全分解水可大规模生产氢气和氧气,是满足清洁能源需求和解决化石燃料危机的理想策略。然而,在不消除牺牲试剂或不需要施加外部偏压的情况下,水分解需要协同活性位点,以连接空间分离的析氢和析氧反应。具有最高原子利用效率的原子分散催化剂已成为催化领域的前沿。然而,单组分单原子催化剂在整个光催化水分解反应(OWS)中的应用却鲜有报道。

内容简介

基于此,近日华东师范大学姚叶锋和王雪璐团队设计了一种双组分协同光催化剂,其包含单原子Co(CoSAs)中心和PtCo合金纳米颗粒(Nps)的分散体负载在C3N4纳米片上。CoSAs中心是析氢反应(HER)的高活性位点,PtCo合金是析氧反应(OER)的高活性位点。当两个不同的反应中心结合时,它们之间会产生协同效应,这表明CoSAs中心和PtCo合金Nps之间可能存在质子或羟基溢出现象。CoSAs中心和PtCo合金的协同促进了OWS反应实现最大原子利用率和最佳双功能活性之间的协同。这种结合为开发OWS原子分散催化剂提供了一个很有前景的模型。相关论文以” Synergistic Promotionof Single-Atom Co Surrounding a PtCo Alloy Based On a g‑C3N4 Nanosheet for Overall Water Splitting”发表在ACS Catal.

本文亮点

1. 设计了一种新型的双组分协同光催化剂CoSAs/PtCo@CNN,由负载在纳米片g-C3N4上的CoSAs和PtCo合金纳米颗粒组成。该催化剂有效地促进了光催化整体水分解反应。

2. 纳米片C3N4具有大的比表面积和高的孔容,为CoSAs的形成提供了丰富的N配位。CoSAs和PtCo合金的协同活性在最大原子利用率和析氢析氧双功能反应性之间架起了一座桥梁。

3. CoSAs/PtCo@CNN在可见光照射下,三乙醇胺(TEOA)存在下,催化剂在整个水裂解反应中的产氢活性高达μmol/h·g,产氢活性为 mmol/h·g。

4. 这项研究不仅为构建协同合金位点开发高效的单原子光催化剂提供了一种有希望的策略,而且还提供了对结构的深入了解 通过光催化过程进行的整体水分解反应的活性关系。

图文解析

TEM,FT-IR

CN样品由膨胀和连续结构中的大波浪层组成。负载金属后,金属颗粒聚集在大块CN的表面或次表面。经过两步煅烧后,所得CNN样品转变为薄、松散、柔软的丝状纳米片结构。煅烧方法导致了CN层的卷曲,使金属颗粒更均匀、更稳定地负载在表面上。红外光谱结果表明CNN样品的C-NH-C键的振动明显强于CN样品中的振动,表明CNN具有高浓度的-NH-缺陷位点,可能会增强水分子的光催化活性。

NMR

在D2O 处理(表示为 CNN-D)之前和之后获得的 CNN 样品的1D 1H MAS 核磁结果表明当 CNN 样品中残留水通过 D2O 处理被氘化时,CNN-D 的 Hw 信号显著减弱。这表明CNN样品具有易于吸附和解吸水分子的双重优势。相反,在 D2O 处理后,普通 CN 样品的Hw 信号强度或其位置没有显著变化,表明由于氢交换没有明显的结构变化。氘交换后, CNN-D 样品的 CN3, Ha 峰的相关性显著降低, 表明边缘氨基(Ha) 和 d 氘化水之间存在强烈的质子交换。相比之下, CN-中的质子交换的证据Ha和氘化水之间的D样品几乎没有氘处理前后的变化。

XANES,HAADF-STEM

为了进一步了解铂和钴金属的配位化学,测试了CoSA/PtCo@CNN催化剂的X射线吸收近边缘结构(XANES)光谱。在CoSAs中形成Co(II)Nx配位中心外,合金中的Co4s和4p轨道还通过与Pt电子结合发生杂化。EXAFS分析表明PtxCo合金和N-Co(II)连接性结构形成。Pt L3边缘的EXAFS光谱中电子的径向分布发生了Å的偏移,表明Pt Co键的形成。Co 原子分散在单金属位点,中心 Co 原子由四个 N 原子配位稳定。少量的 CoSA可以通过长距离的 Co-N-C 协调。像差校正的HAADF-STEM结果表明分离出单个纳米颗粒具有 nm 间距的晶面(Pt3Co 平面)并被许多孤立的金属原子包围。结合 XANES 分析,纳米粒子(NPs)和孤立的金属原子分别为PtxCo 合金和单个 Co 原子。CoSAs/PtCo@CNN 催化剂的组成为大多数 Pt 原子参与形成随机分布的PtCo 合金。额外的Co原子不均匀地分散在 PtCo 合金簇。很少量的Co单原子远离单纳米粒子。所有这些形式共同构成CoSAs/PtCo结构体。

EPR,UV-vis

CoSAs/PtCo@CNN 催化剂用于在紫外-可见光照射下在整个水分解反应中生成产物,而无需使用任何电子牺牲剂,通过原位 EPR 光谱观察到悬浮液中•OH(羟基自由基)的特征信号。这种强烈的•OH 信号表明该途径涉及水的单电子氧化以产生•OH。在 CoSAs@CNN 上仍然没有检测到 •OH 信号,CoSAs/PtCo@CNN表现出高活性产氢气(高达 μmol/h·g)和 μmol/h g的活性用于整个水分解反应中的 O2。在整个水分解反应中观察到 H2O2 产物。催化剂使用3次后,PtCo合金上的Co0保持稳定的结构。在单组分催化剂 CoSAs@CNN 或 PtCo@CNN 上没有检测到可测量的 H2 或 O2 物种,这表明单原子 Co 和纳米片CNN 上负载的 PtCo 合金复合材料之间存在协同。

DFT

理论计算给出了CoSAs/PtCo@CNN对 HER 的反应途径。第二步(OH* O*)为 OER 过程的决速步。对于合金表面的 Pt 位点、合金表面的 Co 位点和 CoSAs 位点,此步骤的 ΔGO* 值分别为 、和 eV。对于 PtCo 合金表面的 Co 位点,每个基元步骤都是吸热的,其决速步基本上可用于完成 OER 半电池反应。如上所述,这种协同作用是通过 CoSAs配位的 N 原子产生的,N原子充当 HER 半反应的高活性位点。同时,由纳米片 C3N4负载的 PtCo 合金纳米颗粒是OER 的高活性位点。

该研究主要计算及测试方法

做同步辐射 找易科研

做球差电镜 找易科研

做计算 找易科研

光催化剂研究论文

纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文

在学习和工作中,大家都跟论文打过交道吧,论文是学术界进行成果交流的工具。如何写一篇有思想、有文采的论文呢?下面是我整理的纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文,欢迎大家分享。

摘要: 现如今,环境污染问题已成为全球性的问题,加大环境保护力度,促进环境与经济的协调发展是世界经济发展的主要手段。大气污染作为环境污染中的一种,加大大气污染的治理力度,缓解温室效应给社会发展带来的难题,有利于实现和谐社会的建设。基于此,文章主要对纳米光催化技术进行了分析,并对其在大气污染治理中的应用进行了研究,以供相关人士参考。

关键词: 纳米光催化技术;大气污染;治理应用

纳米光催化技术在大气污染中的应用,可以提高大气污染的治理水平。由于纳米光催化技术的光敏效果较好,容易达到其反应条件,效率高,对环境及人体具有无害的特点,所以,纳米光催化技术已成为当前社会最先进的空气净化技术。对纳米光催化技术进行分析与研究,充分了解其在大气污染治理中的应用,有利于解决我国严重的.雾霾问题,优化人们的生活环境,促进经济的快速发展。

一、纳米光催化技术理论

太阳能作为“取之不尽,用之不竭”的清洁能源之一,在能源短缺和环境污染日趋严重的今天,其有效利用显得尤为重要。而光催化污染物降解技术既能充分利用太阳能,又能解决大气污染物的处理难题。纳米光催化技术作为一种新型的大气污染物治理方法,在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。与传统的物理吸附法(活性炭)相比,利用纳米光催化技术净化空气具有以下优势:催化降解反应可以在常温常压下进行;操作简便;在太阳光的激发下,能有效去除大气中的污染物如NOx和VOCs,不会造成二次污染。

光催化技术理论主要基于“Fu-jishima-Honda”效应,20世纪70年代后期,Frank和Bard关于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等关于多氯联苯在TiO2紫外光下的降解研究,极大推动了光催化技术在环境污染治理方面的研究。半导体材料的催化氧化机理如下:当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时,价带(va-lenceband,VB)上的电子被激发,跃过禁带进入导带(conductionband,CB),而在价带上产生与电子()对应的空穴(),即产生自由电子-空穴对,活泼的电子、空穴在电场作用下可以分别从半导体的导带、价带迁移至半导体/吸附物界面,而且跃过界面,使被吸附物还原和氧化;同时也存在着电子、空穴的复合。价带空穴()将吸附的H2O氧化为羟基自由基(),导带电子()将空气中的O2还原为超氧自由基()。这两个自由基(),是降解污染物的关键活性基团。其反应原理如下:

二、纳米光催化技术的实际应用

纳米光催化技术在大气污染治理中的应用比较广泛,TiO2作为应用效果较好的光催化剂,具有较好的抗酸碱性、耐光腐蚀性,其化学性质稳定性较好,来源丰富,能源较大,具有产生的光生电子和空穴的电势电位较高等优势。但是,在实际的纳米光催化技术应用过程中,容易受到催化剂、有机物浓度的影响。因此,在大气污染治理过程中,相关人员应重视这些因素对光催化技术的影响。

(一)催化剂对纳米光催化技术的影响。纳米光催化技术的原理,是利用催化剂净化大气的。在反应过程中,催化剂的表面积、粒径等等,都会影响纳米光催化反应。如:当催化剂的粒径不断缩小时,溶液中的单位质量粒子就会增多,虽然光的吸附效率有所增加,但是,光吸收不易饱和;当催化剂系统的表面积增加时,就意味着催化剂参加反应的面积增大,有利于催化反应的进行,反之,则不利于催化反应的进行。另外,催化剂的表面羟基及混晶效应,也是影响纳米光催化反应的另一因素。

(二)光源与光强对大气污染的影响。纳米光催化技术常用的光源有黑光灯、高低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等,波长在200-400nm的范围内。一般情况下,在纳米光催化反应过程中,其光的强度越强,催化反应速度就会逐渐趋于常数,但是,光量子效率则会随着光强度的变化而变化。此外,PH值不同,外加助催化剂及无机盐等等,在一定程度上也会影响纳米光催化技术的反应。

三、纳米光催化大气污染控制技术与其他技术的联用

(一)室内污染控制与通风技术。目前常用室内环境净化与通风技术有主动式和被动式2种。前者是将室内环境净化装置与机械通风系统有机结合起来成为一个整体,而后者采用空气净化过滤器结合自然通风系统。这两种技术均涉及高效通风技术,前者主要针对外源性污染,可采用高效低阻过滤的方式;而后者主要针对内源式污染,比较有效的方式为各种室内净化技术。目前主要通风方式包括混合通风、置换通风和个性化送风。混合通风和置换通风均以营造室内可感风环境为目的,若将空调设定温度调高必然会引起室内人员热舒适性的降低;个性化送风由于其实际使用中制约较多,在实际工程中较少。

(二)过滤技术。过滤技术主要包括纳米纤维过滤技术、光催化纤维过滤技术、膜过滤技术。纳米纤维过滤技术具有一定梯度结构的复合过滤材料可大大提高过滤性能,已用于室内空气净化、水体有机物净化等领域,有望实现大规模工程化应用;纳米光催化技术是一种新型的处理大气污染物的方法,在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。

四、结语

在大气污染治理过程中,单独利用纳米光催化技术的效果并不是特别明显,因此,在治理大气污染过程中,相关人员应将纳米光催化技术与其他先进的大气净化技术进行有效结合,提高大气污染治理效果,保证人们生活健康。

参考文献:

[1]曹军骥,黄宇.纳米光催化技术在大气污染治理中的应用[J].科技导报,2016,17:64-71.

[2]王韶昱.光催化技术在室内空气净化器中的应用研究[D].浙江大学,2013.

第一作者:Jingrun Ran, Hongping Zhang, Sijia Fu

通讯作者: 乔世璋

通讯单位:澳大利亚阿德莱德大学

论文DOI:

全文速览

高性能、低成本的光催化剂是实现大规模太阳能制氢的关键。本文报告了一种液体剥离方法来制备 NiPS3 超薄纳米片。该纳米片可作为一种多功能平台,能够极大地改善各种光催化剂(包括 TiO2、CdS、In2ZnS4 和 C3N4)上的光催化产氢性能。与纯 CdS 相比,NiPS3/CdS 异质结具有最高的改进因子(~1,667%),实现了极高的可见光诱导制氢速率(13,600 μmol h-1g-1)。这种更好的性能归因于强关联的 NiPS3/CdS 界面确保了有效的电子-空穴解离/传输;以及 NiPS3超薄纳米片上丰富的原子级边缘 P/S 位点和活化的S 位点,促进了氢的析出。这些发现通过最先进的表征和理论计算来证明。该工作首次证明了金属磷硫属化物可作为一个通用平台的巨大潜力,能极大地提高不同光催化剂的性能。

背景介绍

不可再生化石燃料的大量消耗导致全球能源短缺、环境污染和气候变化。因此,寻找可再生、清洁和无碳的能源至关重要。太阳能光催化水分解产氢 (H2) 被认为是一种有前途、廉价且环境友好的技术,其可利用阳光生产绿色 H2 燃料。然而,迄今为止开发的光催化剂效率低、稳定性差、价格高,严重制约了光催化工艺的大规模应用。因此,寻找高活性、稳定和廉价的光催化剂对于实现工业规模的太阳能制氢具有重要意义。高性能光催化剂的合理设计和制备,不仅需要从原子级尺度理解结构/组成-活性关系,还需要精确而深刻地理解光催化剂中的光生电子-空穴的动力学和热力学。结合原子分辨率像差校正扫描透射电子显微镜 (AC-STEM) 和理论计算,研究人员可以提供关于光催化剂的结构/组成-活性关系的原子级阐释。特别是,通过上述方法可以准确地揭示光催化剂中存在的各种原子级反应位点,例如单原子、边缘位点和缺陷。另一方面,光生电子和空穴的分离/迁移在确定整体光催化性能方面起着关键作用。因此,必须采用各种先进的表征,例如超快瞬态吸收光谱 (TAS)、瞬态表面光电压 (SPV) 光谱、瞬态光致发光 (PL) 光谱和原位 X 射线光电子能谱 (XPS),对光生电子/空穴的动力学和热力学进行时间分辨研究,特别是在光催化剂表面。此外,将上述两种策略结合起来,同时评估光催化剂的原子级结构/组成-性能关系和时间分辨电荷载流子分离/转移机制,是具有重要意义的。

图文解析

图1. NiPS3 UNS的理论预测、表征和应用。a NiPS3 单层 (100) 边缘的 HER 活性 P、S2 和 S3 位点。b NiPS3单层 (010) 边缘的 HER 活性 S 位点。c 在 NiPS3单层的 (1-30) 边缘处的 HER 活性 P1、S2、S3 和 S8 位点。d 在 NiPS3单层的 (100) 边缘、(010) 边缘或 (1-30) 边缘的活性位点上,遵循 Volmer-Heyrovsky 路径的 HER 吉布斯自由能图。e 在NiPS3 单层的 (100) 或(1-30) 边缘的活性位点上,遵循 Volmer-Tafel 路径的 HER 吉布斯自由能图。NiPS3 UNS 的 f 基面和 g 边缘的原子分辨率HAADF-STEM 图像。h NiPS3 UNS 的(基于同步加速器的)Ni L2,3-edge XANES。i TiO2、NiPS3/TiO2、CdS、NiPS3/CdS、In2ZnS4、NiPS3/In2ZnS4、C3N4和 NiPS3/C3N4在约 vol% 三乙醇胺水溶液中的光催化产氢速率。

图 2. 的形貌、微观结构和化学成分。a TEM 图像和 b HRTEM 图像。在 N 中,c NiPS3 UNSs 和 d CdS NPs的原子分辨率 HAADF-STEM 图像。e 的EDX 光谱。f 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。g 的 HAADF-STEM 图像,和 中 h Cd、i S、j Ni 和 k P 元素的相应元素mapping图像。注意:将不同体积的 NiPS3 UNSs 乙醇溶液(、、 和  ml)分别添加到研钵中,在室温下通过机械研磨与 50 mg CdS NPs 复合。所得的光催化剂分别标记为 、、 和 。纯 CdS NPs 表示为。

图 3. NiPS3/CdS 系统中的强电子相互作用。a NiPS3UNS、 和 的高分辨率Ni 2p XPS 光谱。、 和 的基于同步加速器的S L-edge XANES。c NiPS3 UNS 和 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。d CdS(200)晶面和e NiPS3(002)晶面沿z轴方向的平均电位分布。f NiPS3/CdS系统的微分电荷密度图。金色和青色等值面分别表示净电子积累和耗尽区域。考虑到在 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应,计算了功函数和微分电荷密度图。

图 4. NiPS3/CdS体系的光催化产氢活性和载流子动力学。a 在~ vol% 三乙醇胺水溶液中使用可见光照射(λ > 400 nm)的、、、、 和 NiPS3UNSs 的光催化产氢速率。 和 的b稳态和 c 瞬态 PL 光谱。c 插图显示了 和 的拟合电荷寿命。用 400 nm 激光脉冲激发后,乙醇溶液中 d 和 e 的二维伪彩色 TA 光谱。f 和 g 在不同泵-探针延迟时间下的 TA 光谱。h 和 的归一化衰减动力学和拟合线,基于约 516 和约 514 nm 处的GSB 峰。i 和 的归一化衰减动力学和拟合线,基于 ~480 和 ~474nm 处的ESA 峰。

图 5. NiPS3/CdS 系统中的电荷载流子动力学。 和 的a瞬态和 b 稳态 SPV 光谱。c 在黑暗和光照下进行的 的 CPD 测试。NiPS3UNSs 的高分辨率 d Ni 2p、e P 2p 和 f S 2p XPS 光谱,分别在光照打开和关闭的情况下测量。的高分辨率g Ni 2p、h Cd 3d 和 i S 2p XPS光谱,分别在光照打开和关闭的情况下测量。

图 6. NiPS3/CdS体系的表面催化反应和光吸收。a  M KOH 水溶液中,、、NiPS3UNSs 和 20 wt% Pt/C 的电化学 HER 活性。b NiPS3/CdS 的俯视原子结构,显示了 Ni、P 和 S 位点。c 在 NiPS3/CdS 体系中的NiPS3 基面的 Ni、P 和 S 位点上,遵循 Volmer-Heyrovsky 路径计算的 HER 自由能图。d 在NiPS3/CdS体系中的NiPS3 基面的Ni、P和S位点上,遵循 Volmer-Tafel途径计算的HER自由能图。e 、、、 和 的 UV-Vis 漫反射光谱。f 分别在氙灯照射 (λ > 400 nm) 和630-nm LED 下,在约 vol% 三乙醇胺水溶液中测量 的光催化产氢速率。考虑到 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应,进行了所有的Gibbs 自由能计算。

图 7. NiPS3/CdS体系中的光催化产氢机理示意图。在NiPS3/CdS体系中,可见光激发(λ > 400 nm)、光生电子和空穴的分离/迁移、以及表面催化反应的示意图。

总结与展望

基于上述结果,本文首次报道了一种简便的液体剥离技术,来合成具有超薄厚度(~ nm)的2D NiPS3。合成后的 NiPS3 UNS 可作为通用平台,用于提高各种光催化剂(包括TiO2, CdS, In2ZnS4 和 C3N4)的光驱动产氢性能。与原始 CdS相比,所制备的 NiPS3/CdS 复合物显示出最高的光催化产氢 (H2) 活性(13,600 μmol h-1 g-1),最大增强因子约为 1667%。NiPS3/CdS 的性能大幅提升有两个原因:(1)NiPS3 UNS 和 CdS NPs 之间的电子耦合界面明显促进了电荷载流子的分离/传输。特别是,光生空穴向 CdS NPs 表面的传输显著增强,这是由牺牲电子供体三乙醇胺收集的。因此,CdS NPs 上剩余的光生电子可以有效地迁移到 NiPS3 UNSs 以产生 H2;(2) 在NiPS3 UNSs中,大量的原子级P/S边缘位点和活化的S位点极大地促进了H2的析出反应。这些发现得到了理论计算和高级表征的支持,例如原子分辨率 AC-STEM、瞬态 PL 光谱、瞬态SPV 光谱、超快 TAS 和原位 XPS。该研究不仅展示了 MPCx 家族作为一个通用平台的巨大潜力,可用于极大地提高各种半导体光催化剂的光催化产氢活性,更重要的是,通过了解光催化中的原子级结构/组成-活性相关性和电子-空穴动力学/热力学,实现了光催化剂的合理设计/制备。

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光催化剂的研究论文

如下:

【摘要】:综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展,重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用,其中,负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。

【关键词】:环己烷氧化,环己酮,催化剂的认识。

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂,广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前,工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法,环己烷氧化法的应用最为普遍,占90%以上。

由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化,为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性,工业上环己烷氧化转化率通常控制在,氧化选择性为90%左右。

但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前,环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点,近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。

本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。

第一作者:Jingrun Ran, Hongping Zhang, Sijia Fu

通讯作者: 乔世璋

通讯单位:澳大利亚阿德莱德大学

论文DOI:

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高性能、低成本的光催化剂是实现大规模太阳能制氢的关键。本文报告了一种液体剥离方法来制备 NiPS3 超薄纳米片。该纳米片可作为一种多功能平台,能够极大地改善各种光催化剂(包括 TiO2、CdS、In2ZnS4 和 C3N4)上的光催化产氢性能。与纯 CdS 相比,NiPS3/CdS 异质结具有最高的改进因子(~1,667%),实现了极高的可见光诱导制氢速率(13,600 μmol h-1g-1)。这种更好的性能归因于强关联的 NiPS3/CdS 界面确保了有效的电子-空穴解离/传输;以及 NiPS3超薄纳米片上丰富的原子级边缘 P/S 位点和活化的S 位点,促进了氢的析出。这些发现通过最先进的表征和理论计算来证明。该工作首次证明了金属磷硫属化物可作为一个通用平台的巨大潜力,能极大地提高不同光催化剂的性能。

背景介绍

不可再生化石燃料的大量消耗导致全球能源短缺、环境污染和气候变化。因此,寻找可再生、清洁和无碳的能源至关重要。太阳能光催化水分解产氢 (H2) 被认为是一种有前途、廉价且环境友好的技术,其可利用阳光生产绿色 H2 燃料。然而,迄今为止开发的光催化剂效率低、稳定性差、价格高,严重制约了光催化工艺的大规模应用。因此,寻找高活性、稳定和廉价的光催化剂对于实现工业规模的太阳能制氢具有重要意义。高性能光催化剂的合理设计和制备,不仅需要从原子级尺度理解结构/组成-活性关系,还需要精确而深刻地理解光催化剂中的光生电子-空穴的动力学和热力学。结合原子分辨率像差校正扫描透射电子显微镜 (AC-STEM) 和理论计算,研究人员可以提供关于光催化剂的结构/组成-活性关系的原子级阐释。特别是,通过上述方法可以准确地揭示光催化剂中存在的各种原子级反应位点,例如单原子、边缘位点和缺陷。另一方面,光生电子和空穴的分离/迁移在确定整体光催化性能方面起着关键作用。因此,必须采用各种先进的表征,例如超快瞬态吸收光谱 (TAS)、瞬态表面光电压 (SPV) 光谱、瞬态光致发光 (PL) 光谱和原位 X 射线光电子能谱 (XPS),对光生电子/空穴的动力学和热力学进行时间分辨研究,特别是在光催化剂表面。此外,将上述两种策略结合起来,同时评估光催化剂的原子级结构/组成-性能关系和时间分辨电荷载流子分离/转移机制,是具有重要意义的。

图文解析

图1. NiPS3 UNS的理论预测、表征和应用。a NiPS3 单层 (100) 边缘的 HER 活性 P、S2 和 S3 位点。b NiPS3单层 (010) 边缘的 HER 活性 S 位点。c 在 NiPS3单层的 (1-30) 边缘处的 HER 活性 P1、S2、S3 和 S8 位点。d 在 NiPS3单层的 (100) 边缘、(010) 边缘或 (1-30) 边缘的活性位点上,遵循 Volmer-Heyrovsky 路径的 HER 吉布斯自由能图。e 在NiPS3 单层的 (100) 或(1-30) 边缘的活性位点上,遵循 Volmer-Tafel 路径的 HER 吉布斯自由能图。NiPS3 UNS 的 f 基面和 g 边缘的原子分辨率HAADF-STEM 图像。h NiPS3 UNS 的(基于同步加速器的)Ni L2,3-edge XANES。i TiO2、NiPS3/TiO2、CdS、NiPS3/CdS、In2ZnS4、NiPS3/In2ZnS4、C3N4和 NiPS3/C3N4在约 vol% 三乙醇胺水溶液中的光催化产氢速率。

图 2. 的形貌、微观结构和化学成分。a TEM 图像和 b HRTEM 图像。在 N 中,c NiPS3 UNSs 和 d CdS NPs的原子分辨率 HAADF-STEM 图像。e 的EDX 光谱。f 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。g 的 HAADF-STEM 图像,和 中 h Cd、i S、j Ni 和 k P 元素的相应元素mapping图像。注意:将不同体积的 NiPS3 UNSs 乙醇溶液(、、 和  ml)分别添加到研钵中,在室温下通过机械研磨与 50 mg CdS NPs 复合。所得的光催化剂分别标记为 、、 和 。纯 CdS NPs 表示为。

图 3. NiPS3/CdS 系统中的强电子相互作用。a NiPS3UNS、 和 的高分辨率Ni 2p XPS 光谱。、 和 的基于同步加速器的S L-edge XANES。c NiPS3 UNS 和 的 Ni L2,3-edge EELS 光谱。d CdS(200)晶面和e NiPS3(002)晶面沿z轴方向的平均电位分布。f NiPS3/CdS系统的微分电荷密度图。金色和青色等值面分别表示净电子积累和耗尽区域。考虑到在 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应,计算了功函数和微分电荷密度图。

图 4. NiPS3/CdS体系的光催化产氢活性和载流子动力学。a 在~ vol% 三乙醇胺水溶液中使用可见光照射(λ > 400 nm)的、、、、 和 NiPS3UNSs 的光催化产氢速率。 和 的b稳态和 c 瞬态 PL 光谱。c 插图显示了 和 的拟合电荷寿命。用 400 nm 激光脉冲激发后,乙醇溶液中 d 和 e 的二维伪彩色 TA 光谱。f 和 g 在不同泵-探针延迟时间下的 TA 光谱。h 和 的归一化衰减动力学和拟合线,基于约 516 和约 514 nm 处的GSB 峰。i 和 的归一化衰减动力学和拟合线,基于 ~480 和 ~474nm 处的ESA 峰。

图 5. NiPS3/CdS 系统中的电荷载流子动力学。 和 的a瞬态和 b 稳态 SPV 光谱。c 在黑暗和光照下进行的 的 CPD 测试。NiPS3UNSs 的高分辨率 d Ni 2p、e P 2p 和 f S 2p XPS 光谱,分别在光照打开和关闭的情况下测量。的高分辨率g Ni 2p、h Cd 3d 和 i S 2p XPS光谱,分别在光照打开和关闭的情况下测量。

图 6. NiPS3/CdS体系的表面催化反应和光吸收。a  M KOH 水溶液中,、、NiPS3UNSs 和 20 wt% Pt/C 的电化学 HER 活性。b NiPS3/CdS 的俯视原子结构,显示了 Ni、P 和 S 位点。c 在 NiPS3/CdS 体系中的NiPS3 基面的 Ni、P 和 S 位点上,遵循 Volmer-Heyrovsky 路径计算的 HER 自由能图。d 在NiPS3/CdS体系中的NiPS3 基面的Ni、P和S位点上,遵循 Volmer-Tafel途径计算的HER自由能图。e 、、、 和 的 UV-Vis 漫反射光谱。f 分别在氙灯照射 (λ > 400 nm) 和630-nm LED 下,在约 vol% 三乙醇胺水溶液中测量 的光催化产氢速率。考虑到 17 vol% 三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应,进行了所有的Gibbs 自由能计算。

图 7. NiPS3/CdS体系中的光催化产氢机理示意图。在NiPS3/CdS体系中,可见光激发(λ > 400 nm)、光生电子和空穴的分离/迁移、以及表面催化反应的示意图。

总结与展望

基于上述结果,本文首次报道了一种简便的液体剥离技术,来合成具有超薄厚度(~ nm)的2D NiPS3。合成后的 NiPS3 UNS 可作为通用平台,用于提高各种光催化剂(包括TiO2, CdS, In2ZnS4 和 C3N4)的光驱动产氢性能。与原始 CdS相比,所制备的 NiPS3/CdS 复合物显示出最高的光催化产氢 (H2) 活性(13,600 μmol h-1 g-1),最大增强因子约为 1667%。NiPS3/CdS 的性能大幅提升有两个原因:(1)NiPS3 UNS 和 CdS NPs 之间的电子耦合界面明显促进了电荷载流子的分离/传输。特别是,光生空穴向 CdS NPs 表面的传输显著增强,这是由牺牲电子供体三乙醇胺收集的。因此,CdS NPs 上剩余的光生电子可以有效地迁移到 NiPS3 UNSs 以产生 H2;(2) 在NiPS3 UNSs中,大量的原子级P/S边缘位点和活化的S位点极大地促进了H2的析出反应。这些发现得到了理论计算和高级表征的支持,例如原子分辨率 AC-STEM、瞬态 PL 光谱、瞬态SPV 光谱、超快 TAS 和原位 XPS。该研究不仅展示了 MPCx 家族作为一个通用平台的巨大潜力,可用于极大地提高各种半导体光催化剂的光催化产氢活性,更重要的是,通过了解光催化中的原子级结构/组成-活性相关性和电子-空穴动力学/热力学,实现了光催化剂的合理设计/制备。

催化剂定义:又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)于1981年提出的定义,催化剂是一种物质,它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂(catalyst)会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义:在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能(activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型,它们是:均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态(固态、液态、或者气态)。例如:如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体。笑气(一氧化二氮)是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂。然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气。这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如:在生产人造黄油时,通过固态镍(催化剂),能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂,被它催化的反应物则是液态(植物油)和气态(氢气)。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命。大约在37℃的温度中(人体的温度),酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相(Phase)的反应中(例如:固态催化剂在液态混合反应),而均相催化剂则是呈现在同一相的反应(例如:液态催化剂在液态混合反应)。一个简易的非均相催化反应包含了反应物(或zh-ch:底物;zh-tw:受质)吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率,而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时,叫做单相催化作用;催化剂跟反应物属不同相时,叫做多相催化作用。人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来。不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂;使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂。例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂;二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂;食用油脂里加入~没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。

磁性催化剂研究进展论文

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如下:

【摘要】:综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展,重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用,其中,负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。

【关键词】:环己烷氧化,环己酮,催化剂的认识。

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂,广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前,工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法,环己烷氧化法的应用最为普遍,占90%以上。

由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化,为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性,工业上环己烷氧化转化率通常控制在,氧化选择性为90%左右。

但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前,环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点,近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。

本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。

催化剂定义:又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)于1981年提出的定义,催化剂是一种物质,它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂(catalyst)会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义:在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能(activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型,它们是:均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态(固态、液态、或者气态)。例如:如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体。笑气(一氧化二氮)是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂。然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气。这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如:在生产人造黄油时,通过固态镍(催化剂),能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂,被它催化的反应物则是液态(植物油)和气态(氢气)。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命。大约在37℃的温度中(人体的温度),酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相(Phase)的反应中(例如:固态催化剂在液态混合反应),而均相催化剂则是呈现在同一相的反应(例如:液态催化剂在液态混合反应)。一个简易的非均相催化反应包含了反应物(或zh-ch:底物;zh-tw:受质)吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率,而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时,叫做单相催化作用;催化剂跟反应物属不同相时,叫做多相催化作用。人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来。不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂;使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂。例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂;二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂;食用油脂里加入~没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。

品 名:超导陶瓷拼音:chao1dao3tao2ci2英文名称:superconductivity ceramics说明:具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零,即抗磁现象或称迈斯纳效应(Meissner effect)。高临界温度(90开以上)的超导陶瓷材料组成有YBa2Cu3O7-δ,Bi2Sr2Ca2Cu3O10,Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。奇异的超导陶瓷1973年,人们发现了超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为,该记录保持了13年。1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧-钡-铜-氧)具有35K的高温超导性,打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念,引起世界科学界的轰动。此后,科学家们争分夺秒地攻关,几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。1986年底,美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K以上,这在材料发展史,乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹!高温超导材料的不断问世,为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。

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