纳米微球NH2—Fe3O4@聚乙二醇@ZnO的制备及其光催化性能

首先合成氨基功能化Fe₃O₄(NH₂—Fe₃O₄),并以NH₂—Fe₃O₄为磁核,六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)为锌源,在表面活性剂聚乙二醇(PEG,PEG-400)辅助下通过水热法制备PEG修饰的ZnO(NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO)磁性复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、紫外-可见-近红外分光光度计、比表面吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等对NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料组成、形貌、磁性能等进行表征。并进一步以罗丹明B(RhB)染料为模拟污染物,对NH₂?Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料的光催化降解性能进行研究,采用单因素法探究Fe与Zn的原子比(n(Fe)∶n(Zn))、合成温度、表面活性剂种类及用量对NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料光催化降解性能的影响。结果表明,n(Fe)∶n(Zn)=1∶15、水热合成温度为180℃制备的NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料具有良好的光降解性能,0.0500 g NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料在紫外光照射20 min内对50 mL RhB(1.0×10?5 mol·L?1)溶液降解率为90.36%。而相同条件制备的NH₂—Fe₃O₄@PEG@ZnO复合材料呈微球状,比表面积为11.43 m2·g?1,禁带宽度为2.51 eV,对RhB的光催化降解率可提高至99.36%,循环使用10次后,其对RhB的光催化降解率仍可达96.48%,PEG-400对NH₂—Fe₃O₄@ZnO复合材料的光催化活性具有较大的协同效应。      

钒微合金钢中α-Fe/V4C3界面结构与稳定性的第一性原理计算

为了探讨α-Fe/V₄C₃的界面稳定性,利用第一性原理平面波赝势方法优化(100)_α-Fe/(100)_V4C3三种不同原子堆积序列(Fe-on-C,Fe-on-V和Bridge)的界面构型。通过界面分离功分析α-Fe/V₄C₃界面的结构稳定性,计算三种构型的界面分离功分别为4.29,1.43,2.70 eV,分离功越大表明界面稳定性越强,在α-Fe中析出的V₄C₃主要以Fe-on-C构型存在,其界面稳定性最强。通过态密度,差分电荷密度和电子局域化函数研究α-Fe/V₄C₃的电子结构性质。结果表明：在Fe-on-C构型中,界面处Fe原子存在电荷贫化区,丢失的电荷转移到界面处,由于C原子具有强电负性,在界面处形成较强的混合离子/共价键,并且Fe和C原子的键合作用明显强于Fe和V原子。通过总态密度和分波态密度发现,Fe-d轨道与C-p轨道在－4.5~－2.5 eV的区域内发生电子轨道杂化,形成Fe—C共价键。     

不同锰含量纳米MnO2-Fe2O3-CeO2/Al2O3的制备、表征及其催化还原NO/NO_2性能

减少发动机冷启动极低温度下排气中的NO_x对于生态环境与人类健康至关重要,MnO₂在低温区间对NO_x具有较高催化活性,是一种极具发展前景的纳米催化剂。通过超声波辅助共沉淀法制备不同锰含量MnO₂-Fe₂O₃-CeO₂/Al₂O₃纳米催化材料,探讨表面结构特性与其脱硝活性的内在联系。研究发现:锰含量为15%(质量分数)时具有最大比表面积与最小晶粒,活性物质分布最为均匀,金属氧化物结晶度得到抑制,Mn,Fe和Ce呈现较佳共存态,能够促进化学吸附氧的富集,并通过提高NO催化氧化成NO₂来提高快速SCR反应速率,NO₂转化率在50℃时即达到了88.5%。在改善催化材料构效关系、提高NO预氧化和快速SCR反应性能方面,优化锰含量是一种极其有效的方法。     

石墨烯负载Pdn(n=1—3)原子/团簇吸附三氯甲烷分子的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了三氯甲烷(CHCl₃)分子在负载Pd_n(n=1—3)原子/团簇的石墨烯表面的吸附行为。研究表明，CHCl₃分子与本征石墨烯(PG)之间仅为物理吸附，而采用Pd原子/团簇对本征石墨烯进行修饰，可以提高CHCl₃分子与石墨烯之间的吸附性能，使得CHCl₃分子与负载Pd_n(n=1—3)的石墨烯(PG-Pd_n(n=1—3))之间形成稳定的化学吸附。在PG-Pd_n(n=1—3)三种吸附体系中，吸附能计算表明Pd₃团簇修饰的石墨烯基底对CHCl₃分子的吸附效果最好，电荷转移分析表明CHCl₃分子向PG-Pd₃转移了大量电荷，电荷密度计算证实CHCl₃分子与PG-Pd₃之间形成了稳定的化学吸附。CHCl₃分子吸附在PG-Pd_3<...     

基于ZIF8/rGO的高性能NO2室温传感器

二氧化氮气体是一种常见的大气污染物, 对自然环境和人类健康造成严重的危害, 开发检测该类有毒有害气体的高效检测设备势在必行。新型复合薄膜气体传感器可以在常温下对二氧化氮进行高选择性、高灵敏度检测, 为自然环境和人类健康保驾护航。本工作采用化学沉淀法和超声法制备了多孔、高比表面积的ZIF8/还原氧化石墨烯(ZIF8/rGO)复合材料, 以此为气敏材料构建NO₂传感器, 并系统研究了其在室温下对NO₂的气敏性能, 进一步探讨了ZIF8/rGO气敏传感器感应NO₂的可能机理。气敏实验结果表明：ZIF8/rGO气敏传感器对50×10^-6 NO₂的响应达到34.77%, 是纯rGO气敏传感器的3.2倍。ZIF8/rGO传感器在4个可逆循环测试中表现出较好的可重复性, RSD(Relative Standard Deviation)为3.9%。此外, ZIF8/rGO传感器表现出优秀的长期稳定性(RSD为2.5%)、选择性和低的检出限(3.8×10^-8)。室温下灵敏感应NO₂的气敏性能主要归因于ZIF8的多孔结构和超大的比表面积以及rGO的优越性能。本工作将为ZIF8/rGO作为气敏材料检测有毒有害的NO₂气体提供新思路。     

Ambient ammonia production via electrocatalytic nitrite reduction catalyzed by a CoP nanoarray

Industrial-scale ammonia(NH₃)production mainly relies on the energy-intensive and environmentally unfriendly Haber-Bosch process.Such issue can be avoided by electrocatalytic N₂ reduction which however suffers from limited current efficiency and NH3 yield.Herein,we demonstrate ambient NH₃ production via electrochemical nitrite(NO₂^-)reduction catalyzed by a CoP nanoarray on titanium mesh(CoP NA/TM).When tested in 0.1 M PBS(pH=7)containing 500 ppm N0₂^-,such CoP NA/TM is capable of affording a large NH₃ yield of 2,260.7±51.5μg·h^-1·cm^-2 and a high Faradaic efficiency of 90.0±2.3%at-0.2 V vs.a reversible hydrogen electrode.Density functional theory calculations reveal that the potential-determining step for NO₂^-reduction over CoP(112)is*NO2→*NO₂H.     

核壳结构ZIF-8@In2O3纳米棒的制备及其对NO2选择性的提升作用

为了快速准确检测到有毒有害气体NO₂,以水热法合成沸石咪唑酯骨架(zeolitic imidazolate frameworks, ZIF)-8复合In₂O₃纳米棒状复合材料(ZIF-8@In₂O₃),并加工制作成气敏传感器，以检测对NO₂的灵敏度和选择性。利用扫描电镜、透射电镜、比表面积分析技术对ZIF-8@In₂O₃的形貌和结构进行表征，测试复合材料作为传感器的气敏性能。结果表明：成功制备出具有核壳结构的ZIF-88@In₂O₃纳米棒复合材料，在最佳工作温度为220℃时，相比于纯In₂O₃对体积分数为5×10^-5的NO₂的灵敏度223,ZIF-8@In₂O₃的达到254;在三乙胺(triethylamine, TEA)作为干扰性气体的条...     

具有增强类过氧化物酶活性的硼掺杂石墨氮化碳负载单原子铁催化剂（英文）

开发具有高活性的生物医药和环保催化剂是目前的研究热点.本文中,我们通过三聚氰胺与氧化硼混合搅拌后热解而获得硼掺杂石墨相氮化碳(B-g-C₃N₄).通过离子交换后热解的方式制备了硼掺杂石墨氮化碳上负载Fe单原子的纳米酶(SA Fe/B-g-C₃N₄).同步辐射和扫描透射电子显微镜研究表明单原子Fe催化剂被成功制备.得到的SA Fe/B-gC₃N₄在H₂O₂存在下能够表现出良好的类过氧化物酶活性.同时,密度泛函理论计算进一步验证了B掺杂对催化反应的促进作用.基于这些发现,我们利用SA Fe/B-g-C₃N₄构建了一个比色传感器,用于检测硫化物阴离子的浓度,其检测限为0.57μmol L^-1.本方法对自来水和海水中的S^2-检测被验证真实可靠.     

SnO2修饰MoS2薄膜的n-p可调室温氢气响应及其原位SKPM研究(英文)

研发高性能氢气传感器对氢能及相关产业发展具有重要意义.2D-MoS₂纳米材料在构建快速可靠的室温氢气传感器方面优势显著,但灵敏度和选择性较差.本文报导了具有n-p可调型氢敏响应行为的SnO₂修饰MoS₂薄膜,其原位SKPM研究表明SnO₂(0.38 eV)和MoS₂(0.26 eV)在氢敏响应中会出现不同的表面电势变化,使其界面势垒随SnO₂覆盖率的增加而改变,从而使界面效应对体系n型氢敏响应的积极贡献转变为负面补偿.当SnO₂覆盖率为6.4%时,传感器具有增敏、提速且选择性好的n型氢敏响应,当其提高至95.6%时呈现p型响应.这种随结构n-p可调的氢敏响应既能用于传感层的敏感性能调节,还可为MoS₂基二维材料的气敏响应类型调控提供简单易行、成本低廉的方法.     

黑磷负载的单原子催化剂用于电催化N2还原

设计和开发高选择性、高活性的单原子电催化剂是实现在常规环境条件下合成氨的关键.本论文利用密度泛函理论对P配体在N₂还原反应(NRR)中的应用前景进行了预测,并且提出了一种高性能NRR单原子催化剂的设计准则.理论计算结果显示, W@BP(0.40 eV)、Ta@BP(0.47 eV)和Nb@BP(0.53 eV)由于具有低反应自由能、高稳定性和导电性,在高效电催化NRR中潜力巨大.特别是,几乎所有金属中心对*N₂中间体的吸附能力都比*H更强,这表明以P为配体的单原子催化剂具有较强的NRR选择性,且*N₂H中间体的吸附自由能可作为描述符,反映这一系列催化剂的催化活性.此外,计算结果显示,金属中心向P配体转移的电子数目与NRR活性存在着火山关系,带有适度正电荷的金属中心具有优异的电催化NRR活性.该发现为高性能单原子催化剂的设计提供了理论指导.     

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理.结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构.Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附.对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面.Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子.气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附.Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质.Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩.这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度.研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导.     

Pd-Ni合金氢气传感器抗干扰性能提升研究

设计了一种Pd₉₀Ni₁₀薄膜电阻型氢气传感器,在Pd₉₀Ni₁₀薄膜表面覆盖一层保护膜以提高传感器在不同环境气体中的抗干扰性能。首先,研究了HfO₂、聚四氟乙烯(PTFE)、 SiO₂、 Al₂O₃ 4种不同材料对传感器抗干扰性能的提升影响,试验发现Al₂O₃保护膜对提升传感器抗干扰性能的效果最佳。其次,对Al₂O₃保护膜的厚度进行了优化,将Pd₉₀Ni₁₀薄膜氢气传感器的抗干扰性能进一步提升。最后,对传感器的零点电阻稳定性、氢气响应重复性、梯度响应等性能进行测试,得到了适用于Pd₉₀Ni₁₀薄膜氢气传感器的保护膜优化条件,使传感器的抗干扰等性能得到了提升。     

壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒的制备与性能

采用实验室自制壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒用于处理水中NH₄+-N和NO₃--N,通过优化工艺条件确定最佳壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒制备方法,并利用SEM、比表面积（BET）、FTIR和XPS分析壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面物化特性。结果表明:壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒最佳制备条件为:乙酸浓度为4vol%,壳聚糖浓度为7 g/L,振荡时间为10 h,振荡温度为30℃。制得的壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒对NH₄+-N和NO₃--N的吸附量分别达到0.636 mg/g和1.952 mg/g,去除率分别为81.60%和40.28%。壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面形貌呈现较多凸起和微孔,比表面积为391.52 m2/g。FTIR分析结果表明,壳聚糖特征官能团-NH₂和-CH₃已负载于沸石分子筛的基本骨架中。XPS分析结果表明,元素O1s在壳聚糖与沸石分子筛的连接过程中起主要作用,该研究成果可为北方严寒地区净水厂的提标改造提供理论依据。      

DFT方法研究一氧化氮在铬掺杂石墨烯上的吸附行为

石墨烯具有较高的比表面积, 其电导率会因吸附微量气体分子而发生显著变化, 有望用作超高灵敏度的气体传感器。本研究基于密度泛函理论(DFT)的计算方法, 探讨了NO在石墨烯和Cr掺杂石墨烯上的吸附行为, 通过对比吸附前后的各自体系的电子结构变化, 发现Cr掺杂石墨烯有助于增强对NO气体分子的吸附能力, 吸附能增大到-1.58 eV, 基底转移到吸附物的电荷数增大了一个数量级, 达到0.143 e, 显著提升了气体探测灵敏度。本研究为工业、环境和军事监测领域中开发新型NO气体传感器提供了新的设计思路。     

BiOBr-BN光催化氧化NO及其抑制毒副产物的机理研究

光催化去除一氧化氮(NO)是一种新兴的空气净化技术, 但极易生成毒副产物二氧化氮(NO₂), 限制了其实际应用。为解决这一问题, 本研究以氮化硼(BN)纳米片为模板, 用原位生长法在其表面形成溴氧铋(BiOBr)纳米片, 成功构建二维-二维(2D-2D)可见光催化剂BiOBr-BN。根据X射线光电子能谱及第一性原理计算结果, BiOBr通过界面作用将电子转移至BN, 形成内建电场, 有效促进光生载流子的分离。BiOBr作为NO氧化的活性面, 增强氧气(O₂)的吸附和活化, 抑制NO₂的生成。可见光催化氧化NO性能测试结果表明, 5%BiOBr复合BN后, NO去除率从24.6%提高到39.5%, NO₃^-的氧化选择性从36.6%提高到82.7%。     

不同形貌MoS2的制备及对NH3气敏性能的研究

氨气污染是空气污染的重要因素之一, 且氨气容易诱发急性水肿和呼吸衰竭等疾病, 严重危害人体健康。开发高性能氨气传感器已经成为氨气实时监测和安全预警的重要手段。本工作采用水热法制备了纳米花状、纳米球状和纳米片状三种不同形貌的二硫化钼, 以此构建了三种MoS₂氨气传感器, 并利用自主搭建的气敏检测平台进行气敏性能研究。气敏实验结果表明: 在三种不同形貌的MoS₂氨气传感器中, 纳米花状MoS₂传感器对于氨气具有更好的响应性能, 对于10×10^-6 NH₃的响应值为7.41%, 而相同氨气浓度条件下的纳米片状和纳米球状MoS₂传感器的响应值分别为2.01%和5.11%。此外, 纳米花状MoS₂传感器还表现出优异的可重复性、稳定性和选择性。纳米花状MoS₂传感器具有优越的响应性能, 主要因为其具有较大的比表面积, 可为NH₃的吸附提供更多的活性位点。本研究为采用MoS₂作为基底材料制备高性能的NH₃传感器提供了新思路。     

电沉积氧化锌纳米柱的带隙和近带边发射蓝移

用电化学沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列。在Zn(NO₃)₂基础电解液中加入新电解质并引入NH₄NO₃ 和Ga(NO₃)₃,实现了对ZnO纳米柱阵列的带隙、近带边发射、斯托克斯位移、直径、密度等物理性质的设计和裁剪。可在63~77 nm操控纳米柱的直径。增加电解液中的Ga(NO₃)₃浓度,阵列的密度可降低到7.0×10⁹ /cm²。新加入电解液中的盐类使ZnO纳米柱的带隙蓝移~50 meV并使光致发光图谱中的近带边发射蓝移53~73 meV以及斯托克斯位移蓝移23 meV,表明可对其非辐射复合进行抑制设计和裁剪。     

不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn2S4(X=H、NH2、(OH)2、Br)负载型催化剂的光催化性能研究

通过水热法制备了不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn₂S₄(X=H、NH₂、(OH)₂、Br)负载型光催化剂,并采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站对样品进行表征,分析了不同配体修饰方案对UiO-66-X/ZnIn₂S₄光催化性能的影响。以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液为目标污染物,探究不同修饰基团的电子效应对复合材料吸附性能和光催化性能的影响。结果表明：配体修饰后的ZU-(OH)₂/GF对阳离子染料RhB的吸附效率最好,在30 min时吸附效率为46.8%,反之,所有修饰后的复合材料对阴离子染料MO的吸附性能均低于未修饰的复合材料。在模拟太阳光照射下,所有复合材料经过配体修饰后的光催化性能都得到明显提升,其中ZU-(OH)₂/GF在150 min后对RhB的降解率高达99.0%。经过连续5次循环后,对RhB的去除率均保持在98%以上...     

双金属MOFs的NO/CO2选择性吸附性能研究

采用溶剂热法合成制备含Co、Mn双金属节点的MOF-74材料，研究了室温下对NO的吸附性能，并通过IAST和穿透实验研究了材料的吸附选择性。结果表明，双金属Mn_0.2Co_0.8-MOF-74具有典型的MOF-74晶体结构，对NO的吸附量达到160.3cc/g,比单金属Mn-MOF-74提高了约19.4%。在低吸附分压时，NO/CO₂的理想溶液吸附(IAST)理论吸附选择性最大可达到397,经过5次循环吸附-脱附实验后的再生性能优良。模拟烟气的双组分穿透实验中，Mn_0.2Co_0.8-MOF-74对NO/CO₂的吸附分离性能达到35.5,可以作为一种优良的NO吸附分离材料。     

锌基-MOFs对氨吸附制冷性能的分子模拟研究

本文采用巨正则蒙特卡洛(grand canonical Monte Carlo, GCMC)方法,基于UFF(universal force field)和TraPPE(transferable potentials for phase equilibria)力场,对ZIF-8(Zn)吸附NH₃进行了分子模拟研究,并结合分子模拟结果和吸附式制冷热力学循环模型,研究了ZIF-8(Zn)/NH₃工质对的吸附性能和制冷性能。研究表明：在等温条件下,ZIF-8(Zn)对NH₃的吸附量随压力的增大而提高,298 K和398 K下饱和吸附量分别达到0.305 g/g和0.231 g/g;同一温度下的总吸附热也随压力的增大而上升,这主要归因于NH₃分子间相互作用产生吸附热的增加,而ZIF-8(Zn)与NH₃相互作用的吸附热维持在较稳定的状态;NH₃在ZIF-8(Zn)中的吸附密度分布结果表明NH₃在金属位点处被大量吸附,难以通过ZIF-8(Zn)部...