AgI/h-MoO3异质结的构筑及其模拟燃油光催化氧化脱硫活性
甄延忠, 王杰, 付梦溪, 张应铮, 付峰
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.2017.236
利用沉积法获得了异质结AgI/h-MoO3光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis-DRS)、光致发光(PL)、电化学阻抗(EIS)等方法对其物相组成、形貌、光吸收特性、光电化学性能等进行了表征。以噻吩的正辛烷溶液模拟催化裂化(FCC)汽油为探针考察了AgI/h-MoO3光催化氧化脱硫活性,结果表明,AgI/h-MoO3-18异质结在催化剂浓度为1.5 g·L-1,可见光照射2 h后,光催化氧化脱硫活性达98%。利用XRD、XPS、UV-Vis-DRS揭示了AgI/h-MoO3光照后生成少量的金属Ag,使其结构转变为Z型AgI/Ag/h-MoO3,有利于光生电子(e-)转移。利用活性物种捕获实验、循环实验研究了AgI/h-MoO3光催化氧化脱硫机理及其稳定性,实验结果表明:AgI/h-MoO3不仅具有较高的光催化氧化脱硫活性,而且还有良好的稳定性。
关键词: 沉积法, AgI/h-MoO3异质结, 可见光, 光催化氧化脱硫
尺寸可控、高热稳定性有序介孔碳Au催化剂的合成
王帅, 王杰, 朱小娟, 王建强, Osamu Terasaki, 万颖
【催化学报】doi: 10.1016/S1872-2067(15)60917-2
纳米Au催化剂被认为是具有商业价值的用于醇选择氧化的第二代催化剂.这是因为Au氧化还原电势高,化学稳定性好,可抑制易使Pt族元素中毒的胺等的毒化;其次,对于一些特定选择氧化和还原反应而言,具有较优的反应选择性.目前较多的研究集中在调变Au纳米颗粒与氧化物载体的相互作用,获得协同效应.例如,利用CeO2纳米晶为载体,沉积Au纳米颗粒(约3 nm),使CeO2部分还原为非计量比的催化材料,活化氧并获得高选择氧化性能.碳是相对惰性的载体,与Au相互作用力弱,因此可被用于研究Au纳米颗粒本征催化性能.但负载碳金催化剂在焙烧甚至还原过程中易团聚,且在反应中易流失,可能导致活性下降.利用胶体沉积法可获得介孔碳担载纳米Au催化剂,对葡萄糖选择氧化具有很高的催化活性和选择性.但是,制备中使用的保护剂残留经常被忽略.由于立体效应或电子结构调变作用,保护剂可能影响Au催化剂活性或稳定性.
我们前期建立了反应单体参与的自组装技术合成功能化介孔碳路线,一步在介孔碳骨架中掺杂氧化物纳米催化剂.本文从介孔催化材料的结构出发,设计“镶嵌”在碳骨架中的纳米Au颗粒.采用配位作用辅助表面活性剂自组装技术,以苯酚和甲醛为碳前体,引入含巯基硅烷偶联剂,通过配位作用稳定金离子,获得尺寸可控介孔碳限域纳米Au催化剂.低温炭化中,由于巯基-金的配位作用阻抑金属移动或团聚,高温下聚合物炭化为相对刚性的碳骨架.此时,Au纳米颗粒被相邻介孔孔墙限制.硅烷偶联剂可除去,不影响碳载体,并可产生丰富二级孔道,获得多级孔道介孔碳材料.
X射线衍射和透射电镜结果显示,所合成的催化剂中Au颗粒的尺寸可控,为3-18nm,且具有单分散性,均匀地分散在整个介孔碳骨架中,其含量为1.1-9.0wt%.金碳催化剂具有有序的二维六方介孔结构.能量散射谱(EDX)也证明了催化剂只含有C,O和Au元素,没有S和Si元素的残留.X射线光电子能谱(XPS)结果显示催化剂表面的Au含量远远低于ICP的测试结果,也证明了Au纳米颗粒分布在介孔碳骨架内,同时只含有C,O和Au元素也与EDX相符.X射线近边吸收谱结果表明,随着颗粒尺寸的减小,Au表面电子性质发生改变.N2吸脱附等温线显示,有序介孔碳金催化剂具有典型的第IV型曲线,说明孔径分布范围较窄,主孔道尺寸为3.4-5.7nm.值得注意的是,低压力段吸附量显示明显突跃,暗示其具有一套约为2 nm的次级介孔.所有的催化剂都具有高的比表面积(1269-1743m2/g)和大的孔体积(0.79-1.38cm3/g).Au纳米颗粒具有高的热稳定性,在惰性气氛中,即使在600℃也未见明显聚集长大.
进一步讨论了合成中影响金纳米颗粒尺寸的重要影响因素.(1)巯基含量:通过调节巯基组分的含量,可以调控催化剂中Au纳米颗粒的尺寸(9-18nm).需要强调的是,Au纳米颗粒尺寸与巯基在新合成材料中的浓度有关,当巯基含量在所研究的范围中时(1.55-3.06mmol/g),Au纳米颗粒尺寸仅仅与巯基浓度有关,而与Au浓度无关.(2)硫酸预炭化处理:新合成的材料经过一步硫酸预炭化处理,可以得到尺寸为3 nm的有序介孔碳金催化剂.表征结果证明,经过硫酸预碳化处理,大量表面活性剂被除去,同时聚合物载体发生部分碳化,有助于在后续高温炭化中保护3 nm金颗粒不团聚.尺寸可控、高热稳定性、无配体保护的有序介孔碳负载Au催化剂有望应用在催化和传感器等领域.
关键词: 金纳米颗粒, 尺寸, , 介孔
多次聚合法制备多孔聚吡咯厚膜及其电化学容量性能
王杰, 徐友龙, 孙孝飞, 肖芳, 毛胜春
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB20070616

为了得到高面积比容量的聚吡咯(PPy)膜超级电容器电极材料, 用多次聚合法合成了PPy厚膜, 聚合电量分别为8、10和12 mAh·cm-2, 掺杂离子分别为氯离子和对甲基苯磺酸根离子(TOS-). PPy膜的电化学性能采用恒电流充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法测试. 研究表明, 多次聚合法可以制备表面平整且内部均匀多孔的PPy厚膜. 在聚合电量为12 mAh·cm-2时, 用Cl-、TOS-两种离子掺杂的PPy厚膜的面积比容量高达5 F·cm-2, 并表现出理想的电化学容量性能. 同时PPy-Cl厚膜的质量比容量达到330 F·g-1, PPy-TOS厚膜的质量比容量略低(191 F·g-1), 但具有更快的充放电速率. 与一次聚合法合成的PPy 薄膜相比, 多次聚合法合成的PPy厚膜的质量比容量没有降低. 通过场发射扫描电镜(SEM)观察了一次聚合法和多次聚合法制备的PPy厚膜的截面形貌, 并讨论了多次聚合法的合成机理.

关键词: 聚吡咯; 超级电容器; 容量; 形貌; 多孔
葡萄糖和水混合溶液多组分电解质热力学II. HCl-NaCl-d-Glucose-H2O体系(5-45 ℃)
吕殿祯, 王琴萍, 王杰, 李锦文
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB19910419
关键词: 葡萄糖和水混合溶液; 电解质溶液热力学; 介质效应
混和溶几种氨基酸解离热力学 IV. 278.15-318.15 K下甘氨酸-20Mass%葡萄糖-水体系
王杰, 杨家振
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB19910616
关键词: 解离常数; 电动势; 甘氨酸; 葡萄糖; Pitzer方程
掺杂离子对聚吡咯膜的电化学容量性能的影响
王杰, 徐友龙, 陈曦, 杜显锋, 李喜飞
【物理化学学报】doi: 10.1016/S1872-1508(07)60023-0
用电化学方法制备了分别以对甲基苯磺酸根(TOS-), 高氯酸根(ClO-4)和氯离子(Cl-)掺杂的聚吡咯(PPy)膜. 用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试了它们的电化学容量性能. 用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分别研究了这三种PPy膜的形貌和结构. 研究发现, 由于具有疏松多孔的形貌和更有序的分子链结构, PPy-TOS和 PPy-Cl膜具有较好的充放电能力, 在深度充放电时仍具有很小的电化学电阻, 其离子扩散接近理想电容器的离子扩散机理. PPy-Cl(聚合电量2 mAh·cm-2)的比容量在扫描速率为5 mV·s-1时高达270 F·g-1, 扫描速率200 mV·s-1时仍高达175 F·g-1, 特别是, 其比能量高达35.3 mWh·g-1. PPy-TOS由于有质量较大的掺杂离子(TOS-)因而比容量略低(146 F·g-1, 扫描速率5 mV·s-1), 但具有超快速充放电能力, 在扫描速率为200 mV·s-1时, 比容量为123.6 F·g-1, 其比功率高达10 W·g-1. 并且, 两种电极材料均具有稳定的电化学循环性能.
关键词:

聚吡咯;容量;电化学聚合;掺杂离子;超级电容器

带电悬浮粒子胶体晶体的固定化
王杰, 徐升华, 孙祉伟, 周宏伟
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB20090531

采用光固化技术, 以丙烯酰胺单体与亚甲基双丙烯酰胺交联剂在紫外光的照射下发生光聚合反应, 嵌入聚苯乙烯胶体晶体, 实现了胶体晶体的固定化. 结合反射光谱和Kossel衍射技术研究对照了固定化前后胶体晶体的变化, 实验结果表明, 通过这种水凝胶固定化的胶体晶体保存了未固定前悬浮液中胶体晶体的结构. 但固定化后的胶体晶体的晶面间距和晶体的尺寸都略微减小. 通过对固定化后的水凝胶长时间的反射光谱观测, 发现固定化后胶体晶体在Milli-Q水中起初会发生溶胀, 经过2-5天溶胀-消溶胀过程达到平衡, 平衡后的水凝胶胶体晶体十分稳定, 可以长时间保持胶体晶体的结构. 因此, 胶体晶体固定化不但极大地提高了悬浮液中胶体晶体的抗剪切能力, 还克服了悬浮液中胶体晶体对离子、外界干扰的敏感性, 扩大了胶体晶体的实际应用价值.

关键词:

胶体晶体, 光固化, 水凝胶, 反射光谱, Kossel衍射

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