刘中民
,
张卓然
,
许国旺
,
杨凌
,
马磊
,
孙承林
,
许磊
,
齐越
,
赵春霞
,
明平文
,
陈严
,
郑丛龙
,
杜逊甫
,
韩秀文
,
张涛
,
黄向阳
,
包信和
,
刘波
,
刘守新
,
王爱琴
,
曲振平
,
缪少军
,
胡刚
,
刘页
催化学报
提出了以吸附和催化原理灭活病毒的设想,旨在开发出对病毒有过滤、吸附及灭活作用的高效非特异性催化材料,应用于各种防护设施,有效控制非典型肺炎(SARS)的传播. 采用与SARS病毒相似的副流感病毒作为模拟对象,进行了吸附及灭活该病毒的催化材料研究,并考察了催化材料对哺乳动物细胞的毒性. 结果表明,病毒气溶胶的阻留及吸附结果与基于DNA吸附的色谱分析结果相一致; 部分材料可以强烈地吸附病毒(100%),甚至在强烈振荡下并洗脱至第3次,病毒也不能脱附; 一些材料不仅可以吸附病毒,而且强烈振荡后的洗脱液虽然表现出一定的血凝效价,但接种鸡胚后,病毒并不增殖,说明材料具有明显的催化病毒灭活性能; 对细胞毒性极低的材料可以用在与人体接触的防护材料和设施中. 筛选出的性能优异的催化材料,拟进一步考察其对SARS病毒的灭活作用.
关键词:
催化材料
,
副流感病毒
,
吸附
,
灭活
,
严重急性呼吸系统综合症
周慧然
,
杨小峰
,
王爱琴
,
苗澍
,
刘晓艳
,
潘晓丽
,
苏杨
,
李林
,
谭媛
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61090-7
化学选择性是评价催化剂性能最重要的参数之一，它直接决定了产物的经济价值及后续的分离成本.传统的负载型金属催化剂由于其金属粒径分布不均，且不同原子数组成的粒子通常具有特征产物选择性，从而限制化学选择性的提高；另一方面，对于金属多原子活性中心，反应物在催化剂表面可以存在多种吸附构型进而衍化为不同产物，产物可控性差.因此，获得金属尺寸均一，且具有原子分散的活性中心，即单原子催化剂，成为官能团多相催化转化高选择性的迫切需求.
本课题组通过400 oC还原1%-Pd/ZnO得到PdZn金属间化合物，依据其规律排布的Pd-Zn-Pd单元获得Pd基单原子催化剂.该催化剂在乙烯化工中少量乙炔的加氢转化反应中获得令人欣喜的催化性能——兼具有乙炔的高转化率和乙烯的高选择性.结合微量吸附量热、理论计算等表征， Pd活性中心在PdZn金属间化合物中的特殊空间排布是其优异催化性能的根源，即乙炔以较强的σ键吸附在两个相邻的单Pd金属中心，易吸附活化加氢生成乙烯，而乙烯则吸附于单Pd金属中心，较弱的π键形式吸附有利于其脱附避免过渡加氢.基于前期研究，构筑具有均一单金属中心的负载型单原子催化剂是获得高选择性的另一有效方法，且较之于PdZn金属间化合物催化剂，该类单原子催化剂兼具有原子利用率最大化的优点.
本文采用等体积浸渍法制备Pd/ZnO催化剂，通过降低Pd金属含量(1 wt%→0.1 wt%→0.01 wt%)并在较低的温度下(100 oC)还原(H2-TPR表明高温还原形成PdZn金属间化合物型合金)得到负载型单原子催化剂(Pd1/ZnO SAC).高分辨电镜结果表明，当Pd负载量由1%降至0.1%，金属纳米颗粒的粒径尺寸显著降低，而在0.01%-Pd/ZnO催化剂表面， Pd活性中心则以单原子状态分散于载体ZnO表面. X-射线吸收光谱及电子能谱表明，随着负载量的降低， Pd活性物种具有更高的正电性.该催化剂在乙炔选择性加氢反应中表现出更加优越的催化性能，具有与PdZn催化剂相当的高选择性，而更优的比活性.这归结于Pd1/ZnO单原子催化剂的Pdδ+单原子活性中心有助于其与乙炔的静电相互作用并吸附活化加氢生成乙烯，并促使乙烯以较弱的π键吸附，从而易于从催化剂表面脱附获得高选择性.
关键词:
单原子催化剂
,
乙炔加氢
,
化学选择性
,
钯
,
氧化锌
王文焱
,
谢敬佩
,
王爱华
,
李继文
,
闫华
,
王爱琴
,
李伟
,
张慧敏
稀有金属材料与工程
通过对锆英石(ZrSiO4)耐火材料进行激光表面重熔处理,耐火材料表面的致密度得到提高,组织发生了转变.采用SEM、EDX、XRD研究了激光诱发耐火材料的微观组织和相结构的转变.结果表明:在激光扫描速率为4～16 mm/s范围内,均能有效熔化高熔点锆英石;随着扫描速率的增加,熔凝层厚度呈线性下降;扫描速度为4 mm/s时,裂纹和孔隙得到消除,但增加到8 mm/s、12 mm/s、16 mm/s时,熔凝区出现了孔隙且在重叠区产生了裂纹.激光熔凝区组织以枝晶结构和枝晶间偏析为主,激光熔凝处理导致相ZrSiO4分解为ZrO2和SiO2,加热过程中SiO2在一定程度上选择性气化,快速凝固过程中形成m-ZrO2相取代了平衡条件下的ZrSiO4相.
关键词:
锆英石耐火材料
,
激光熔凝
,
m-ZrO2
,
枝晶
,
选择性气化
魏海生
,
卫星
,
杨小峰
,
银光照
,
王爱琴
,
刘晓艳
,
黄延强
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60254-0
采用改进的两步还原法制备了SiO2负载的Au-Ni合金催化剂,催化剂中Au-Ni纳米颗粒高度分散于SiO2载体表面. Au-Ni合金催化剂在温和条件下芳香硝基化合物选择加氢反应中表现出比两种单金属催化剂更高的活性和选择性,体现出Au-Ni之间明显的协同作用.其中AuNi3/SiO2催化剂具有最好的性能,反应70 min,转化率和选择性分别达到90.8%和93.0%.
关键词:
金-镍
,
合金
,
选择加氢
,
芳香硝基化合物
刘阔
,
张万生
,
王军虎
,
王爱琴
,
黄延强
,
金长子
,
沈俭一
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(10)60122-2
采用不同浸渍顺序制备了三种Ir-Fe催化剂,其CO选择氧化(PROX)反应活性差别很大,其中共浸渍的Ir-Fe催化剂活性最高.吸附量热研究表明,三种催化剂的H2和CO吸附存在差别.通过对三种催化剂还原后、再氧化和反应后准原位57Fe穆斯堡尔谱的研究,得到各种Fe物种信息.结果表明,三种制备方法影响催化剂中Ir-Fe相互作用强度,导致催化剂中Fe物种的氧化还原性能不同.催化剂中Fe2+(a)的含量与CO转化率呈正比关系,Fe2+(a)是PROX反应过程中活化氧的活性中心.浸渍顺序改变了Ir-Fe间相互作用强度,从而改变Fe2+(a)物种含量,影响PROX反应活性.Ir-Fe间的相互作用可以稳定活化氧的Fe2+(a)物种,为今后研究金属-金属间的相互作用提供借鉴.
关键词:
一氧化碳
,
选择氧化
,
铱
,
铁
,
准原位穆斯堡尔谱
,
吸附量热
,
金属-金属相互作用
李昌志
,
蔡海乐
,
张波
,
李为臻
,
裴广贤
,
代弢
,
王爱琴
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60927-5
在众多生物基化合物中,2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种有实用前景的可再生液体生物质燃料,也是一种具有重要价值的化学品,可作为生产对苯二甲酸的原料.2,5-二甲基四氢呋喃(DMTF)是DMF进一步加氢产物,该化合物比DMF更稳定,适合长期保存；由于具有更高的氢碳比,用作生物燃料燃烧时能够释放更多能量.研究生物质资源制备DMF和DMTF对可再生资源制备液体燃料和化学品具有重要意义.从生物质多糖出发制备这两类化合物,中间经历了水解、脱水、加氢、加氢脱氧等多个反应步骤,每一步反应都十分复杂,包含许多副反应途径.此外,由于每一步反应条件的不兼容性,大多数研究集中在分步反应阶段,鲜有文献能够实现从碳水化合物原料直接转化为DMF和DMTF.发展由生物质一锅法多步耦合转化技术制备化学品和燃料,不仅具有科学意义,而且可大大简化反应过程,避免中间产物分离和损失,节省资源和时间,历来受到化学家和工业界的关注.本文利用离子液体对Ru/C催化剂电子性质的修饰作用以及溶剂效应的影响,设计了离子液体/THF双相体系中果糖直接催化转化制备2,5-二甲基呋喃(DMF)和2,5-二甲基四氢呋喃(DMTF)的新路线.该转化过程耦合了果糖脱水制HMF、HMF加氢及加氢脱氧生成DMF和DMTF等多步反应.通常在HMF加氢转化过程中, Ru/C催化剂的高活性易导致HMF深度加氢生成大量开环产物及气体,我们借助离子液体与有机溶剂的不同溶解性,筛选出[BMIm]Cl/THF双相溶剂体系,使极性HMF在离子液体层反应,生成弱极性的DMF和DMTF能及时被THF萃取出来,有效稳定了目标产物.其次,果糖转化为HMF会产生少量水,通常水的存在易导致HMF发生水合等副反应,对下一步的加氢转化是不利因素；然而在本催化体系中,由于[BMIm]Cl能与水以较强的氢键结合形成水合物,对水分子起到了束缚作用,减少了HMF发生水解、水合等副反应的机会.另一方面,离子液体粘度较大,微量水的存在能降低离子液体层粘度,改善传质,从而提高反应速率.在HMF加氢处理过程中,离子液体对DMF和DMTF的生成起了决定作用.当反应体系中不添加离子液体,以THF为溶剂,反应结束后未检测到DMF生成, DMTF的收率仅为2%,但HMF已经完全转化.取气体样品进行GC分析,发现有部分气相产物生成,包括CO2、CH4和C2H6等.液体混合物进行GC-MS检测,发现产物主要包括DHMTF、5-甲基四氢糠醇(MTFA)、四氢糠醇(TFA)、1,2-戊二醇、DMTF、2-己醇和少量戊醇,产物中所有呋喃环结构的双键都发生加氢反应.以上结果表明,没有离子液体的THF中, Ru/C催化的HMF涉氢反应平衡已发生改变.当反应体系中添加0.2 g离子液体[BMIm]Cl进行HMF的加氢时,此时开始有DMF生成,随着[BMIm]Cl量依次增加, DMF以及DMTF的收率也呈上升趋势.1.0 g离子液体获得两种产物最高收率为68%.然而,如果进一步增加[BMIm]Cl的量到2.0 g,呋喃基液体燃料DMF和DMTF的收率却开始下降.综合以上实验结果,我们认为适量的[BMIm]Cl存在有可能会对催化剂物理化学性质造成影响,从而对产物的选择性起了决定性作用.通过对催化剂进行元素分析、XPS、H2-TPR表征以及一系列对比实验证明,离子液体不仅促进果糖脱水转化为HMF,同时在HMF选择性加氢反应中可修饰活性金属电子性质,改变催化路径,是多步串联反应能够耦合的关键因素.在[BMIm]Cl/THF双相溶剂体系中,离子液体的“溶剂笼效应”促进DMF和DMTF高效生成, THF的萃取功能对目标产物的稳定起了关键作用.以上对催化剂和溶剂的合理设计共同促进高产率呋喃基燃料的获得.该研究实现由六碳糖直接选择转化获取DMF和DMTF,为生物质高效催化转化制备生物基能源化学品提供了新思路.
关键词:
生物质
,
离子液体
,
2,5-二甲基呋喃
,
2,5-二甲基四氢呋喃
,
5-羟甲基糠醛
,
果糖
,
生物燃料
马窦琴
,
谢敬佩
,
李继文
,
王爱琴
,
王文焱
,
李洛利
,
孙浩亮
,
刘舒
,
王凤梅
稀有金属材料与工程
选用Cu(NO3)2·3H2O和Na2WO4·2H2O分析纯作为反应原材料,通过水热合成法制备了纳米级的CuWO4·2H2O粉体.讨论了前驱体Cu2WO4(OH)2的生成过程,并且建立了在水热合成过程中前驱体Cu2WO4(OH)2向CuWO4·2H2O转变的机理.利用HRTEM以及XRD分析了前驱体和水热反应产物的物相及微观结构和形貌.结果表明:水热反应产物CuWO4·2H2O粉体呈球形,粒径分布范围为20～30 nm.CuWO4·2H2O粉体的生成过程符合原位结晶机制.在长时间的高热高压的水热环境中,WO42-离子在前驱体Cu2WO4(OH)2表面吸附扩散,通过脱水和原子重排,CuWO4·2H2O在Cu2WO4(OH)2表面异相形核.WO42-离子通过CuWO4·2H2O层与Cu2WO4(OH)2发生反应,直到WO42-离子被耗尽.
关键词:
CuWO4·2H2O粉体
,
纳米粉体
,
水热合成
张军营
,
杨小峰
,
侯宝林
,
王爱琴
,
李振雷
,
王华
,
张涛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60151-0
选用纤维二糖作为探针分子，探索纤维素催化转化制备乙二醇过程的反应路径。分别考察了纤维二糖和葡萄糖在双组分催化剂H2WO4和Ru/C下的催化反应活性。结果表明，乙二醇不仅来自于纤维二糖水解产物葡萄糖的逆羟醛缩合作用，同时也可以来自于纤维二糖的直接逆羟醛缩合过程。而且，纤维二糖的直接逆羟醛缩合作用对糖苷键的水解也有一定的促进作用。比较发现，钨基催化剂作用下纤维二糖的逆羟醛缩合反应活性比葡萄糖要低，因此乙醇醛可以缓慢产生并在Ru/C催化剂上迅速加氢生成乙二醇。使得以纤维二糖作为原料比以葡萄糖作为原料时获得更高的乙二醇收率。
关键词:
纤维二糖
,
反应机理
,
葡萄糖
,
乙二醇
刘舒
,
谢敬佩
,
李继文
,
孙浩亮
,
王爱琴
,
马窦琴
,
王凤梅
材料热处理学报
研究了不同退火温度及退火时间对W-20％ Cu复合材料微观组织、硬度、抗拉强度、导电率、密度的影响.结果表明,W-20％ Cu复合材料退火温度为750 ～950℃,随温度升高,导电率和硬度先升高后降低;800℃与900℃分别退火0.5～6h,导电率下降,硬度先升高后降低.800℃×0.5 h时的W-20％ Cu复合材料的导电率相对较高,为47.32％IACS(国际退火铜标准),900℃×1h时材料硬度相对较高,为285 HB.
关键词:
W-20％ Cu复合材料
,
退火
,
导电率
,
硬度
,
机理
刘焕玲
,
马磊
,
邵赛兵
,
李增和
,
王爱琴
,
黄延强
,
张涛
催化学报
研究了Ce改性的Pt/γ-Al2O3对于富氢气氛下CO选择氧化反应的催化行为考察了制备条件(共沉积沉淀法、分步沉积沉淀法以及沉积沉淀温度)对催化活性的影响结果表明,在80℃时用共沉积沉淀方法制备的催化剂Pt-Ce/γ-Al2O3-CP-80对CO氧化反应表现出良好的活性和选择性,CO转化率在120℃时可以达到85％.利用氢气程序升温还原和原位漫反射红外光谱对不同条件下制备的催化剂进行了表征,分析了Ce的促进作用.
关键词:
铂
,
铈
,
氧化铝
,
共沉积沉淀法
,
一氧化碳
,
选择性氧化
,
燃料电池
