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催化法治理挥发性有机物污染的研究进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 71-96页

作者：张红红王治伟隗陆刘雨溪戴洪兴邓积光北京工业大学材料科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室绿色催化与分离北京市重点实验室北京100124

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对... 详细信息

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对人类健康构成了严重威胁.因此,治理VOCs污染对于降低环境风险至关重要.鉴于实际工况条件复杂,多种VOCs(烷烃、芳香烃、卤代烃、醛酮和醇酯等)共存,它们的极性和浓度存在差异,在催化剂上的吸附、活化和转化过程不同,因此,对催化剂高效消除多组分VOCs的能力提出了挑战.目前,在众多净化VOCs的技术中,催化氧化法因其高效率、低能耗等优势在末端污染控制中越来越受到重视.本文主要介绍了近十年来通过热催化或光热催化消除污染物的代表性研究工作.首先,系统地总结了用于热催化消除单一VOC和典型多组分VOCs(例如,医药行业:甲苯和丙酮;家具涂料行业:甲苯和异己烷等)、协同消除VOCs和NO_(x),以及VOCs资源化利用(选择催化转化VOCs为高附加值产品)而设计和制备的各种具有独特形貌和结构的过渡金属氧化物纳米催化剂、贵金属颗粒纳米催化剂、贵金属单原子催化剂等,并探讨了其氧化还原性、酸性、氧物种、载体孔结构、贵金属分散度等对催化活性和稳定性的影响机制及优化策略.其次,鉴于化石燃料的日益减少,本文还概述了光热协同催化技术,该技术结合了光催化和热催化技术,通过太阳光的光热转换,能够在较低的温度下高效催化消除VOCs,并介绍了其效率和转化机制.此外,文中还深入分析了H_(2)O,CO_(2)和SO_(2)等气体对催化稳定性的影响机制.最后,考虑到我国当前大气污染防治面临更为复杂的复合污染问题等挑战,对未来发展趋势提出了展望:(1)利用活性空间和活性位点分离策略协同催化净化VOCs和NO_(x),从而实现催化氧化和还原反应的高效进行.(2)聚焦于大气污染物和温室气体的协同处理,探究CO_(2)和VOCs协同转化的路径和效率,为减污降碳和实现碳中和提供新思路.(3)设计合成新型串联催化剂用于安全转化含CVOCs的多组分污染物,以实现VOCs污染广谱性控制.(4)发展先进的原位表征技术(如原位电子显微镜、同位素示踪技术、原位拉曼光谱、原位X射线光电子能谱等)以实时检测催化剂的原子结构变化、吸附VOCs分子降解的中间体变化等,并结合理论计算确定最优反应路径,从而指导催化剂的设计与优化.(5)深入研究外场(例如,光能、电能、磁能)耦合热催化降解VOCs的技术,以期实现反应条件更温和、反应速率更高的催化过程.综上,本文综述了通过实验和理论计算手段揭示催化剂消除VOCs污染的性能与构效关系的研究进展,系统地呈现了治理VOCs污染研究的基本逻辑和框架体系,以期为后续开发高活性、高稳定性和高选择性的催化剂及其工业化应用提供借鉴.

关键词：挥发性有机物纳米催化剂催化氧化协同催化资源化利用

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磺酰氯促进金属氯化物插层石墨以实现高效钠存储

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新型炭材料（中英文） 2024年第3期39卷 538-548页

作者：兰淑琴任伟成王钊于畅余金河刘迎宾谢远洋张秀波王健健邱介山大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室辽宁大连116024 山东农业大学化学与材料科学学院山东泰安271018 北京化工大学化工学院化学资源工程国家重点实验室北京100029

金属氯化物-石墨插层化合物具有导电性优异,石墨层间距大等特点,可用作钠离子电池负极材料。然而,在传统金属氯化物插层石墨过程中,不可避免地用到氯气,既增加了实验操作的风险,也对实验设备提出更高要求。基于上述原因,本文创新性地使... 详细信息

金属氯化物-石墨插层化合物具有导电性优异,石墨层间距大等特点,可用作钠离子电池负极材料。然而,在传统金属氯化物插层石墨过程中,不可避免地用到氯气,既增加了实验操作的风险,也对实验设备提出更高要求。基于上述原因,本文创新性地使用SO_(2)Cl_(2)作为氯源来促进BiCl_(3)插层石墨。该方法不仅有效提高了BiCl_(3)插层效率,也避免了直接使用氯气带来的安全性风险。采用该方法所合成的三氯化铋-石墨插层化合物(BiCl_(3)-GICs)的层间距为1.26 nm,BiCl_(3)插层含量高达42%。以其为负极材料,组装的钠离子电池具有高的比容量(213 mAh g^(-1)at 1 A g^(-1))和优异的倍率性能(170 mAh g^(-1)at 5 A g^(-1))。此外,原位拉曼光谱测试结果表明,首圈放电后石墨与插层的BiCl_(3)相互作用减弱,该过程有效促进了钠离子在石墨层内的存储。采用该方法可成功制备多种类型金属氯化物-石墨插层化合物,为开发高性能储能材料提供了可行思路。

关键词：磺酰氯金属氯化物-石墨插层化合物插层强化过程负极材料钠离子电池

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亲疏水隐性图案显示和油水分离科普展示实验

大学化学 2024年

作者：黄程程程好张先宏北京化工大学材料科学与工程学院

界面现象及与之相关的应用无处不在，本实验基于固-液界面润湿过程的理论基础、材料化学结构与界面润湿之间的相互关系，通过材料的设计与合成、亲疏水表面构筑方法的选择与实施，对表面润湿现象的直观表征和亲/疏水涂层的应用进行科普... 详细信息

界面现象及与之相关的应用无处不在，本实验基于固-液界面润湿过程的理论基础、材料化学结构与界面润湿之间的相互关系，通过材料的设计与合成、亲疏水表面构筑方法的选择与实施，对表面润湿现象的直观表征和亲/疏水涂层的应用进行科普展示。为彰显美丽化学和绿色化学的核心理念，自主创新设计了“隐性图案显示”和“油水分离”这两个趣味性强、观赏性佳的实验，直观科普了亲/疏水表面表征效果及生活应用。本科普实验方法简单、操作安全、现象明显、观赏性强、兼具科学性与艺术性，让人们近距离体验亲疏水表面的制作过程，不仅能够提高参与者的动手实践能力，还能激发参与者对化学的学习兴趣，以及对新材料、新技术的探索热情。

关键词：亲/疏水涂层表面改性润湿现象油水分离美丽化学

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弥散强化钼合金的研究进展

稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1458-1470页

作者：张丹华董帝熊宁董智马宗青安泰科技股份有限公司北京100094 天津大学材料科学与工程学院水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 北京科技大学北京100083

钼及其合金是一类具有高熔点、高强度、高硬度和高导热性等优异特性的难熔金属,广泛应用于航空航天、核能、电子和化工等领域。然而,钼及其合金也存在一些固有缺陷,如高温强度不足、室温延性低、再结晶温度低、抗辐照性能差等。为了提... 详细信息

钼及其合金是一类具有高熔点、高强度、高硬度和高导热性等优异特性的难熔金属,广泛应用于航空航天、核能、电子和化工等领域。然而,钼及其合金也存在一些固有缺陷,如高温强度不足、室温延性低、再结晶温度低、抗辐照性能差等。为了提升钼及其合金的性能,研究人员采用了多种方法,其中弥散第二相颗粒是一种简单高效的强化手段。本文综述了已报道的不同金属碳化物和氧化物强化相对钼合金微观结构和力学性能影响的工作结果。分析了氧化物和碳化物的颗粒形貌、尺寸、分布、体积分数以及与钼基体的界面结构对钼合金力学性能的影响,讨论了不同掺杂技术获得高性能钼合金材料的特点,阐述了弥散强化钼合金在工业应用和生产等方面面临的挑战和机遇。力求为弥散强化钼合金的设计提供科学依据,扩展钼合金在各领域的广泛应用。

关键词：钼合金弥散强化氧化物/碳化物力学性能

苯乙烯基吡啶鎓盐的光二聚反应及其在丝网印刷中的应用

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大学化学 2024年第5期39卷 354-362页

作者：毛承前陈洋涵白浩彤黄俊儒庄俊鹏北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 北京化工大学化学学院北京100029

甲酰基苯乙烯基吡啶鎓盐(SBQ)是一种具有荧光的水溶性二芳基乙烯衍生物,在水溶液中,在365 nm紫外光照射下发生[2+2]的光二聚反应,得到没有荧光的二聚体。这种光二聚体在254 nm短波长紫外光照射下,可以发生光解开环反应,重新生成单体,恢... 详细信息

甲酰基苯乙烯基吡啶鎓盐(SBQ)是一种具有荧光的水溶性二芳基乙烯衍生物,在水溶液中,在365 nm紫外光照射下发生[2+2]的光二聚反应,得到没有荧光的二聚体。这种光二聚体在254 nm短波长紫外光照射下,可以发生光解开环反应,重新生成单体,恢复荧光。SBQ光二聚体可以作为光信息存储材料。在酸性水溶液中,通过缩醛化反应将SBQ单体接枝到聚乙烯醇骨架上,合成了一种水溶性的感光高分子材料,再与白乳胶复配得到单组分丝网印刷感光胶。同学们利用自己合成的产品不仅可以在纸张和实验服上印刷自己创作的图案,而且还可以动手制作印刷电路板以及开展更多的拓展应用。本实验的合成反应均在水溶液中开展,具有安全、环保和绿色的优点。

关键词：水溶性感光高分子材料光二聚反应光信息存储丝网印刷印刷电路板

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高通量合成装置强化金属催化剂制备过程的研究进展

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化工进展 2024年第1期43卷 246-259页

作者：衡霖宇邓卓然程道建魏彬赵利强北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 北京化工大学信息科学与技术学院北京100029

催化剂性能受制备过程多种因素影响,为优化催化剂制备配方与工艺条件,通常需要大量人工操作的实验试错过程,由此造成的低效率与低精度不可避免。在机械自动化控制水平不断发展的背景下,高通量合成装置的研发与投用将提升实验制备催化剂... 详细信息

催化剂性能受制备过程多种因素影响,为优化催化剂制备配方与工艺条件,通常需要大量人工操作的实验试错过程,由此造成的低效率与低精度不可避免。在机械自动化控制水平不断发展的背景下,高通量合成装置的研发与投用将提升实验制备催化剂过程的效率、精度与安全性。本综述从金属催化剂常用的合成方法(包括浸渍法、离子交换法、化学气相沉积法和沉淀沉积法)出发,阐述了薄膜沉积法、微流控技术、自动合成机器人、喷墨打印法等高通量合成装置如何协助强化催化材料制备过程和加速催化剂配方优化进程。本文将着重分析金属催化剂制备工艺的需求与高通量合成装置特征之间的一一对应关系。金属催化剂合成过程对高通量合成技术的需求日益增加,构建一种与合成工艺相适配、实用的金属催化剂高通量合成平台,可以为催化剂的研究带来巨大的推动力。

关键词：催化剂制备优化设计合成装置高通量

COMSOL Multiphysics在锂离子电池中的应用

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储能科学与技术 2024年第2期13卷 546-567页

作者：李校磊高健周伟东李泓北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 中国科学院物理研究所北京100190 北京卫蓝新能源科技有限公司北京102600

作为一种具有前景的能量存储系统,锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性,以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战,这些挑战包括电解液... 详细信息

作为一种具有前景的能量存储系统,锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性,以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战,这些挑战包括电解液的导电性和安全性、高能量负极的沉积-剥离机制的优化、高能量正极的循环电压和容量维持、高电流条件下的界面极化和容量释放,以及在极端电流-温度-针刺条件下的热失控管理等问题。这些问题涉及到电-化-力-热等多个场的耦合作用,需要进行协同优化处理。COMSOL Multiphysics提供了一种可行的工具,通过求解多物理场耦合的连续方程,能够同时考虑载流子浓度、电流密度、电-化学势、温度、应力/应变和几何形态等综合信息的演化。本文概述了该工具在锂离子电池的电解液、负极和正极设计等方面的研究,并聚焦于多场耦合对电池性能的综合影响、多场耦合模拟方法以及理论模拟与实验表征的结合。最后,本文对理论与实验联合研究中的多场和多尺度问题进行了展望。

关键词： COMSOL Multiphysics 锂离子电池多场耦合模拟计算

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基于非共价化学的绿色生物可循环肽材料

K修饰MoS_(2)催化剂用于CO_(2)高选择性加氢制甲醇

化工学报 2024年第4期75卷 1317-1332页

作者：常蕊邢蕊蕊闫学海中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室北京 100190 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室北京 100190 中国科学院大学化学工程学院北京 100049

作为一种生物分子构建单元,肽具有生物相容性、可降解性、多功能性和序列可调性等特性.利用肽分子的非共价化学,可以实现具有多尺度结构的新型材料的可控构建,为开发生态友好、生物可降解和生物再利用的绿色生物可循环材料提供了新策略... 详细信息

作为一种生物分子构建单元,肽具有生物相容性、可降解性、多功能性和序列可调性等特性.利用肽分子的非共价化学,可以实现具有多尺度结构的新型材料的可控构建,为开发生态友好、生物可降解和生物再利用的绿色生物可循环材料提供了新策略.然而,如何利用肽非共价化学策略进行单分子设计,并实现绿色生物可循环材料的可控构建和功能化应用,面临着重要挑战.本文从肽分子间的弱相互作用力协同角度,介绍肽非共价化学的策略,并详细阐述实现绿色生物可循环肽材料可控构建的单分子设计策略.最后,对基于非共价化学的绿色生物可循环肽材料在仿生光合成和光催化、药物递送和疾病诊疗以及可加工材料等领域的应用进行综述.

关键词：非共价化学肽制备安全生物可循环性

来源：博看期刊评论

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物理化学学报 2024年第7期40卷 58-60页

作者：杨菲菲周维杨超然张天雨黄延强中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 北京林业大学环境科学与工程学院水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083 北京林业大学环境科学与工程学院污染水体源控和生态修复工程研究中心北京100083 中国科学院大连化学物理研究所应用催化重点实验室辽宁大连116023

在CO_(2)加氢领域,MoS_(2)催化剂表现出独特的潜力。然而MoS_(2)的边缘S空位对CH_(4)的生成更有利,这限制了目标产物甲醇的选择性。本工作中,我们发现,通过掺杂K助剂可以显著提高MoS_(2)催化CO_(2)选择性加氢制甲醇的性能,而未修饰的MoS... 详细信息

在CO_(2)加氢领域,MoS_(2)催化剂表现出独特的潜力。然而MoS_(2)的边缘S空位对CH_(4)的生成更有利,这限制了目标产物甲醇的选择性。本工作中,我们发现,通过掺杂K助剂可以显著提高MoS_(2)催化CO_(2)选择性加氢制甲醇的性能,而未修饰的MoS_(2)主要产生CH_(4)。通过一系列的表征研究,我们发现,K原子更倾向于稳定在MoS_(2)的边缘位点上,并向MoS_(2)转移电子,从而增强了MoS_(2)边缘位点的碱性。这有助于CO_(2)的吸附活化,并以较低的能垒解离为CO。此外,K助剂还有助于调控CO中间体定向转化为甲醇而非CH_(4)。这一发现拓展了MoS_(2)材料在CO_(2)合成甲醇中的应用。通过掺杂K助剂,我们能够更高效地利用MoS_(2)催化CO_(2)转化为甲醇,对于减缓气候变化和开发清洁能源具有重要意义。

关键词： CO_(2)加氢甲醇甲烷选择性调控 K-MoS_(2)

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