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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王兆杰 曹守福 刘思远 李娇 胡玉颖
为了拓展计算材料学实验课程前沿内容，设计了基于第一性原理计算的电催化CO_2还原体系性能研究实验项目。实验包括电催化CO_2还原（ECO_2RR）体系基础学习、计算模型构建、任务提交及计算结果分析等内容。该文介绍了ECO_2RR体系的设计和模拟方法，通过在Mo_2CO_2 MXene基单原子催化剂表面构建电催化体系，对其CO_2吸附机理和还原机理进行了分析，并通过对比生成不同反应产物的反应能量研究了单原子催化剂与ECO_2RR活性和产物选择性的构效关系。
[期刊] 中国科学技术大学学报
[作者]
杨康 王长来 邓希 陈乾旺
电催化N_(2)还原反应（NRR）可以在温和的条件下利用可再生的电力将氮气和质子从电解质水溶液转化为氨，被认为是一种非常有前景的替代哈伯法合成氨技术。但是这项技术也面临具大的挑战，因为N_(2)分子中的N≡N键非常牢固，需要高活性的催化剂才能将其断裂。和过渡金属相比，主族s区金属在NRR中很少被研究。本文采用第一性原理计算的方法，发现氧掺杂的石墨烯锚定的镁单原子催化剂（Mg-O_(4)）是一种高活性的NRR电催化剂。理论计算结果表明，N_(2)分子能有效地被Mg-O_(4)活化，并通过非解离交替机制被还原成NH_(3)。此外，分子动力学模拟结果显示Mg-O_(4)具有高的稳定性。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
刘煊赫 王怡轩 刘小明 武鑫
金属有机骨架材料(MOFs)具有明确活性位点、可调控结构等特征,是潜在的高效非贵金属氧还原反应(ORR)催化剂。基于此前沿热点课题,该文设计了一种Co/Ni-MOF催化剂催化ORR的综合性实验。采用超声法在常温条件下制备两种MOFs(Ni-MOF和Co-MOF),并对制备的MOFs进行SEM、FTIR、XRD、XPS、BET等结构和形貌表征,以及CV、LSV、RRDE等电化学性能测试,证明了Ni-MOF和Co-MOF在催化ORR领域的应用价值。将MOFs在ORR催化领域的创新性研究成果引入实验化学教学,有助于学生创新精神和实践能力的培养以及科研素养的提升。
关键词：
实验教学 MOFs 氧还原反应 创新实验
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
孙霜青 谭玲 胡松青 李春玲 王秀民 王志坤
偶氮化合物因为制备过程简单、制造成本低，在众多领域被广泛应用，但其难以通过传统的废水处理方法从废水中去除。芬顿法反应速度快、选择性低、氧化能力强，被广泛用于高毒有机废水的预处理。该文设计了一个以铁基非晶合金作为催化剂，采用超声芬顿的方法降解偶氮染料的综合性实验。实验内容包括对铁基非晶合金条带进行XRD、SEM表征，探究偶氮染料的pH、氧化剂用量和温度对超声芬顿反应过程的影响规律，以及采用EPR手段检测了在反应中起主要作用的活性氧化物种类。该实验良好地融合了基础教学内容和科研热点，兼具综合性、应用性与探究性，有利于培养学生的创新实践能力与科研素养。
[期刊] 中国科学技术大学学报
[作者]
刘崇静 圣蓓蓓 曹登丰 陈双明 宋礼
探索高性能电化学析氧反应(OER)催化剂是可再生能源储存和转化的关键。OER过程中的结构重构被认为是高活性催化剂的关键，而追踪OER过程中催化剂的动态变化及识别真正的活性位点则具有挑战性。同步辐射技术能够获得材料中具体元素的局域原子配位环境和电子结构信息，特别是原位测试允许在工况下监测表面氧化状态和局部原子结构转变，能够促进对反应机理的基本理解。因此，在这篇综述中，我们讨论了重构OER电催化剂的最新进展和未来的机遇，重点综述了OER电催化剂重构的诱因及应用、利用原位同步辐射技术追踪重构OER电催化剂的动态过程以及识别真正的活性位点。最后，我们对重构OER电催化剂的发展和推广提出了挑战和展望，希望为先进OER电催化剂的合理设计提供指导。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
柳娜 许杰 王非 薛冰
以La_2O_3/MCM-22催化甲苯烷基化合成对二甲苯(PX)的研究过程为基础,设计了化工类专业综合实验。实验内容包括:通过浸渍法制备La_2O_3/MCM-22催化剂;通过N_2吸附脱附、XRD、吡啶吸附FT-IR和NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)等手段表征催化剂性能;通过固定床反应器上甲苯烷基化合成PX反应评价催化剂。该实验原料易得,操作简单,结果规律性明显,涵盖知识点丰富。通过该实验的训练,学生可以将化学、化工热力学、反应工程、化工工艺等课程知识连点成线,融会贯通,显著提升解决复杂化学工程问题的能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
曹俊雅 雷兴雨 刘猛 张莉昕 刘吉 罗晨辉
光催化降解是一种非常生态友好的技术，为许多有机污染物降解的提供了新的处理途径。针对尾矿、尾矿废水有机药剂残留难以处理的瓶颈问题，设计了二氧化钛/活性炭光催化剂降解乙黄药的综合性实验，内容包括二氧化钛/活性炭光催化剂的制备和表征、乙黄药浓度的测定、光催化降解实验和复合光催化剂的回收利用。实验结果表明，活性炭可以很好地负载二氧化钛，二氧化钛/活性炭光催化剂的最佳煅烧温度为500℃，活性炭最佳掺杂比为20%。该实验涉及物理化学、材料化学、仪器分析等课程知识，有助于锻炼学生的实验操作能力、培养学生创造性思维。
关键词：
尾矿废水 活性炭 二氧化钛 光催化
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
温旭东 吴淑杰 管景奇
设计了基于简单的焙烧法"合成单位点钴基催化剂(Co-NG)实验",利用电化学工作站、红外光谱、透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜以及球差电子显微镜等方法进行性能评价及表征,并研究了Co-NG催化剂在氧还原反应上的应用。结果表明,在氨气气氛下700℃焙烧后获得的钴高度分散在氮掺杂的石墨烯上,该材料在碱性锌-空气燃料电池的氧还原反应中性能最优。该实验提高了学生对碱性燃料电池的深度理解,又加强了学生在实验中的创新能力,进而提高了学生的科研能力。
关键词：
燃料电池 单位点钴 氧还原反应
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
夏薇 王龙祥 王芳芳 王钧国 钱晨 陈坤
为了提高学生的综合能力和创新思维,设计出"硅掺杂ZrO_2催化剂催化乙醇合成乙烯"的综合性实验。用共沉淀法制备了一系列不同硅掺杂量的ZrO2催化剂,采用氨气-程序升温脱附(NH3-TPD)和氮气吸脱附对催化剂进行了表征,考察了不同硅掺杂量的ZrO2催化剂对乙醇合成乙烯催化性能的影响。实验结果表明,当以氨水为沉淀剂、硝酸氧锆为锆前驱体和硅掺杂量为50%时,乙醇的转化率为99.3%,乙烯达到94.6%的最大收率。同时运用密度泛函理论方法研究了乙醇和乙烯在硅掺杂ZrO_2催化剂上的吸附。计算结果显示,相较于ZrO_2(101)催化剂,反应物乙醇在Si/ZrO_2(101)催化剂表面上吸附更为稳定,同时产物乙烯在Si/ZrO_2(101)催化剂表面上更易脱附,表明硅掺杂ZrO_2催化剂更加有利于乙烯的生成。该综合性实验将理论计算和实验相结合,使学生既能锻炼实验的基本技能,又能掌握相关理论计算的知识。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
匙玉华 陈正男 赵联明 朱后禹 任浩 赵文 郭文跃
该文将科研课题“低维金属催化剂在尾气处理中的应用”引入本科生综合实验教学。实验内容包括：根据实际工程案例背景构建模型、基于密度泛函理论研究催化剂的结构成分及性能、分析催化氧化CO的机理，以及对理论预测催化剂进行实验验证。该实验项目涉及材料物理、计算材料学及材料化学等方面知识。该实验内容来源于实际，服务于实际，有助于锻炼学生分析问题和解决问题的能力，有助于激发学生的创新意识。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
唐树戈 吴玉洁 冯小佳
为充分利用TiO_2纳米粒子有效降解空气中的甲醛,将TiO_2纳米颗粒(P25)分散于SiO_2溶胶中,利用提拉的方法将其附着在金属丝网上降解甲醛,讨论TiO_2与SiO_2溶胶的比例、提拉次数、干燥温度等因素对降解甲醛活性的影响,利用气相色谱检测甲醛浓度的变化。SiO_2溶胶本身不具有降解甲醛的活性,但是一定量的SiO_2溶胶可以防止TiO_2纳米粒子聚合。结果表明:随着金属丝网上附着的TiO_2量的增加,活性位点增多,对甲醛的催化活性也会增强,但是继续增加TiO_2的量,降解活性反而下降,当TiO_2和SiO_2摩尔比为0.3时,对甲醛有最高的催化活性。这是由于当TiO_2的量过大时,纳米粒子容易发生团聚,导致活性位点被覆盖,这时催化活性也会有所下降;将金属丝网在TiO_2/SiO_2催化剂中提拉3次,降解甲醛的活性最大,提拉次数增多后活性位点的密度变大,催化活性也随之提升,当提拉次数为4次时,TiO_2纳米粒子相互团聚,导致催化活性降低。附有催化剂的金属丝网经过5次冲刷试验,催化活性只降低31.72%。从试验结果可以看出,SiO_2起到了很好的连结和支撑作用。由于冲刷过程冲掉了一部分TiO_2纳米粒子,导致催化活性降低。利用SEM观察摩尔比的增加、提拉次数越多TiO_2纳米粒子分布的更稠密,活性逐渐增加,但增加到一定程度后催化活性会下降。
关键词：
TiO2 SiO2 甲醛
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
张春辉 赵春霞 周郡 李天一 甄一尘 梁淑轩
基于问题导向性、学科交叉性和工程应用性的教研融合式综合实验设计，针对水污染控制领域的研究热点问题，提出采用自制Fe_3O_4@SiO_2@La-TiO_2 (La-FST)磁性纳米光催化剂，通过高效管式升流磁膜(TUMF)光催化反应器处理有机废水。实验结果表明：La-FST催化剂与TUMF的组合显著提升了二氯酚废水的光降解效果。该光催化体系操作简单，光效率高，稳定性强，无需催化剂的分离回收，可实现水中有机污染物的高效连续光催化降解。该综合实验中，教师以学科前沿知识为基垫，引导学生自主实践学习，旨在于实验探索中植入创新意识，培养学生分析和解决问题的能力，提升学生的工程实践综合素质。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李春玲 孙霜青 胡松青 王秀民 王志坤 吕强 王晓燕
文章设计了硫化钴镍微球制备及其电催化析氢综合研究型实验。该实验通过简单的一步水热法,可控合成了一种由微小纳米粒子组装成微球结构的双金属硫化钴镍催化剂,研究了双金属硫化物结构与电化学析氢性能之间的内在联系,使学生对实验合成以及材料结构表征与性能测试有了较完整的把握。该实验将科研工作与本科生实验教学相结合,激发了学生对科研的热情,提高了他们的自主创新意识。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王会姣 赵明川 宋奕晓 王建超 卜庆伟 王春荣 王建兵
该文设计了两极协同电催化臭氧处理垃圾渗滤液膜浓缩液的综合研究型实验。在全面分析废液水质的基础上，开展了电催化臭氧技术处理垃圾渗滤液的能效评价和降解机理探究。实验结果表明，垃圾渗滤液的COD高达11 600 mg/L，可生化性极差；采用电催化臭氧技术对废液进行预氧化，能在有效去除有机物的基础上，将可生化性系数（B/C比）从0.18显著提升至0.45，协同耦合作用显著。该实验将行业难题、创新成果与专业知识相结合，能够激发学生的学习热情，培养科学创新思维，提升解决复杂环境工程问题的综合能力。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李玉成 朱礼玉 赵静养 郑丹 邱梦杰 刘静 雷建都
【目的】糠醛可通过选择性加氢转化为四氢糠醇，但常用的铜铬体系催化剂中，金属组分的流失会对环境造成较大危害，反应前催化剂需要高温预还原后方可使用，且反应时的温度和氢气压力条件相对苛刻，因此有必要研发制备和使用成本低、反应条件温和的高效催化剂应用于糠醛选择性加氢制备四氢糠醇。【方法】本研究采用溶剂热法制备了一种新型的NaNi/C非贵金属催化剂，用于温和条件下糠醛选择性加氢制备四氢糠醇，通过SEM、HRTEM、EDS、XPS、BET、XRD手段对催化剂的结构和性质进行表征，研究影响催化剂性能的因素。【结果】当使用12NaNi/C时，糠醛与催化剂的质量比为28∶1时，在温和条件下（130℃、1 MPa H_2）反应1 h后，糠醛的转化率达99.9%，四氢糠醇的收率达76.2%。结合多种表征结果发现：添加适量的乙酸钠可增强Ni和O的相互作用，增大催化剂的比表面积，减小FCC-Ni晶体的粒径，提高Ni的分散性和催化传质效率；由于Ni和O的化学环境发生变化，使得糠醛的醛基氧和呋喃环上的大π键更容易与Ni发生相互作用，从而提高了糠醛的转化效率。【结论】本研究以邻香草醛作为螯合剂，使用溶剂热法制备了一种新型的NaNi/C非贵金属催化剂，可直接用于温和条件下糠醛的高效选择性加氢制备四氢糠醇，为工业生产四氢糠醇提供了一种低成本的解决方案。
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