基于层状杂化体系的复合金属氧化物制备及光解六氯苯的机理研究
批准号:
21503188
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
夏盛杰
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
薛继龙、施炜、张连阳、邵蒙蒙
中文摘要
本课题基于水滑石材料的结构及催化特性,首先,采用水热合成法制备ZnM1水滑石(M1=Cr, Ce, Sn, Zr);其次将一类含有阴离子基团的席夫碱与过渡金属元素(M2=Fe, Co, Ni, Ti)进行配位形成金属有机配体阴离子;再者,利用离子交换法使上述配体阴离子取代水滑石的层间硝酸根制备一类层板和层间均含有过渡金属元素的有机无机层状杂化材料;最后将上述材料经微波焙烧,拟制备一类具有特殊晶型、高比表面积、均匀孔径分布和窄禁带宽度的复合金属氧化物光催化材料。拟将上述材料应用于持久性有机污染物六氯苯的可见光降解,同时利用高效液相色谱–质谱联用技术(HPLC–MS)分析降解过程的中间产物,顺磁共振技术(ESR)分析催化过程的活性自由基,据此推断光催化降解的机理,探究催化剂结构组成与其光催化性能之间的关系,从而更好的指导相应光催化材料的合成与应用。
英文摘要
This project will focus on the study of micro–structure and catalytic properties of layered double hydroxides (LDHs), firstly, a series of ZnM1–LDHs (M1=Cr, Ce, Sn, Zr) will be synthesized by hydro–thermal synthetic method, followed by doping M2–containing (M2=Fe, Co, Ni, Ti) Schiff base complex into the interlayer of the ZnM1–LDHs to form a novel layered organic–inorganic hybrid material with transition metals dispersed both in layers and interlayer. And then, the hybrid material will be further calcined by microwave to make metal oxide composites M2/ZnO–M1xOy(M1=Cr, Ce, Sn, Zr;M2=Fe, Co, Ni, Ti)with special crystalline structure, large surface area, uniform pore size distribution and narrow band gap. The prepared materials will be tested by the visible light photocatalytic degradation reaction of hexachlorobenzene (HCB, a type of Persistent Organic Pollutants) for their performance. And the reaction products will be analyzed by going through HPLC–MS instrument to catch the possible intermediates and by ESR to analyze the type of hydroxyl radicals. Based on the information of the activity and the chemical and physical composition of the materials, we will try to figure out the possible reaction pathways, the degradation mechanisms, and the connection between the properties of the materials with their structures. The knowledge generated from this research will be able to guide the future research on high performance photo catalyst synthesis.
本课题基于水滑石材料的结构及催化特性,制备了一系列金属/席夫碱插层的ZnM水滑石(M= Al, Cr, Fe, Ce)有机无机层状杂化材料。而后经高温焙烧,制备了一类复合金属氧化物型光催化材料(以Ti为例:Ti/ZnO–MxOy, M = Al, Cr, Fe, Ce)。将上述材料应用于持久性有机污染物(如六氯苯HCB)的可见光降解,同时利用高效液相色谱–质谱联用技术(HPLC–MS)分析降解过程的中间产物,顺磁共振技术(ESR)分析催化过程的活性自由基,据此推断光催化降解的机理,探究催化剂结构组成与其光催化性能之间的关系。光催化实验结果表明,几种不同结构的复合金属氧化物材料的光催化活性顺序为:Ti/ZnO–Cr2O3>Ti/ZnO–CeO2>Ti/ZnO–Fe2O3>Ti/ZnO–Al2O3,其中Ti/ZnO–Cr2O3复合金属氧化物可见光降解六氯苯在240分钟内去除率可达95.5%,活性高达为4.75 mg g–1 h–1。复合金属氧化物比水滑石前驱体具有更好的催化性能,其原因可能是前者具有更窄的禁带宽度、规整而特殊的晶型、大的比表面积和更均匀的孔径分布。由DFT计算得到的材料的能带结构与UV-vis测试得出的结果相一致,禁带宽度顺序为:Ti/ZnO–Cr2O3<Ti/ZnO–CeO2<Ti/ZnO–Fe2O3<Ti/ZnO–Al2O3,与光催化活性的顺序刚好相反。通过比较分析层间距、禁带宽度、层间距、比表面积、催化活性等数据,发现,对于超分子层状结构体系,更大层间距表面其具有更强的超分子作用力和静电引力,由此得到的复合金属氧化物具有更窄的禁带宽度、更高的比表面积、更好的晶型以及光照能产生更多的羟基自由基。使得相应的复合金属氧化物,如(Ti/ZnO–Cr2O3和Ti/ZnO–CeO2)对HCB表现出了更高的光催化活性(相对于Ti/ZnO–Fe2O3和Ti/ZnO–Al2O3)。光降解过程的活性种主要是羟基自由基,HCB降解的中间产物主要是五氯苯、四氯苯、五氯苯酚、二氯苯及苯等。本课题在材料的合成与光催化机理方面的研究,希望后续能更好的指导相应光催化材料的合成与应用。
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Investigation into the enhancement of property and the difference of mechanism onto visible light degradation of gaseous toluene catalyzed by ZnAl layered double hydroxides before and after Au supporting
Au负载前后ZnAl层状双氢氧化物催化可见光降解气态甲苯性能提升及机理差异
DOI:
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发表时间:
2018
期刊:
ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子:
8.4
作者:
[Xiaofeng Zhang, Liwen Wang, Xiaobo Zhou, Zheming Ni, Shengjie Xia]
通讯作者:
Shengjie Xia
DOI:
10.1016/j.apcatb.2016.01.027
发表时间:
2016-06
期刊:
Applied Catalysis B-environmental
影响因子:
22.1
作者:
[Shengjie Xia;Y. Meng;Xiaobo Zhou;Jilong Xue;G. Pan;Z. Ni]
通讯作者:
Shengjie Xia;Y. Meng;Xiaobo Zhou;Jilong Xue;G. Pan;Z. Ni
Experimental and theoretical investigation into visible–light–promoted selective hydrogenation of crotonaldehyde to crotonyl alcohol using Au–Co,Ni alloy nanoparticles supported layered double hydroxides
可见光促进金钴镍合金纳米粒子负载层状双氢氧化物选择性加氢巴豆醛生成巴豆醇的实验和理论研究
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
Journal of Materials Chemistry A
影响因子:
11.9
作者:
[Guanhua Zhang, Xiaofeng Zhang, Yue Meng, Xiaobo Zhou, Guoxiang Pan, Zheming Ni, Shengjie Xia]
通讯作者:
Shengjie Xia
Efficient detoxication of heterocyclics by layered double hydroxides contained different cobalt components as photocatalysts based on controllable application of active free radicals
基于活性自由基可控应用的含不同钴成分的层状双氢氧化物作为光催化剂对杂环化合物的高效解毒
DOI:
10.1016/j.jphotochem.2018.10.049
发表时间:
2019-02
期刊:
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
影响因子:
--
作者:
[Jilong Xue, Tao Chen, Yue Meng, Xiaobo Zhou, Guoxiang Pan, Zheming Ni, Shengjie Xia]
通讯作者:
Shengjie Xia
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
无机化学学报
影响因子:
--
作者:
[夏盛杰, 邵蒙蒙, 薛继龙, 倪哲明]
通讯作者:
倪哲明
共 12 条
晶面依赖性的双空位超薄VBi+0-BiV04(040)光催化氮气还原
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:夏盛杰
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依托单位:
基于双内建电场的晶面定向负载Cu2O-LaOBr合成氨光催化剂研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:夏盛杰
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依托单位:
国内基金
海外基金