镍系双金属和手性修饰镍系双金属纳米材料的制备及其在苯乙酮电羧化中的应用研究
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V ol 38N o 76 化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S 第38卷第7期2010年7月综述与专论基金项目:国家自然科学基金(20976100);山东省自然科学基金重点项目(No.Z2006B07);济南市留学人员创业计划(No.20080309)作者简介:王熙梁(1984-),男,研究生,从事高分子基复合材料的研究。
联系人:周国伟,男,教授,主要研究纳米材料的可控制备与酶催化反应。
高分子聚合物模板剂制备介孔材料的研究王熙梁1 周国伟2* 杜施鑫1(1 山东轻工业学院材料科学与工程学院,济南250353;2 山东轻工业学院化学工程学院,山东省轻工助剂重点实验室,济南250353)摘 要 高聚物模板剂在介孔材料的合成中起着重要的作用,选择不同的高聚物模板剂可以合成出具有不同形态结构的介孔材料。
对介孔材料合成中使用的高聚物模板剂如单一高聚物模板剂、复合高聚物模板剂和天然高聚物模板剂等,进行了综述。
关键词 介孔材料,模板剂,高聚物Researching on preparation of mesoporous materials via polymer templateWang Xiliang 1Zho u Guow ei 2Du Shix in1(1 Scho ol o f Material Science and Engineering,Shandong Institute of Light Industry,Jinan 250353;2 Key Laboratory for Fine Chemicals o f Shandong Pro vince,School of Chem ical Engineering,Shandong Institute o f Lig ht Industry,Jinan 250353)Abstract Po ly mer template plays an impo rtant ro le in the synthesis o f mesopor ous materials,a v ariet y of mesopor ous materials w ith differ ent mor pho log ies can be sy nt hesized by po lymer as templates.T he polymer template used in t he synthesis o f meso po rous materials,such as sing le polymer template,composit e polymer template and natur al po ly mer tem plate were r eview ed.Key words meso po ro us mater ial,template,po lymer国际纯粹与应用化学联合会(IU PA C)根据多孔性材料孔径的不同将其分为三类:孔径d>50nm 称为大孔材料;孔径d <2nm 的称为微孔材料;孔径2nm <d<50nm 称为介孔材料。
第52卷第8期 辽 宁 化 工 Vol.52,No. 8 2023年8月 Liaoning Chemical Industry August,2023收稿日期: 2022-08-10ZnMn 2O 4多孔微球作为水系锌离子电池 正极材料的合成及其电化学性能卢彦虎,刘晨阳,马雷(沈阳化工大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110142)摘 要: 采用水热法制备了ZnMn 2O 4水系锌离子电池正极材料,并采用X 射线衍射、X 射线光电子能谱、扫描电镜和电化学工作站等手段对材料进行了表征。
结果表明:水热温度对ZnMn 2O 4正极材料的形貌和电学性能均有较大影响。
当水热温度为160 ℃时,ZnMn 2O 4为尖晶石型多孔状球体,在 1 mA ·g -1的电流密度下获得了155 mAh ·g -1的比容量,良好的电化学性能表现主要得益于其多孔结构。
关 键 词:锌电池; 正极材料; ZMO 多孔微球; 电化学性能中图分类号:TM911 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2023)08-1122-04尖晶石型锌锰氧化物ZnMn 2O 4(ZMO)材料具有安全性好、成本低、环保等优点[1-3],在数据存储、生物技术、光催化剂、气敏元件、电池电极材料等领域得到了广泛的研究[4-5]。
目前,尖晶石结构的氧化物(如LiMn 2O 4、LiCo 2O 4)已经在LIBs 中被成功应用并且商业化[6-7]。
因此借鉴这一成功经验,ZMO 电极材料在水系锌离子中的应用成为当下研究的 热点[8-9]。
先前的尖晶石材料多采用高温固相反应法合成,大多是采用研磨氧化物、含碳酸根的盐类化合物的混合物,并进行高温热处理以获得所需材料。
制备温度较高,晶体形貌较难控制[10]。
现在多采用温和的化学方法进行合成,例如溶胶-凝胶法[11]。
WU[12]等通过聚乙烯醇吡咯烷酮分散的溶剂热碳为模板制备的ZMO 材料,在100 mA ·g -1的条件下比容量可达106.5 mAh ·g -1。
【人物与科研】华中科技大学夏宝玉...导语金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇配位形成的配合物。
由于其可控的形貌、高比表面积和多孔结构而被广泛应用于储能领域。
MOFs材料中的金属组分对电极材料的性能有很大影响,通过金属离子的活化可以有效提升材料性能,然而这种活化往往伴随着结构的严重破坏而没法最大限度提升材料电化学性能。
近日,华中科技大学夏宝玉课题组通过一种氧化还原的方法调控双金属Co-Ni MOF中的金属组分得到稳定低价的混合价态的Co-Ni MOF 衍生物,得到的材料具有优异的电化学性能。
相关成果在线发表于Adv. Mater.(DOI: 10.1002/adma.201905744)。
夏宝玉教授课题组主要从事结构功能材料及其在能量转换与存储等领域的研究工作。
团队围绕新材料在新能源技术中的服役和失效问题,以高活性长寿命低成本电极材料为导向,通过探究材料腐蚀现象和规律,利用传统腐蚀科学与技术开发新型、稳定的材料与器件,使其达到高水平长寿命服役的目的,实现传统腐蚀学科与新能源领域的深度交叉融合。
夏宝玉,教授/博士生导师,2010年毕业于上海交通大学,获得博士学位。
2011-2016年在新加坡南洋理工大学从事博士后研究作,2016年入职华中科技大学,入选中组部第十二批“计划”。
近年来在包括Science, Nature Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际期刊发表学术论文70余篇(包括1篇ESI热点论文和21篇ESI高被引论文),发表的研究工作被国内外同行引用8000余次,参与3本专著编写(三章),申请专利6项(已授权3项),H指数29,研究成果被Chemistry Views,Materials Views 等媒体报道。
夏宝玉教授入选2018年、2019年科睿唯安全球高被引科学家和2019年Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators。
Cu-Ni三元金属间化合物粉末第33卷第1期2006年2月湖南大学(自然科学版)JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)V ol_33.No.1Feb.2006文章编号:1000—2472(2006)01—0098—04固液反应球磨制备AI.Cu.Ni三元金属间化合物粉末蔡建国,陈刚,周冰(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)摘要:利用固液反应球磨技术制备了Al—Cu—Ni三元合金粉末.采用Ni球球磨叫Ar33.2%WCu,叫Al-54%wcu(Cu)和"gOAl一70%wc.(A1Cu)-~TL合金熔体,在893K 分别球磨Al-33.2%叫熔体12h和24h后均生成了Cu4Ni粉末;在893K球磨"COAl一54%wcul2h后生成Cu4Ni粉末,在993K和1123K球磨"gOAl一54%叫cu(AI2Cu)24h后均生成al0.28Cu0~69Ni0.粉末;在1123K球磨叫Ar70%WCu(A12Cu)24h后生成.28Cu0.69Ni0.粉末同时,对一Cu-Ni三元合金相形成规律进行了研究,对固液反应球磨机理进行了探讨.关键词:固液反应球磨;机械力化学;三元合金;金属间化合物;Al—Cu.Ni合金中图分类号:TB383文献标识码:AFabricationofA1—.Cu—.NiTernaryAlloyPowders bySolid—liquidReactionMillingCAIJian—guo.CHENGang,ZHOUBing (CollegeofMaterialsScienceandEngineering,HunanUniv.Changsha,Hunan410082.Chi na)Abstract:A1.Cu..Niternaryalloypowderswerefabricatedwithanewsolid..1iquidreaction millingtechnolo..gy.AI7Cu4NipowderwereobtainedbymillingWAI一33.2%7A)Cmassfriction)eutecticalloymeltat893Kfor12or24hours,andA17Cu4NipowderwerealsopreparedwhenWAl一54%"g.UCualloymeltweremilledat893Kfor24hours.al0.28Cu0.69Ni0.powderwereobtainedbymillingW Al一54%wc~(AlzCu)hypereutecticalloymeltat993Kor1123Kfor24hours.Al0.280U069Ni0powderwastheresultofmillingWAl一70%叫cu(A1Cu)alloymeltat1123Kfor24hours.Moreover,thereactionmechanismandadvantageswereanalyzed anddiscussed.Keywords:solid~liquidreactionmilling;mechanicalalloying;ternaryalloys;intermetalliccompounds;A1一Cu—Nialloy固液反应球磨技术…是在机械力化学【2j和机械合金化_3J基础上发展起来的一种新型的材料制备技术.在现有的反应球磨技术研究工作中,对固一固反应体系,固一气反应体系的研究较多l4j,对固一液反应体系的研究却开展得很少.目前,采用固.液反应球磨已成功地制备了Fe—zn,Fe—Sb,Fe—sn,Fe一,收稿日期:2005一O120基金项目:国家自然科学基金资助项目(50304008)作者简介:蔡建国(1972一),男,湖南益阳人,湖南大学讲师,博士E-mail:*****************Ni—Al,-ri—Al,A1一Cu—Fe和一Si—Fe等多种其它工艺难以获得的二元系和三元系金属间化合物[j.本文采用固液反应球磨技术以Ni球为球磨介质,熔融Al—Cu合金为球磨对象,开展三元合金系的固液反应球磨的研究.为研究磨球作用下三元合金固液反应的相形成规律及机理,丰富固液反应球磨工艺的第1期蔡建国等:固液反应球磨制备AI—cuNi三元金属间化合物粉末99 内容,进一步探讨该工艺机理提供参考1实验过程本实验采用的固液反应球磨设备是自行设计和发明的专利装置——卧式固液反应球磨机,密封的球磨罐在可控温加热电炉内工作,球磨罐转速由调速电机控制.在本实验中球磨罐为Ni质,球磨机转速为80r/min(为0,75Vl临界),球料质量比为11:1.每次二元母合金配料为200g.当球磨时间达到预定值后,快速冷却至室温,将得到的粉末混合均匀然后按化学分析法取样或取块状产物进行钻屑均匀混合取样,球磨产物在德国西门子的D5000型衍射仪上进行物相分析,衍射靶为Cu靶,加速电压为30kV,记数率仪的时间常数为0.5s,测角仪连续扫描速度为0.01o/s,扫描范围为10~100.,采用H800型电显微镜对粉末状产物进行形貌和显微组织分析.本实验是采用Ni球在一定温度下分别对液态强鼎W AI一33.2%WCu,一54%ZUC,WAI一70%WC进行球磨.训Al一33.2%WCu,叫Ar54%WCu,W AI一70%"WCu的液相点分别是821K,864K,1073K,所以选定在893K温度下对W AI-33.2%W(=I,进行球磨,在893K,993K,1123K温度下对训Ar54%训c进行球磨,在1123K温度下对训AI-70%WCu进行球磨.球磨一定时间后,快速冷却球磨筒及球磨产物,取出粉末样品进行物相和形貌分析.2实验结果2.1采用Ar33.2%WCu母合金的球磨实验结果在893K下来用Ni球球磨WAI一33.2%训cu熔体12h和24h后,产物的物相分析结果.Ni球下W AI-33.2%训,熔体时发生了固一液化学反应,生成物的主相是三元金属间化合物A17CuaNi,图1所示为在893K下用Ni球球磨训AI-33,2%训c熔体l2h和24h后产物的x射线衍射图,2o1(o)(a)在893K球磨12h20/(.)(b)在893K球磨:24h图1用Ni球球磨叫A1—33.2%硼熔体后产物的X射线衍射图谱Fig.1XRDpatternoftheasmilledproductsobtainedbymillingtheAI一33,2%Cumelt 2.2采用Ar54%c¨母合金的球磨实验结果Ar54%('u熔体在选定温度下与Ni球发生了化学反应.在893K时球磨12h后生成的三元化合物是A17CtaNi,在993K和1123K时球磨24h生成的三元化合物均是A28Cuo.69Nio.与前面实验结果对比发现,母合金中Cu含量增加对球磨产物有明显影响.图2所示为在不同条件下球磨时得到的产物的x射线衍射图谱.由图可见,A1o.2sCuo.69Nio相的纯度很高.100湖南大学(自然科学版)20o6年越氍趟崩2o/(.)(a)在893K球磨12h△--AI~28c69N二垒全I.全一—J0-.一'.'''一——T一2O304OSO6O7OB09010020/(.)(b)在993K球磨24h2or(o)(c)在1123K球磨24h图2用Ni球球磨wA1—54%叫熔体后产物的X射线衍射图谱big.2XRDpatternoftheasmilledproductsobtainedbymillingtheWAI一54%叫cumelt 2.3采用W AJ-70%WCu母合金的球磨实验结果图3所列为在1123K下用Ni球球磨WAr70%WWcu(Cu)熔体24h后产物的物相分析结果.从表3中可以看出:叫Ar70%WCu熔体在选定的温度(由于受球磨机使用温度的限制,无法在更高温度下进行球磨)与Ni球发生了固一液化学反应,生成的三元化合物相是.28Cuo.69Nio一.图3所示为球磨产物的x射线衍射图谱.'20/(o)图3用Ni球球磨训一70%W(熔体后产物的X射线衍射图谱Fig.3XRDpatternoftheas-n~lledpreductsobtainedbymillingthe删A1—70%wc~melt 照片,图4(c),图4(d)为A10瑚Cu0.69Nio一合金粉末的2-4粉末显微组织分析TEM照片,照片显示粉末颗粒粒径在150nm以内,图4(a),图4(b)为A17Cu4Ni合金粉末的TEM且粉末颗粒明显存在层状组织. ∞帅∞帅∞∞∞05O5O505第1期蔡建国等:固液反应球磨制备A1一Cu—Ni三元金属问化合物粉末101 (a)AICu4Ni粉末(×40000)(c)AI.2sCu009Nio_粉末(X80000)3实验结果分析(b)AI,Cu,Ni粉末(×100000)(d)AI8Cu069Nio_粉末(×100000)图4A1一Cu—Ni系球磨产物的TEM照片Fig.4TEMphotographoftheas-milledproductsobtainedbymillingAI—Cu—Ni1)随着一Cu二元母合金中Cu的含量的增加,球磨时的固一液反应难度加大,生成的三元化合物相中Ni的含量减少,同时Al的含量也相应减少.2)提高球磨温度,延长球磨时间,形成的三元合金产物中的Ni和的含量减少,Cu的含量增加,且有利于三元合金产物的形成.3)球磨温度超出二元母合金熔点越高,则固一液反应越容易进行.4)一Cu—Ni系固液反应球磨过程中可直接生成三元化合物微细粉末.4结论1)采用采用Ni球球磨成分为AI-33.2%0.的合金熔体,在8933K下球磨12h和24h后生成的三元化合物均是AICu4Ni粉末.2)采用Al一54%WCu合金熔体时,在893K球磨12h后形成的三元化合物是A1Cu4Ni粉末,在993K球磨24h时生成的三元化合物则是舢l28Cu0.69Nio.粉末.3)采用Al一70%c合金熔体时,在1123K,球磨24h后生成的三元化合物足.28Cu0.69Ni0粉末.4)AI—Cu—Ni系在固一液反应球磨过程中生成的金属间化合物粉末颗粒尺寸在150nrn左右,形状不规则.5)AI—Cu—Ni系在同一液反应球磨过程机理符合打击一剥落模型.参考文献[1]严红单,陈振华.反应球磨技术原理及其在材料制备中的应用[J] 功能材料,1997,28(1):15一l8.12JFOXPG.ReviewIIlelllyitfitiat~tchern.icalreactionins~d[J] JaumlofMateriaksScience,1975,10(4):340一.360.[3]BENJAMINjs,Fuv~talsofmechanicalalloying[J]MatersciFo-r1.~l,1992,(88):1—5[4]【](II)G,MULASG,SCHIFFIN1L.Mechanicalalbyingpmcandr~-tiveuiT1g_J].¨ImofMetaLs,1995,47(3):1621.[5]陈鼎,陈振华,黄培云.固液反应球磨制备Zn和Fe-Sb系金属问化合物[J]湖南大学,2004,31(1):12—16.[6]陈鼎,陈刚.固液反应球磨制备Fe-Sn金属问化合物粉末[J].中国有色金属,2oo3,13(3):579—583.[7]陈鼎,陈振华,陈刚,等.固液反应球磨制备Al,N._Al和FAl金属问化台物[J].湖南大学,2004,31(2):20—24,[8]陈鼎,黄培云.固液反应球磨制备AI.Cu-Fe与AI-Si.Fe二元合金[J].中南大学,2004,35(4):537—542.[9]蔡建国,陈刚,徐红梅.固液反应球磨制备AICuzCo二元金属问化合物[J],湖南大学,2005,32(3):28—32,。
纳米多孔PtNiMo合金的制备及其对甲醇电催化氧化性能的研究∗周魁元;李强;刘旭燕;潘登【摘要】NP-PtNiMo catalysts were fabricated by dealloying method in present study.The surface morpholo-gy,composition,phase constitutions,and electrocatalytic properties were characterized by scanning electron microscopy (SEM),energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX),X-ray diffraction (XRD),and electrochemi-calmeasurements,respectively.The electrocatalytic activity of the NP-PtNiMo for methanol electrooxidaion was evaluated characterized by the cyclic voltrametry and chronoamperometry at room pared to commercial Pt/C,NP-PtNiMo electrocatalysts exhibit better electrocatalytic performance,better electrocata-lytic stability,and more tolerant to CO poisoning.%利用脱合金的方法制备了纳米多孔铂镍钼(NP-PtNiMo)合金纳米催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)和电化学测试的方法对 NP-PtNiMo 合金纳米催化剂的表面形貌、成分、物相和电催化性能进行了表征。
镍铁双金属系列电催化材料的研究进展王雅;方志强;史晓雨;楚意月;郝召民【摘要】氢能源由于其成本低、可再生、绿色环保等优点,成为世界上公认的清洁能源之一.电解水则是目前最有潜力的提供氢燃料的方案之一,镍铁双金属电催化剂由于其来源丰富、成本低、清洁无污染且有较强的催化性能,得到了人们的广泛关注.本文主要综述了近些年来双金属镍铁氧化物和镍铁合金方面的发展与研究,对他们的合成方法,性能及其稳定性进行了深入探讨.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2018(029)006【总页数】4页(P638-641)【关键词】电化学;双金属镍铁电催化剂;析氢反应;析氧反应【作者】王雅;方志强;史晓雨;楚意月;郝召民【作者单位】河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】O613.72随着化石燃料的逐渐枯竭及其相关的负面环境影响,合理开发可再生资源是解决当前能源,实现能源结构调整并保证人类社会经济和环境可持续发展的重要条件,同时也是当前社会的迫切需要[1-2]. 纵观各种可替代的能源,氢能源是洁净的低碳、可再生资源,不但能量密度高,其燃烧的产物水几乎对环境没有影响[3]. 目前世界上大部分的氢气是以化石燃料为原料进行制取的,不仅消耗了大量的化石能源,而且对环境产生有害的气体. 电化学水分解则是公认的一个最有潜力的解决方案之一为未来全球环境污染和能源危机提供可再生清洁的氢燃料[4-5]. 电解水反应一般分为两类:析氢反应(HER)和析氧反应(OER)[6]. 两者的分离效率对整体水分解都非常重要. 因此,为了降低过电势,加快反应速率,提高能量转换效率,需要一个高效的催化剂去降低反应能量势垒. 已经尝试很多方法去提高对于电水解反应的效率,包括在酸性和碱性条件中,之后发现贵金属铂、钯、钌、铑催化剂在HER和OER 中能表现出高效电催化性能,降低反应所需电压. 但高成本,低资源限制了他们在析氢反应和析氧反应中的广泛应用. 所以当前在清洁能源领域一个主要的目标是去发现高效,廉价的非贵金属催化剂把水分解成氢.为了更有效地解决这个问题,许多科研人员把研究集中在双金属镍铁的电催化剂上. 镍铁在自然界中资源丰富且价格低廉,且人们研究发现双金属镍铁电催化剂具有良好的催化活性,低的过电势和优秀的稳定性,有利于电催化水的大规模产业化,符合国家一直提倡的发展绿色环保新能源的要求[7]. 本文主要综述了镍铁电催化剂近些年的研究进展,对他们的合成、结构以及电催化性能进行了分析和讨论,并对这些催化电极材料的性能进行总结与展望.1 镍铁合金对能量储存和应用的迫切需要,急需我们发展高效率,低成本的多功能电催化剂应用于电化学分解水. 由于NiFe合金催化活性高,稳定性好,电势低等优点,近些年来在电催化方面得到了突飞猛进的发展. 例如:在2017年XU等[8]报道了由直接镍基化修饰的镍/铁金属有机骨架衍生而成的NiFe-Se/c纳米棒作为高效率非贵金属电催化剂. 1 mol/L的KOH溶液中,在电流密度10 mA·cm-2析氢反应电压仅仅为160 mV、析氧反应为240 mV,且都表现出很高的催化活性. 同时,优化的NiFe-Se/c纳米棒的塔菲尔斜率为73 mV·dec-1,显著低于RuO2 (94 mV·dec-1), Ni/Fe@C(105 mV·dec-1) 和裸泡沫镍的(109 mV·dec-1)(如图1). 在这项研究中,虽然电压有所降低,但并没有达到我们理想中的电压值. 之后HAKHYEON等[9]在2017年,利用镍铁反纳米结构发现了高效率,低成本的镍铁双功能电催化剂应用于水分解反应,通过优化反纳米结构的厚度层,在1 mol/L 的NaOH中电流为10 mA·cm-2时镍铁(IO)能够降低OER和HER的电压分别到70、90 mV. 由于镍铁纳米材料催化性能的增强主要是依赖于多的活性位点和大的比表面积,反应物和产物主要在纳米多孔IO表面参与反应,有效减小了电子在高电位下的迁移率. 另外,2018年LIU等在工作中[10],通过一个简单的途径合成了一类FeNi@N-GR纳米复合材料的多功能电催化剂.图1a显示了FeNi@N-GR催化剂的OER的极化曲线. 证明FeNi@N-GR核壳纳米结构在析氢反应和析氧反应中具有高活性和稳定性双功能催化,为设计电化学和其他可利用能源的多功能催化剂提供了一个新的途径.图1 LIU课题组测试的(a)OER极化曲线和(b)NiFeSe /C纳米棒、Ni/Fe OH、Ni/Fe @ C、IrO2和裸Ni泡沫在1 mol/L KOH中的对应塔菲尔图. (c)NiFeSe / C纳米棒在不同扫描速率下的极化曲线. (d)NiFeSe / C纳米棒在静态过电位为240 mV下的时间依赖电流密度曲线20 hFig.1 (a) OER polarization curves and (b) Corresponding Tafel plots of NiFe-Se/C nanorods, Ni/Fe-OH, Ni/Fe@C, IrO2 and bare Ni foam in 1.0 mol/L KOH. (c) LSV plots for the NiFeSe/C nanorods at different scan rates. (d) Time-dependent current density curve for the NiFeSe/C nanorods under a static overpotential of 240 mV for 20 h tested by the LIU’s group2 NiFeOx及其复合物由于Ni、Fe及其NiFe氧化物在自然界中拥有丰富的自然资源并且他们也是自然界中重要的半导体材料,近些年来被广泛地应用在很多领域. 另外他们具有价格低廉,催化活性高以及稳定性好等优点,被广泛用作电解水的电催化剂. 在电学、光学、以及磁学中,对材料的尺寸、大小以及一些微观结构都有比较严格的要求. 因此,很多课题研究致力于对镍铁氧化物的微观结构的研究. 例如:2018年我们课题组[11]在NiFe-MOF中密闭渗碳并进行二次煅烧,成功地合成了双金属NiFe2O4(如图2),并通过XRD、XPS、SEM和TEM进行表征,合成的NiFe2O4化合物在碱性条件下展现了很好的催化性能与很高的稳定性. 从中我们可以得到启发,合成的NiFe2O4化合物将提高MOFs在非贵金属作为OER电催化剂中的应用.图2 HAO课题组合成的NiFe MOFs两步热处理制备NiFe2O4材料的示意图Fig.2 Schematic representation of the formation of NiFe2O4 materials through the two-step thermal treatment of NiFe-MOFs in HAO’s group 除了我们课题组做了研究外,其他研究工作者也做了大量的工作. 在2018年,KUMAR等[12]发现由镍铬青铜模拟金属-有机骨架制成的介孔氧化镍纳米立方体(NiFe-NCs),可以作为一种有效的用于全解水的催化剂. 在该电催化材料中,具有200 nm侧边长度的NiFe-NCs中 Ni/Fe物质的量之比为3∶2,是NiO和α/γ-Fe2O3的复合物. NiFe-NCs在1 mol/L KOH溶液中,10 mA·cm-2的过电势处演示OER和HER的过电势是271、197 mV,优于具有类似组成的球形镍铁氧化物纳米粒,而当全解水时,在电流密度为10 mA·cm-2使用NiFe-NCs时只需1.67 V的电压. NiFe-NCs水分解催化剂表现出长期稳定的耐腐蚀性能,同时NiFe-NCs暴露的边缘和顶点处的活性位点对它们的整体催化性能起着至关重要的作用. 此外DENG等在2017年发现[13],具有离散N掺杂石墨碳覆盖层的核壳NiFe纳米复合物可以用于增强水氧化,促进析氧反应. 被离散N掺杂石墨覆盖层的核/壳NiFe纳米复合物在析氧反应活性和稳定性方面增强,并具有低起始电位1.48 V,降低过电位320 mV·cm-1,小的塔菲尔斜率值41 mV·dec-1,优于Ir/C. 除此之外,2015年FOMINYKH等对铁掺杂氧化镍纳米晶在碱性条件下水分解的高效电催化剂作了相关研究[14]. 通过XRD和EDS测定了纳米颗粒的铁含量和组成(如图3),结构分析显示Fe3+已进入NiO岩盐结构. 纳米颗粒在乙醇中的优异分散性使其可以在各种衬底上制备具有光滑表面的大约8 nm的均匀薄膜.Fe0.1Ni0.9O在电压为300 mV时具有高效电化学催化水分解性能,而且在电流为10 mA·cm-2时电压仅为297 mV,塔菲尔斜率为37 mV·dec-1. 其次通过溶剂热合成的超小、可结晶的NiO纳米粒(NPS),发现其性能不太理想,当NiO纳米粒中加入20%铁时,发现其性能明显增强. 当纳米粒在电压为300 mV时展现的最高周转频率是1.9 s-1,对于百分之十的三价铁杂质,优于大量的铁镍氧化物和昂贵的稀土铱催化剂. Fe0.1Ni0.9O组成中粒子尺寸的降低和高结晶率使其长时间电解之后仍能稳定存在,有利于大幅度提高电催化活性和结构的稳定性.(a)概述纳米颗粒分散在TEM网格上. (b)单一的Fe0.1Ni0.9O纳米粒子的HRTEM 图像. (c)几十个Fe0.1Ni0.9O的电子衍射图样纳米颗粒.图3 KSENIA FOMINYKH 课题组测试的Fe0.1Ni0.9O纳米粒子(NP-10%)的TEM图像Fig.3 TEM images of the Fe0.1Ni0.9O nanoparticles (NP-10%)3 总结与展望由于镍铁在地球上拥有丰富的资源,且成本低易于获取,发展镍铁电催化剂在析氢反应和析氧反应方面具有巨大的应用价值. 尤其是镍铁合金、镍铁氧化物和镍铁双层金属氧化物近些年的发展,使得镍铁双金属电催化在低电压、低成本、低消耗、环境友好方面得到了很大进步,促进了电催化的进一步发展. 电催化剂从与贵金属性能的研究到与非贵金属的性能的发展,是研究过程中的重要突破,为电催化剂提供了更为广阔的发展空间.参考文献:【相关文献】[1] WANG C, WANG X, ZHANG X, et al. Hierarchically porous Ni3S2 nanorod array foam as highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction [J]. Electrochimica Acta, 2015, 174(18): 297-301.[2] SUN X P, TIAN J Q, ABDULLAH M A, et al. Self-supported nanoporous cobalt phosphide nanowire arrays: an efficient 3D hydrogen-evolving cathode over the wide range of pH 0-14 [J]. Journal of America Chemietry Society, 2016, 72(21): 7587-7590. [3] MORALES-GUIO G G, STERM L A, HU X. Nanostructured hydrotreating catalysts for electrochemical hydrogen evolution [J]. Chemical Society Reviews, 2014, 43(18): 6555-6560.[4] ZOU X, ZHANG Y. Noble metal-free hydrogen evolution catalysts for water splitting [J]. Chemical Society Reviews, 2015, 44(15): 5148-5180.[5] COOK T R, DOGUTAN D K, REECE S Y, et al. Solar energy supply and storage for the legacy and nonlegacy worlds [J]. Chemical Reviews, 2010, 110(11): 6474-6502.[6] VESBORG P C, SEGER B, CHORKENDORFF I. Recent development in hydrogen evolution reaction catalysts and their practical implementation [J]. Journal of Physical Chemistry Letters, 2015, 6(6): 951-956.[7] GONG M, ZHOU W, TSAI M C, et al. Nanoscale nickel oxide/nickel heterostructures for active hydrogen evolution electrocatalysis [J]. Nature Communications, 2014, 5(15): 4695-4701.[8] XU B, YANG H, YUAN LC, et al. Direct selenylation of mixed Ni/Fe metal-organic frameworks to NiFe-Se/C nanorods for overall water splitting [J]. Journal of Power Sources, 2017, 366(17): 193-199.[9] SONG H, OH S, YOON H, et al. Bifunctional NiFe inverse opal electrocatalysts with heterojunction Si solarcells for 9.54%-efficient unassisted solar water splitting [J]. Nano Energy, 2017, 429(21): 1-7.[10] LIU P T, GAO D Q, XIAO W, et al. Self-powered water-splitting devices by core-shell NiFe@N-graphite-based Zn-Air batteries [J]. Advanced Functional Mater, 2018, 28(14): 1706928-1706936.[11] FANG Z Q, HAO Z M, DONG Q S, et al. Bimetallic NiFe2O4 synthesized via confined carburization in NiFe-MOFs for efficient oxygen evolution reaction [J]. Journal ofNanoparticle Research, 2018, 20(14): 106-115.[12] KUMAR A, BHATTACHARRYA S. Porous NiFe-Oxide nanocubes as bifunctional electrocatalysts for efficient water-splitting [J]. ACS Applied Materials Interfaces, 2017, 9(48): 41906-41915.[13] DENG C, WU KH, SCOTT J, et al. Core/shell NiFe nanoalloy with a discrete N-doped graphitic carbon cover for enhanced water oxidation [J]. ChemElectroChem, 2018, 5(5): 732-736.[14] FOMINYKH K, CHERNEV P, ZAHARIEVA I, et al. Iron-doped nickel oxide nanocrystalsas highly efficient electrocatalysts for alkaline water splitting [J]. ACS Nano, 2015, 9(6): 5180-5188.。
材料研究与应用 2024,18(2):207‐214Materials Research and ApplicationEmail :clyjyyy@http ://mra.ijournals.cn Nb 掺杂改性LiNiO 2正极材料的制备及电化学性能研究孟祥聪,刘丽英*(广东工业大学材料与能源学院,广东 广州 510006)摘要: 高镍层状氧化物LiNiO 2具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。
当LiNiO 2正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。
采用固相法合成了Nb 掺杂的层状LiNi 1−x Nb x O 2(x =0.005、0.01、0.015)正极材料,利用X 射线衍射、扫描电子显微镜和X 射线能谱等测试手段,分析了Nb 掺杂量(摩尔百分比)对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。
结果表明,随着Nb 元素掺杂量的提高,LiNi 1−x Nb x O 2材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。
在LiNiO 2材料中引入Nb 5+离子,提高了LiNi 1−x Nb x O 2材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb 掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。
当Nb 掺杂量为1%时,LiNi 1−x Nb x O 2材料表现出较好的倍率性能,在10 C 大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh∙g −1;随着Nb 掺杂量的增加,LiNi 1−x Nb x O 2材料循环稳定性同步提升,当Nb 掺杂量为1.5%时,LiNi 1−x Nb x O 2材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO 2样品的36.2%。
表明,Nb 掺杂可改善LiNiO 2正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。
Ni(OH)_(2)基复合材料的制备及其在超级电容器方面的进展饶冰莹;陈姿蕾;胡亚凌;李柱柱;张正阳;陈萍华【期刊名称】《天津化工》【年(卷),期】2024(38)1【摘要】超级电容器是一种很有前途的电化学储能系统,合理设计和构建高比电容材料,对于超级电容器技术的发展至关重要。
具有高化学稳定性、高理论容量、高速率性能等优点的Ni(OH)_(2)材料在近年引起了广泛关注。
然而,其实际测试性能(尤其是速率能力)通常远低于理论值,这可能归因于活性位点的可接近性受限、反应动力学缓慢或电子转移能力不足,严重阻碍了其的实际应用。
研究人员试图打破Ni(OH)_(2)固有结构的限制,探索提升其性能的方法。
本文综述了Ni(OH)_(2)及其复合材料的制备方法:溶剂热法、电沉积法、化学沉积法、微波水热合成法等,并将其应用于超级电容器方面的进展进行了总结。
此外,本文指出了Ni(OH)_(2)及其复合材料应用于超级电容器所面临的挑战和前景,以满足现代社会的应用需求。
【总页数】3页(P128-130)【作者】饶冰莹;陈姿蕾;胡亚凌;李柱柱;张正阳;陈萍华【作者单位】南昌航空大学环境与化学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB331【相关文献】1.MnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>@Ni(OH)<sub>2</sub>复合材料的制备及作为超级电容器正极材料的性能研究2.Ni、Co、Fe基复合材料及在超级电容器中的应用——评《Ni、Co、Fe基复合材料的制备及其电化学性能研究》3.电化学法制备石墨烯基复合材料及其在超级电容器中的研究进展4.三维Y(OH)_(3)@Ni(OH)_(2)/CC复合材料的制备及其作为柔性超级电容器电极性能的研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53,No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April,2024薄层剥离黑磷纳米片改性金属钌纳米颗粒复合材料增强氢电催化性能柯小凤(温州大学 化学与材料工程学院,浙江 温州 325035)摘 要:为了实现“碳中和”,氢能作为化石燃料的可行替代品引起了人们的广泛关注,但当前氢电催化主要依赖于稀少且昂贵的贵金属基催化剂。
因此开发高性能且具有成本效益的低含量或无贵金属电催化剂具有重要意义。
采用水热法和高温热解法制备薄层剥离黑磷(EBP)纳米片为载体的钌基纳米催化剂材料(Ru@EBP)。
采用SEM、TEM、AFM和XRD测试手段对材料的形貌及结构进行表征。
通过电化学测量其氢氧化(HOR)及析氢反应(HER)性能。
结果表明:Ru@EBP电催化剂具有优异的HOR/HER性能。
当电压达到0.1 V vs. RHE时,商业化Pt/C电流密度为2.5 mA·cm-2,而Ru@EBP可达到3.2 mA·cm-2。
同时,在0.05 V vs. RHE恒电位下,计时电流测试12 h后,电流值几乎保持不变,表明Ru@EBP具有优异的稳定性。
关 键 词:黑磷纳米片;钌基催化剂;Ru@EBP;氢氧化反应;析氢反应中图分类号:O643.36 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2024)04-0525-05随着氢经济的快速发展和其在燃料电池中的应用,氢反应引起了人们的广泛关注[1]。
因此,用于氢氧化反应(HOR)和析氢反应(HER)的高活性、低成本且长寿命的氢电极电催化剂已经被深入研 究[2-3]。
由于HOR/HER存在缓慢的动力学特点,稀缺且昂贵的 Pt被认为是目前活性最高的HOR/HER 电催化剂,然而Pt的高成本和稀少在很大程度上限制了其更为广泛的应用[4]。
在碱性电解质中,HOR 和HER反应动力学要比其在酸性电解质中慢大约2~3个数量级[5]。
广东化工2019年第14期·100·第46卷总第400期非均相催化剂在光催化苯羟基化反应中的应用及机理研究进展朱威威,刘超,朱世从,王广健*(淮北师范大学化学与材料科学学院,安徽淮北235000)Progress in the Application and Mechanism of Heterogeneous Catalysts inPhotocatalytic Hydroxylation of BenzeneZhu Weiwei,Liu Chao,Zhu Shicong,Wang Guanjian(Huaibei Normal University,The College of Chemistry and Material Science,Huaibei235000,China)Abstract:This paper reviews the mono-and multi-component mono-and multi-component heterogeneous catalysts in photocatalytic benzene hydroxylation. For example,graphene,a gold-based catalyst,a copper-based catalyst,an iron-based catalyst,and the like.The possible mechanism of photocatalytic conversion of benzene to phenol is briefly introduced,and the development direction and application prospect of heterogeneous catalyst are prospected.Keywords:heterogeneous catalysts;photocatalytic;benzene;phenol;applied research苯酚是工业生成中极为重要的化学品之一[1],可广泛应用于合成酚醛树脂,环氧树脂,双酚-A,己内酰胺和苯胺,需求量日益增多[2-3]。
α、γ、δ-MnO2制备及在铝空气电池中的应用冯攀;俞小花;李永刚;俞双林;李荣兴;谢刚【摘要】通过化学共沉淀法分别合成了α、γ、δ三种晶型的MnO2.在对三种晶型的MnO2进行表征之后,将它们作为空气电极催化剂,采用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术进行电化学性能测试.研究结果表明,在20mA·cm-2的电流密度下α-MnO2、γ-MnO2和δ-MnO2的放电电压分别为1.59、1.41和1.55V,α-MnO2的放电电压明显高于γ-MnO2、δ-MnO2,说明α-MnO2是一种性能优良的空气电极催化剂.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2019(037)003【总页数】5页(P368-372)【关键词】二氧化锰;晶型;电化学性能;铝空气电池【作者】冯攀;俞小花;李永刚;俞双林;李荣兴;谢刚【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093;昆明冶金研究院,云南昆明650031;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093;昆明冶金研究院,云南昆明650031;共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室,云南昆明 650500【正文语种】中文【中图分类】TM9111 前言铝空气电池具有能量密度高,工作电流密度高,对环境友好,废旧电池易于回收,理论比容量高(2980mAh·g-1)等优点,成为很有发展前景的化学电源。
MnO2常作为各种类型空气电池的空气电极催化剂,其最大的优势在于原料丰富和成本低廉,因此具有非常广阔的应用前景。
MnO2有α、γ和δ等晶型,其合成方法主要有:高温固相反应、水热合成、电化学沉积和溶胶-凝胶法/共沉淀等[1]。
张一兵等[2]采用碱金属和碱金属的氯酸盐将Mn2+氧化制得MnO2,所得MnO2为γ-MnO2。
第34卷第6期化㊀学㊀研㊀究Vol.34㊀No.62023年11月CHEMICAL㊀RESEARCHNov.2023一锅法合成噁唑啉金属配合物研究进展罗㊀梅∗(合肥工业大学化学与化工学院,安徽合肥230009)收稿日期:2022⁃02⁃28作者简介:罗梅(1969-),女,副教授,研究方向为金属有机化学㊂∗通信作者,E⁃mail:luomei@pku.edu.cn摘㊀要:一锅法合成金属配合物是近年来金属有机化学研究的一个热点之一㊂在对国内外噁唑啉金属配合物的合成及应用进行大量文献调研基础上,综述了本课题组近年来用腈类与手性氨基醇作用,在不同物质的量的金属盐如氯化锌㊁乙酸铜和氯化钴等金属氯化物或金属乙酸盐作用下,一锅法一步合成系列噁唑啉金属配合物及应用研究进展㊂同时,对该方法在其他噁唑啉金属配合物合成及应用领域提出展望㊂关键词:一锅法;噁唑啉金属配合物;腈类;手性氨基醇;金属盐中图分类号:O627文献标志码:A文章编号:1008-1011(2023)06-0538-11Therecentprogressofone⁃potsynthesisofoxazolinylorganometalliccomplexesLUOMei∗SchoolofChemicalEngineering HefeiUniversityofTechnology Hefei230009 Anhui ChinaAbstract One⁃potsynthesisoforganometalliccomplexesisoneofthehotspotsinorganometallicchemistryinrecentyears.Basedonthefullofliteratureinvestigationsonthesynthesisandapplicationofoxazolinylcomplexes,wediscussedtheprogressonthesynthesisandapplicationsofoxazolinylligandsandaccordinglycomplexesinrecentyearswhichstartingfromtherawmaterialsnitrilesrefluxedwithchiralaminoalcoholsinonestepundertheactionofdifferentmolaramountsofmetalsaltssuchaszincchloride,copperacetateandcobaltchlorideandothermetalchloridesormetalacetates.Additionally,thetheoreticalcalculationofthiskindofreaction: one⁃potsynthesisoftheorganometalliccomplexes iscarriedoutbyGaussiansoftware,andareasonablereactionmechanismisputforward.Therefore,aseriesofcrystallineoxazolinylmetalcomplexeshavebeenreviewedindetail.Inaddition,thesynthesisofthesecomplexesissummarizedandtheprospectoftheirdevelopmentisalsoprospected.Keywords:one⁃pot;oxazolinylmetalcomplexes;nitriles;aminoalcohols;metalsalts1㊀噁唑啉金属配合物国内外研究进展噁唑啉金属配合物是近年来金属有机化学研究的热点之一㊂其合成方法是是由配体噁唑啉环中的C=N双键中的氮原子与过渡金属如锌㊁铜㊁钴㊁镍及锰或贵金属铂㊁钯等原子配位形成的配合物㊂其国内外研究现状及发展动态分析如下:1.1㊀噁唑啉配体合成方法的研究进展配体噁唑啉的合成始于1884年,后来许多著名有机化学家又相继研究了其他噁唑啉及衍生物的方法㊂如Pfaltz研究小组[1]于1990年研究了含C2对称轴的手性噁唑啉配体化合物,Apprel课题组[2]于1975年发展了一锅法合成噁唑啉环的合成方法,而在国内上海有机所麻生明院士团队[3]近年来也报道了噁唑啉的合成新方法㊂该合成方法常见的主要有以下几种[4-8]:1)酰氯和氨基醇直接缩合形成双羟酰胺,然后由羟酰胺关环生成双噁唑啉(见图1)㊂该方法使用多种关环试剂,如Me2MCl2(M:Sn㊁Si)㊁ZnCl2㊁BF3第6期罗㊀梅:一锅法合成噁唑啉金属配合物研究进展539㊀㊃Et2O㊁DAST等㊂图1㊀酰氯和氨基醇经两步反应合成双噁唑啉的路线图Fig.1㊀Synthesisofbi⁃oxazolinesfromthereactionacylchloridewithaminoalcohol2)直接由羧酸酯与氨基醇缩合形成双羟酰胺,然后进行关环合成双噁唑啉(见图2)㊂图2㊀羧酸酯和氨基醇合成双噁唑啉的路线图Fig.2㊀Synthsisofbi⁃oxazolinesfromthereactionofcarboxylicacidesterwithaminoalcohols3)第三种方法是由二氰类出发,在氯化锌催化下,与手性氨基醇反应,一步得到噁唑啉[9-12](见图3)㊂图3㊀腈类和氨基醇合成双噁唑啉的路线图Fig.3㊀Synthsisofbi⁃oxazolinesfromthereactionofnitrileswithaminoalcohols1.2㊀噁唑啉金属配合物的合成方法研究进展1)直接合成法配体噁唑啉直接与金属盐反应得到噁唑啉金属配合物,这是最经典的金属有机配合物的合成方法之一㊂从第一个金属配合物Zeise盐K[Pt(C2H4)Cl3]㊃H2O的出现到现在,是最通用的合成方法㊂关于一锅法合成化合物的报道已出现很多,但是三组分直接一锅法合成金属配合物的报道不多㊂大多数金属配合物的合成使用的是经典的合成方法,如国内的研究小组北京大学席振峰课题组[13]/张文雄课题组[13]/杨震课题组[14]/莫凡洋课题组[15]/王剑波课题组[15]/余志祥课题组[16]㊁上海有机所戴立信课题组[17]/刘桂霞㊁陆熙炎课题组[18]/麻生明课题组[19]/丁奎岭课题组[20]/马大为课题组[21]/唐勇课题组/谢作伟课题组[22]/侯雪龙课题组/吴云东[23]/施敏课题组[24]/游书力课题组[24]/陈耀峰课题组[25]/向丽课题组[26]㊁中科院大连化物所万伯顺课题组[27]㊁河南师范大学张晓鹏课题组[28]㊁浙江工业大学李传莹课题组[29]㊁郑州大学李霄鹏课题组[30]㊁山东大学史晓东课题组[31]㊁温州医科大学的吴戈课题组[32]㊁山东省医科学院的柴会宁课题组[33]㊁天津师范大学柳青湘课题组[34]㊁复旦大学金国新课题组[35]㊁周锡庚/张立新课题组[36]㊁中国科学技术大学王官武课题组[37]/王中夏课题组[38]/汪志勇课题组[39]/田仕凯课题组[40]/汪义丰课题组[41]㊁安徽师范大学王邵武课题组[42/商永嘉课题组[43]/周双六课题组[44]/朱先翠课题组[44]㊁安徽工程大学王芬华课题组[44]㊁南京大学陆红健课题组[45]/王新平课题组[46]㊁天津大学张志伟课题组[47]㊁东北师范大学潘玲课题组[48]㊁南京工业大学姜耀甲课题组[49]㊁重庆文理学院崔海磊课题组[50]等㊂他们的研究工作对金属有机配合物的合成及催化应用做出了一定的贡献,推动了金属有机化学的发展㊂2)一锅法一锅法合成噁唑啉金属配合物,是近年来出现的新型有机合成方法之一[51-53]㊂通常金属有机配合物的合成方法是先合成配体,再与金属盐作用合成金属配合物㊂但是,本项目组,由于意外得到系列噁唑啉过渡金属噁唑啉配合物,因此提出并建立了手性噁唑啉过渡金属配合物合成方法的体系㊂该合成方法理论可行,其反应通式如下(见图4):图4㊀噁唑啉过渡金属配合物合成反应通式图Fig.4㊀Generalreactionsyntheticroutetotheoxazolinyl⁃metalcomplexesfromthereactionofnitrileswithaminoalcohols540㊀化㊀学㊀研㊀究2023年三组分一锅法在有机反应中的应用,具体表现在合成手性噁唑啉过渡金属配合物的应用㊂这个课题的发现是这样的:由腈类出发,与手性氨基醇作用,在合成噁唑啉配体过程中,由于加入氯化锌的量过大,奇怪的是得到了一个不在预料中的配合物晶体,由此产生了灵感㊂更换不同的腈类化合物,调节不同的金属盐,由两步法直接变成一步法合成手性噁唑啉等过渡金属配合物㊂该合成方法具备原创性:虽然三组分一锅法合成有机合物早已被接受㊂但是,将其中一种组分变成金属盐,是近年来合成配合物的创新型方法之一㊂该类配合物的合成方法已相继被我们课题组报道[51-53]㊂该合成方法缩短了常规的两步法(先合成配体再合成配合物),仅用一步反应得到配合物,具备原创性㊂由于原料及产物均在高浓度的路易斯酸催化剂环境中,因此,产物的结构应该是出乎意料的化合物及配合物㊂金属盐作为三组分之一,同时又可用于催化两种有机原料㊂而且,本课题组将一锅法合成噁唑啉等胺类及金属配合物这个规律又用于其它有机反应[53]㊂因此,该研究有待于进一步深化,为开辟金属有机化学的新领域作出贡献㊂另外,该合成方法的出现是必然的㊂首先是腈类化合物与手性氨基醇作用合成手性配体噁唑啉,再与金属盐作用,一步合成噁唑啉金属配合物㊂但是,将金属盐作为另一种催化剂,不断的调节金属盐与配体原料的比例,必然会相继得到系列噁唑啉金属配合物㊂本课题组已合成的配合物如下(见图5㊁图6):a)氯化锌⁃噁唑啉配合物;b)过渡金属盐⁃水杨噁唑啉金属配合物㊂迄今为止,噁唑啉等金属配合物的合成,使用的仅是以邻羟基苯甲腈为原料合成相应的噁唑啉金属配合物,其他的腈类原料正在尝试㊂另外,该合成方法也可用于合成除噁唑啉以外的其他胺类金属配合物㊂例如,将苯乙胺与二水合氯化铜及二苯基二氯硅烷或六水合氯化钴及二苯基二氯硅烷分部反应,一锅法得到高产率的铜配合物及钴配合物㊂其合成路线如下(见图7)[53]:㊀第6期罗㊀梅:一锅法合成噁唑啉金属配合物研究进展541图5㊀一锅法合成氯化锌⁃噁唑啉配合物Fig.5㊀One⁃potsynthesisofoxazolinyl⁃ZnCl2complexes542㊀化㊀学㊀研㊀究2023年图6㊀一锅法合成过渡金属盐⁃水杨噁唑啉金属配合物的合成路线图Fig.6㊀One⁃potsynthesisofsalicyloxazolinecomplexes图7㊀一锅法合成其他胺类金属配合物Fig.7㊀One⁃potsynthesisofotheraminemetalcomplexes2㊀研究意义噁唑啉金属配合物是近年来金属有机化学研究的热点之一㊂其合成方法是由配体噁唑啉环中的C=N双键中的氮原子与过渡金属如锌㊁铜㊁钴㊁镍及锰或贵金属铂㊁钯等原子配位形成的配合物㊂其意义具体归纳为两个方面:2.1㊀可用于催化有机反应Bolm研究小组[54],上海交通大学张万斌团队[55]㊁贵州省中科院天然产物化学重点实验室潘卫东团队[56]等也相继报道并发展了系列噁唑啉的合成方法及不对称催化应用㊂如上海交通大学张万斌课题组于2014年对轴手性联苯膦⁃噁唑啉铱络合物催化的不对称氢化反应进行了深入的研究[55];河西学院的王俊科课题组研究了新型噁唑啉自组装手性催化剂的合成及其在不对称催化反应中的应用[57];浙江大学的江黎明课题组合成了手性聚(2⁃噁唑啉),并研究其在不对称有机催化反应中的应用[58]㊂北京化工大学的吴一弦课题组用可控/活性正离子聚合及设计合成了基于聚异丁烯及聚噁唑啉两亲性第6期罗㊀梅:一锅法合成噁唑啉金属配合物研究进展543㊀双接枝共聚物[59],四川大学的李瑞祥课题组也研究了氮膦功能化卡宾配体及其镍钯双金属配合物的合成与催化C-C偶联反应[60]㊂本课题组针对上述课题组国内外研究进展,进行了归纳总结,并举一些典型的例子具体阐述㊂常见的噁唑啉等金属配合物可作为催化剂,如德国的AyyaSwamy等[61]在2020年报道了手性铒卡宾噁唑啉催化剂直接㊁高效的催化还原酮类如4⁃氟苯乙酮㊁5⁃己烯⁃2⁃酮及2⁃甲基⁃1⁃4⁃酮,并得到较高产率及较好旋光纯度的醇类(最高可达93%ee值)(见图8)㊂图8㊀手性铒卡宾噁唑啉催化剂还原酮类如4⁃氟苯乙酮㊁5⁃己烯⁃2⁃酮及2⁃甲基⁃1⁃4⁃酮Fig.8㊀Reductionofketonesoverchiralerbiumcarbenoxazolinecatalysts㊀㊀国内大连化物所的余正坤课题组于2017年,设计了钌噁唑啉吡啶配合物,并研究了其在酮类化合物的氢化还原反应中的应用,最高催化效果达到99.9%[62](见图9)㊂Nikonov等[63]于2015年报道了用铁催化剂催化烯烃的不对称硅氢化反应研究,最高ee值为99%(见图10)㊂图9㊀手性噁唑啉铑金属配合物催化剂催化酮类与异丙醇的反应路线图Fig.9㊀Reactionofketoneswithisopropanolcatalyzedbychiraloxazolinerhodiummetalcomplexcatalyst图10㊀手性噁唑啉铁金属配合物催化剂催化烯烃的不对称硅氢化反应Fig.10㊀Asymmetrichydrosilylationofolefinscatalyzedbychiraloxazolineironmetalcomplexcatalysts544㊀化㊀学㊀研㊀究2023年㊀㊀从以上数据可以看出,噁唑啉等胺类金属配合物在许多有机反应中显示了较好的催化性能㊂2.2㊀噁唑啉类大分子金属配合物可作为抗癌药物㊀㊀癌症是严重危害人类健康的主要疾病之一㊂世界卫生组织曾披露癌症的发展趋势预计2015年发达国家死亡人数将近300万人,发展中国家人数为600万人,全年预计死亡人数达900万人㊂化疗是治疗癌症的重要手段㊂抗癌药是指抵抗癌症的药品㊂目前全球各国已批准上市的抗癌药物大约有130 150种㊂金属配合物作为抗癌药是当今和今后研究的热点之一㊂其中铂类络合物的研究始于六十年代,美国科学家Rosenberg在研究电磁场对微生物的效应时,偶然发现铂电极周围的培养液可抑制大肠杆菌的裂殖而不影响其生长[64]㊂在此启示下,1969年Rosenberg首先报道了铂类络合物的抗肿瘤作用,其中顺式二氯二氨铂以下简称顺铂对实验肿瘤的抑制作用最强㊂通过对顺铂的药理㊁毒理及作用机制的研究,发现顺铂的应用得到限制,但是结合与紫杉醇联合使用治疗癌症,可降低其毒性,已达到治疗效果㊂从而揭开了此类构型独特的抗癌药物发展的序幕㊂随后,各种不同类的高效㊁低毒的金属配合物相继被合成,如铂类抗癌药物㊁有机锡配合物㊁有机锗化合物㊁钯配合物㊁钌配合物㊁铜配合物㊁钛配合物等㊂如国内的湖南中医药大学陈懿课题组等设计了新型高稳定性环状有机铋配合物,并对其抗肿瘤性能进行了研究[65];西北大学的杨科武课题组研究了新型β⁃内膦酰胺与荧光β⁃内酰胺类的合成和对金属β⁃内酰胺酶及其耐药细菌的广谱抑制研究[66];河南大学李明雪课题组研究了杂环缩氨基硫脲及其金属配合物的合成,晶体结构和生物活性[67];陈训课题组以多个C-H键的接力官能团化策略,构建复杂异噁唑类活性分子并进行了抗肿瘤活性研究[68];江西师范大学陈军民课题组以钯催化碳氢键活化反应进行了合成磺胺类药物活性单元的研究[69];成都大学的马文博课题组也采用过渡金属钌催化C-H键官能化合成(氢化)氮杂卓类化合物并进行了初步药理活性研究[70]㊂目前,金属类抗癌药物虽为数众多,但用于临床的不多,存在不同的毒副作用,为了合成抗癌活性高,毒性低且没有耐药性的金属抗癌药物,人们开始打破传统抗癌药物顺铂结构的限制,开辟抗癌药物的新领域㊂关于本课题组一锅法已合成的铜配合物(I),其部分抗癌活性数据测试如表1所示,该配合物的医药用途于2019年已申请一项专利(申请号:2019109883703)[70],其结构式见图11㊂其抗癌活性在人体肺癌,肝癌及白血病等治疗效果比第一代抗癌药顺铂的药效要好,其分析研究结果见表1㊂图11㊀手性双水杨噁唑啉铜配合物Fig.11㊀Syntheticroutetothebis(oxazolines)coppercomplex表1㊀铜配合物(I)的抗癌活性数据Table1㊀CytotoxicityofcomplexesIagainsthumantumourcelllines.细胞系样品人肺癌细胞A549㊀IC50ʃSDμmol/L平均值标准差肝癌SMCC⁃7721(IC50ʃSD)μmol/L平均值标准差白血病HL⁃60(IC50ʃSDμmol/L平均值标准差铜配合物(I)3.50ʃ0.043.290.043.290.04顺铂23.55ʃ0.0912.410.304.500.11㊀㊀因此,在此基础上,本课题不仅将继续研究一锅法合成新型手性噁唑啉金属配合物,而且要开发其具有自主知识产权的手性催化剂及较高的抗癌活性药物分子,并寻找高效㊁选择性好的新有机化合物的合成方法㊂3㊀小结通过上述分析,一锅法合成噁唑啉大分子金属配合物,不仅应用前景广泛,而且合成的噁唑啉大分子配合物在医药㊁化工等领域具有良好的应用前景㊂第6期罗㊀梅:一锅法合成噁唑啉金属配合物研究进展545㊀因此,通过这种合成方法可以合成大分子配合物,能够极大地推动金属配合物在有机合成领域的发展㊂参考文献:[1]PFALTZA.DRURYWJⅢ.Designofchiralligandsforasymmetriccatalysis:fromC2⁃symmetricP,P⁃andN,N⁃ligandstostericallyandelectronicallynonsymmetricalP,N⁃ligands[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2004,101(16):5723⁃5726.[2]APPELR.Tertiaryphosphane/tetrachloromethane,aversatilereagentforchlorination,dehydration,andP-Nlinkage[J].AngewandteChemieInternationalEditioninEnglish,1975,14(12):801⁃811.[3]LUOHW,YANGZ,LINWL,etal.Acatalytichighlyenantioselectivealleneapproachtooxazolines[J].ChemicalScience,2018,9(7):1964⁃1969.[4]MEYERSAI,SLADEJ.Asymmetricadditionoforganometallicstochiralketooxazolines.Preparationofenantiomericallyenriched.alpha.⁃hydroxyacids[J].TheJournalofOrganicChemistry,1980,45(14):2785⁃2791.[5]VORBRÜGGENH,KROLIKIEWICZK.AsimplesynthesisofΔ2⁃oxazines,Δ2⁃oxazines,Δ2⁃thiazolinesand2⁃substitutedbenzoxazoles[J].Tetrahedron,1993,49(41):9353⁃9372.[6]CWIKA,HELLZ,HEGEDÜSA,etal.Asimplesynthesisof2⁃substitutedoxazolinesandoxazines[J].TetrahedronLetters,2002,43(22):3985⁃3987.[7]PANEKJS,MASSECE.Animprovedsynthesisof(4S,5S)⁃2⁃phenyl⁃4⁃(methoxycarbonyl)⁃5⁃isopropyloxazolinefrom(S)⁃phenylglycinol[J].TheJournalofOrganicChemistry,1998,63(7):2382⁃2384.[8]KAMAT,K,AGATAI,MEYERSA,etal.Anefficientandversatilemethodforthesynthesisofopticallyactive2⁃oxazolines:anacid⁃catalyzedcondensationoforthoesterswithaminoalcohols[J].TheJournalofOrganicChemistry,1998,63(9),3113⁃3116.[9]OUSSAIDB,BERLANJ,SOUFIAOUIM,etal.Improvedsynthesisofoxazolineundermicrowaveirradiation[J].SyntheticCommunications,1995,25(5),659⁃665.[10]BOLMC,WEICKHARDTK,ZEHNDERM,etal.Synthesisofopticallyactivebis(2⁃oxazolines):crystalstructureofa1,2⁃bis(2⁃oxazolinyl)benzeneZnCl2complex[J].ChemischeBerichte,1991,124(5),1173⁃1180.[11]SCHUMACHERDP,CLARKJE,MURPHYBL,etal.Anefficientsynthesisofflorfenicol[J].TheJournalofOrganicChemistry,1990,55(18):5291⁃5294.[12]BOWERJF,MARTINCJ,RAWSONDJ,etal.Diastereoselectiveconversionofsulfidesintosulfoxides.1,5⁃and1,6⁃asymmetricinduction[J].JournaloftheChemicalSociety,PerkinTransactions1,1996,(4),333⁃342.[13]GENGWZ,ZHANGWX,HAOW,etal.Cyclopentadiene⁃phosphine/palladium⁃catalyzedcleavageofC⁃Nbondsinsecondaryamines:synthesisofpyrroleandindolederivativesfromsecondaryaminesandalkenyloraryldibromides[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2012,134(50):20230⁃20233.[14]YUANHGONGJX,YANGZ.Stereoselectivesynthesisofoxabicyclo[2.2.1]heptenesviaatandemdirhodium(Ⅱ)⁃catalyzedtriazoledenitrogenationand[3+2]cycloaddition[J].OrganicLetters,2016,18(21):5500⁃5503.[15]QIUD,ZHENGZT,YANGMF,etal.Gold(III)⁃catalyzeddirectacetoxylationofareneswithlodobenzenediacetate[J].OrganicLetters,2011,13(19):4988⁃4991.[16]JIWZ,LICL,CHENH,etal.Anewlydesignedheterodieneanditsapplicationtoconstructsix⁃memberedheterocyclescontaininganN-Obond[J].ChemicalCommunications,2019,55(80):12012⁃12015.[17]HEH,LIUWB,DAILX,etal.Enantioselectivesynthesisof2,3⁃dihydro⁃1H⁃benzo[b]azepines:iridium⁃catalyzedtandemallylicvinylation/aminationreaction[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2010,49(8):1496⁃1499.[18]LIUGX,LUXY.CationicPalladiumcomplexcatalyzedhighlyenantioselectiveintramolecularadditionofarylboronicacidstoketones.aconvenientsynthesisofopticallyactivecycloalkanols[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2006,128(51):16504⁃16505.[19]LIQK,FUCL,MASM.Palladium⁃catalyzedasymmetricaminationofallenylphosphates:enantioselectivesynthesisofalleneswithanadditionalunsaturatedunit[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2014,53(25):6511⁃6514.[20]LIUJW,HANZB,WANGXM,etal.Highlyregio⁃andenantioselectivealkoxycarbonylativeaminationofterminalallenescatalyzedbyaspiroketal⁃baseddiphosphine/Pd(Ⅱ)complex[J].Journa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Raney Ni催化剂的制备及应用研究倪青伟;张金龙;冯林辉【摘要】Raney-Ni催化剂是一种十分重要的骨架型催化剂,由于其具有的高活性及高选择性,被广泛应用于有机反应.本文简述了Raney Ni催化剂的制备方法,阐述了铝镍合金晶体结构、第三金属、残余铝、活化条件和催化剂粒度对活性的影响,并对Raney Ni催化剂在氢化反应、脱硫、脱卤反应、硝基加氢反应、氨解反应等方面的应用作了概括说明.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(042)004【总页数】3页(P20-21,31)【关键词】铝镍合金;Raney Ni;催化剂;活性;应用【作者】倪青伟;张金龙;冯林辉【作者单位】南京化工职业技术学院,江苏南京210048;南京化工职业技术学院,江苏南京210048;南京化工职业技术学院,江苏南京210048【正文语种】中文【中图分类】TQ426.6Raney Ni是具有海绵状孔结构的镍铝合金催化剂,它以其价格低廉、活性高、工艺可控等优点,自1925年发明至今,已发展成一类用途广泛的催化剂。
Raney Ni既可用于不饱和烯、炔、芳烃、硝基、氰基、羰基等的催化加氢,甚至可用于具有不饱和键的高分子的氢化反应,也可用于饱和烃的氢解、异构、环化等;在环境治理方面,Raney Ni有望用于降解含酚废水制氢[1-2]。
生产Raney Ni所需的镍铝合金是通过在熔炉中将具有催化活性的金属镍和铝熔合,得到的熔体进行淬火冷却,然后粉碎成为均匀的细颗粒。
在合金组分的设计上,要考虑两个因素[3-4]。
一是合金中镍铝的组成比例,随着镍铝比例的变化,在淬火过程中会产生不同的镍/铝相,他们有着不同的浸出性能,这可能会导致最终产品有着截然不同的多孔结构。
通常采用相等质量的镍和铝进行熔合,产生富含Ni2 Al3和NiAl3的相。
二是加入第三种金属的比例。
在淬火过程中,有时会加入少量的第三种金属,如锌、铬、钛、钼等。
它们的加入改变了合金的组成和相图,导致了不同的浸出性能,从而带来了更高的催化活性,所以被称为“促进剂”。
双金属Ni-Co基析氧反应电催化剂研究进展秦欣妍;温佳丽;徐嘉乐;贺文迪;刘倩倩;于洲;高啸天【期刊名称】《南方能源建设》【年(卷),期】2022(9)4【摘要】[目的]能源消耗的持续增长和化石燃料燃烧带来的环保和能源安全问题已经引起世界各国的广泛关注。
因此,发展清洁能源生产技术已成为世界范围内的主要研究重点。
氢能具有无污染、比能密度高、资源丰富等特点,是最具潜力的传统化石燃料替代品之一。
电催化分解水被认为是最有希望的制氢方法,但阳极上的析氧反应动力学缓慢,能量转换效率低,是大规模制氢的主要瓶颈。
与稀有和昂贵的贵金属催化剂相比,镍-钴(Ni-Co)基电催化剂由于具有可调的电子结构、高导电性和低成本优势,有望在碱性溶液中实现卓越的OER活性和耐久性。
[方法]文章总结并讨论了在OER中Ni-Co基电催化剂的最新研究发展。
重点讨论了Ni-Co基电催化剂的设计和合成,以及在OER过程中提高其电催化性能的研究策略。
[结果]为了代替钌、铱等贵金属催化剂,研究者们对Ni-Co基非贵金属催化剂进行了大量研究。
包括氧化物、氢氧化物、合金、氮化物、硫化物、磷化物等在内的多种Ni-Co基催化剂通过化学结构的调控,从阳极角度提高了电催化制氢的活性。
但这些催化剂又分别面临不同的缺陷,有待进一步研究克服。
[结论]开发具有高OER活性的非贵金属催化剂是降低电解水制氢成本,促进氢能产业发展的重要途径。
虽然仍有一些技术问题尚未解决限制了Ni-Co基催化剂替代贵金属催化剂,但作为重要的贵金属催化剂替代品,Ni-Co基催化剂的研究为新型催化剂的开发提供了重要选择。
【总页数】8页(P135-142)【作者】秦欣妍;温佳丽;徐嘉乐;贺文迪;刘倩倩;于洲;高啸天【作者单位】沈阳师范大学化学化工学院;中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ116.2;TQ426【相关文献】1.CH4/CO 2重整反应中Ni-Co双金属催化剂的研究进展2.铱基催化剂在酸性析氧反应中的研究进展3.金属-有机框架原位转化合成无定形Fe基双金属氢氧化物催化剂催化析氧反应性能4.高效析氧反应双金属催化剂FeCo-MOF的制备及性能研究5.泡沫镍原位负载双金属AlCo层状双氢氧化物纳米催化剂高效电催化析氧反应因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
镍系双金属和手性修饰镍系双金属纳米材料的制备及其在苯乙
酮电羧化中的应用研究
近几十年来,人们在工业生产及生活中排放的CO<sub>2</sub>越来越多,导致了“温室效应”逐渐加剧。
因此,如何减少和利用CO<sub>2</sub>一直都受到人们的极大关注。
电化学催化合成作为一种固定和利用CO<sub>2</sub>的方法之一,因其条件简单温和且方便而具有极大的发展潜力。
传统不对称催化合成一直以高收率和高选择性等优势成为手性化合物的主要合成方法。
但是,由于传统不对称催化合成是一种均相催化合成,而在均相体系中普遍存在着溶液中的催化剂难以分离、回收以及反应条件苛刻等主要问题,因而使得传统不对称催化合成的成本较高,难以应用于工业生产。
这使得电化学不对称催化合成开始受到人们的关注,尤其是在结合固定和利用CO<sub>2</sub>这一研究后,使得电化学不对称羧化成为绿色化学领域具有很大前景的研究方向。
电化学不对称羧化属于非均相催化合成,在非均相催化合成中最重要的部分则是使用高催化性能的催化剂。
所以寻找一种具有优异的催化性能的催化剂是电化学不对称羧化中重要的研究内容。
近些年,因为双金属纳米材料可以利用两种不同金属之间的协同效应(包括电子效应和几何效应)来提高材料的催化性能,所以在催化领域得到了广泛的应用。
本论文则通过探索研究一种简单温和的方法制备镍系及其手性修饰双金属纳米材料,并将其用于苯乙酮的不对称电羧化反应中,从而研究其催化性能。
主要研究内容如下:(1)镍银双金属纳米材料的制备及其应用于苯乙酮不对称电羧化的研究探索了一种简单温和的水热法,利用廉价易得的过渡金属盐制备
了Ni/Ag、Ni/Cu和Ni/Fe等镍系双金属纳米材料,而且可以通过改变投料比制备得到相应的不同金属摩尔比的双金属纳米材料。
通过XRD、SEM和SEM-EDX等表征分析了双金属材料的组成结构、表面形貌以及元素分布。
利用这些材料制备相应的电极用于催化苯乙酮不对称电羧化反应。
通过考察优化不同双金属纳米材料电极、手性诱导剂的种类和用量、电解电量和电流密度以及温度等条件,发现在最优的反应条件下,当辛可尼定(CD)作为手性诱导剂时,利用Ni/Ag 5/3双金属纳米材料催化苯乙酮不对称电羧化反应得到的产物R-2-羟基-2-苯基丙酸(阿卓乳酸)的产率和光学活性(ee值)最高。
(2)酒石酸修饰镍系双金属纳米材料的制备及其应用于苯乙酮不对称电羧化的研究将酒石酸修饰到镍系双金属纳米材料上制备得到一种手性修饰的纳米复合材料。
通过XRD和SEM表征证明酒石酸修饰后不会对复合材料的组成结构和表面形貌产生影响。
通过FT-IR和TGA表征证明酒石酸成功的修饰在双金属纳米材料上。
然后,通过紫外分光光度法对复合材料中酒石酸的修饰量进行测定。
最后,将手性修饰的复合材料应用于苯乙酮的不对称电羧化反应中,研究了不同构型酒石酸修饰的双金属纳米复合材料的催化性能,并且还考察了复合材料的重复使用性。