1 1.中国石油大学(华东) 新能源学院, 青岛 266580
2 2.山东能源集团有限公司新能源事业部, 济宁 273500
3 3.西安交通大学 材料科学与工程学院, 西安 710049
碳材料以其低成本、良好的化学稳定性和热稳定性等优异特性被广泛应用于各种催化反应中。本研究利用来源广泛的天然脱脂棉为原材料, 通过原位气相掺杂的方法制备了N掺杂、B掺杂、BN共掺杂的生物质碳材料, 并将其应用在丙烷直接脱氢制丙烯反应中。研究发现, 与未掺杂的生物质碳相比, 杂原子掺杂的生物质碳均表现出更高的丙烷转化率和丙烯选择性, 而且N、B单独掺杂的生物质碳材料催化性能优于BN共掺杂的生物质碳材料, 其中N掺杂的生物质碳具有最优催化性能: 在600 ℃反应温度下, 丙烷转化率达到17.6%, 总烯烃收率达14.8%, 且经过12 h的脱氢反应后, 催化剂性能无明显的衰减。通过对这些碳材料的化学结构和催化性能的对比分析, 发现N掺杂和B掺杂使得碳材料表面的大量C-O基团转变为具有丙烷脱氢活性的C=O基团, 抑制反应过程中的C-C键断裂, 从而提高目标产物丙烯的选择性。生物质碳材料成本低廉且来源广泛, 以其作为催化剂可以极大地推动丙烷脱氢工业的发展。
生物质碳 杂原子掺杂 直接脱氢 丙烷 丙烯 biochar heteroatom-doping direct dehydrogenation propane propylene
太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构，再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒，获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌，利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明，通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时，在300 mA/g的电流密度下，其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g，是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料。
生物质碳 Mg2+模板法 多孔碳化棉 负极材料 锂离子电池 biomass carbon Mg2+ template method porous carbonized cotton SnO2 SnO2 anode material lithium-ion battery
北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室, 北京100875
近年来, 生物质碳(biochar)作为新型吸附剂被广泛研究。 但由于制备biochar的生物质原料和热解温度的不同, 使biochar的结构和组成存在差异, 从而影响其对污染物的吸附。 目前关于biochar的结构和组成的研究还不够全面。 因此, 结合了能谱与光谱分析的手段, 对biochar的结构和组成进行了深入的分析。 选取木质类(柳树枝条)和草类(水稻秸秆)作为原料, 分别在不同热解温度(300, 450和600 ℃)下制得biochars, 并对biochars样品进行元素分析、 X射线光电子能谱分析(XPS)和固态13C核磁共振(13C NMR)研究, 以阐明不同热解温度和生物质来源的biochars的结构和组成。 结果显示: biochar的H/C, O/C和(O+N)/C的比值随着热解温度的升高而降低;草类biochar比木质类biochar具有更高的灰分含量和表面极性;木质类biochar的矿物主要分布在样品颗粒内部, 其表面被有机质覆盖, 而草类biochar部分矿物暴露在样品颗粒表面;13C NMR显示低温制得的biochar主要由芳香碳、 脂肪碳、 羧基和羰基碳组成, 高温制得的biochar主要由芳香碳组成, 且低温制得biochars中, 木质类biochars比草类biochars含有更高的木质素的残留碳结构, 这是由于木质类biochars原材料中含有更高的木质素。
生物质碳 元素分析 X射线光电子能谱 固态13C核磁共振 Biochar Elemental analysis X-ray photoelectron spectroscopy 13C nuclear magnetic resonance 光谱学与光谱分析
2014, 34(12): 3415
