氮掺杂提升碳纳米管钌催化剂活性
氮掺杂碳材料的制备及其在催化领域中的应用
氮掺杂碳材料的制备及其在催化领域中的应用一、本文概述氮掺杂碳材料作为一种新型碳材料，因其独特的结构和性质，在催化领域展现出广阔的应用前景。
本文将对氮掺杂碳材料的制备方法进行详细介绍，包括物理法、化学法以及新兴的模板法等。
本文还将探讨氮掺杂碳材料在催化领域中的应用，如燃料电池、电解水、有机催化等。
通过对氮掺杂碳材料制备方法的深入研究和应用实例的分析，旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考，推动氮掺杂碳材料在催化领域的进一步发展。
二、氮掺杂碳材料的制备方法氮掺杂碳材料的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及物理化学结合法等。
这些方法的选择主要基于掺杂氮的种类、数量以及所需的碳材料结构。
物理法：物理法通常涉及高温处理含氮气体（如氨气、氮气等）与碳材料的过程。
在这个过程中，含氮气体在高温下与碳材料发生反应，从而实现氮的掺杂。
物理法的优点在于操作简单，易于实现大规模生产。
然而，由于氮的掺杂程度较低，且难以精确控制，因此物理法的应用受到一定限制。
化学法：化学法通常是通过化学反应将含氮前驱体引入碳材料中。
常用的含氮前驱体包括尿素、氨水、双氰胺等。
这些前驱体在适当的条件下与碳材料发生反应，生成氮掺杂的碳材料。
化学法的优点在于可以精确控制氮的掺杂量和种类，且掺杂程度较高。
然而，化学法通常需要较高的反应温度和较长的反应时间，且可能产生一些副产物，影响最终产品的性能。
物理化学结合法：为了克服物理法和化学法的缺点，研究者们提出了物理化学结合法。
这种方法结合了物理法和化学法的优点，既可以在较高温度下实现氮的高效掺杂，又可以精确控制氮的掺杂量和种类。
常用的物理化学结合法包括等离子体处理、水热法等。
这些方法不仅可以提高氮掺杂碳材料的性能，还可以实现大规模生产。
氮掺杂碳材料的制备方法多种多样，选择合适的制备方法需要根据具体的应用需求和掺杂要求来确定。
随着科技的不断进步，相信未来会有更多新颖、高效的制备方法被开发出来，推动氮掺杂碳材料在催化领域的应用更加广泛和深入。
碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用
(54)发明名称碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用(57)摘要本发明提供了一种碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用，该制备方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将固体成分在煅烧，制得碳纳米管催化剂。
该方法制得的碳纳米管催化剂，可以利用可见光‑芬顿协同氧化，实现光生电子和空穴的高效分离，有效提高光催化剂的可见光利用率和催化活性，而且便于回收和循环使用。
C N 115555042 A1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，在650‑750℃下煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将所述氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热至180‑220℃，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将所述固体成分在280‑320℃煅烧，制得所述碳纳米管催化剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述氮源包括三聚氰胺和尿素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机醇包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和正戊醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：获得所述氮掺杂碳纳米管煅烧时，在氮气或惰性气体气氛下煅烧，煅烧内升温速度为5‑10℃/min，煅烧时间为0.9‑1.1h。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：对所述固体成分干燥时，采用真空干燥箱在60‑70℃下干燥11‑13h。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述固体成分煅烧时间为2.9‑3.1h。
氮掺杂对碳材料性能的影响研究进展
化工进展 2016年第35卷·830·由图7可以看出，剂油质量比对焦化蜡油脱氮效果影响显著，对精制油收率的影响不大。
当剂油质量比为1∶2时，脱氮率为64.46%。
当剂油质量比为1∶4时，脱氮率达到最大为88.04%。
剂油质量比增大，增加了吸附剂的量，也增加了吸附剂上磷钨酸活性位点，即增加了焦化蜡油中碱性氮化物与吸附剂酸活性位的接触机会，使脱除的碱性氮化物增多，脱氮率逐渐升高。
剂油比继续增大时，脱氮率逐渐下降，这可能是由于剂油比逐渐增大，增加了焦化蜡油中烃类与负载型磷钨酸活性位点接触机会，与吸附剂上碱性氮化物的吸附产生竞争吸附，使单位吸附剂上氮化物的吸附量相应减少，脱氮率下降。
因此，最佳脱氮率的剂油质量比为1∶4。
3 结论本研究进行了负载型杂多酸吸附剂脱除焦化蜡油中碱性氮化物的实验，得出如下结论。
（1）实验用硅胶负载杂多酸制备吸附剂，负载型磷钨酸吸附剂的红外光谱图表明，硅胶成功负载了Keggin型磷钨酸。
氮气吸附-脱附等温线表明，吸附剂有介孔材料的特征，都具有介孔孔道，表明负载型磷钨酸吸附剂是一种理想的脱氮吸附剂。
（2）实验用非加氢处理方法的吸附脱氮法脱除焦化蜡油中碱性氮化物，得到了焦化蜡油脱氮的最佳工艺条件。
以活化硅胶负载磷钨酸作为吸附剂、磷钨酸负载质量分数为40%、吸附温度为50℃、吸附时间为50min、剂油质量比为1∶4的条件下，焦化蜡油中的碱性氮化物的脱除率为89.07%，收率为95.54%。
吸附脱氮法操作简单，效果明显，吸附剂可有效脱除焦化蜡油中的碱性氮化物。
参考文献[1] 马丽娜，马守涛，刘丽莹，等. 焦化蜡油络合脱氮-催化裂化组合工艺研究[J]. 石油与天然气化工，2011，4（6）：571-573. [2] 温世昌，周亚松，魏强. 焦化蜡油中含氮化合物的加氢反应性能[J]. 石油学报（石油加工），2008，24（5）：496-502.[3] 陈文艺，栾锡林，关毅达. 我国焦化蜡油的组成和特性[J]. 石油化工，2000（8）：607-612.[4] 袁起民，王屹亮，山红红，等. 焦化蜡油催化裂化产物氮分布的研究[J]. 燃料化学学报，2007，35（3）：375-379.[5] 徐晓宇，孙悦，沈健，等. HY和USY分子筛对模拟油品中碱性氮化物的吸附行为[J]. 化工进展，2014，33（4）：1035-1040. [6] SONG C S. An overview of new approaches to deep desulfurizationfor ultra-clean gasoline，diesel fuel and jet fuel[J]. Catalysts Today，2003，86 ：211-263.[7] 张海燕，代跃利，蔡蕾. 杂多酸催化剂催化氧化脱硫研究进展[J].化工进展，2013，32（4）：809-815.[8] 丁巍，王鼎聪，赵德智，等. 纳米自组装催化剂金属分散度对催化活性的影响[J]. 现代化工，2014，34（5）：113-116.[9] 于光林，周亚松，魏强，等. 辽河焦化蜡油中碱性氮化物的脱除[J]. 化工进展，2011，30（s1）：104-106.[10] BAUSERMAN J W，NGUYEN K M，MUSHRUSH G W. Nitrogencompound determination and distribution in three source fuels byGC/MS[J]. Petroleum Science and Technology，2004，22（11/12）：1491-1505.[11] 廖爱玲. 2018年全国车用汽油全部达到国5标准[J]. 中国石油和化工标准与质量，2013（16）：2.[12] 孙敬军，修彭浩，从日明，等. 焦化蜡油活化树脂吸附脱氮及反应性能的研究[J]. 石油与天然气化工，2014，43（3）：234-240. [13] YADAY G D，MISTRY C K. Oxidation of benzyl alcohol under asynergism of phase transfer catalysis and heterpolyacids[J]. Journal ofMolecular Catalysis A：Chemical，2001，172（1/2）：135-149. [14] WANG J，ZHU H O. Alkylation of l-dodecene with benzene overH3PW12O40 supported on mesoporous silica SBA-15[J]. CatalysisLetters，2004，93（3/4）：209-212.[15] 张海燕，代跃利，蔡蕾. 杂多酸催化剂催化氧化脱硫研究进展[J].化工进展，2013，32（4）：809-815.[16] 于海云. 负载型杂多酸催化剂的制备、表征及催化性能研究[D].通辽：内蒙古民族大学，2012：1-7.[17] STAITI P，FRENI S，HOCEV AR S，et al. Synthesis andcharacterization of proton-conducting materials containing dodecatungstophosphoric and dodecatungstosilic acid supported onsilica[J]. Journal of Power Sources，1999，79（2）：250-255. [18] 陈霄榕，李永丹. SiO2与Keggin杂多酸相互作用的研究[J]. 分子催化，2002，16（1）：60-64.[19] 冯锡兰，彭慧慧，柳云骐，等. 负载型杂多酸催化甲苯异丙基化反应[J]. 化工进展，2014，33（12）：3263-3269.[20] 付辉，李会鹏，赵华，等. WO3-ZSM-5/MCM-41用于FCC汽油催化氧化脱硫工艺研究[J]. 精细石油化工，2013，30（6）：19-22.2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·831·化工进展氮掺杂对碳材料性能的影响研究进展张德懿，雷龙艳，尚永花（兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州 730050）摘要：碳材料是目前研究和应用最为广泛的一类无机非金属材料。
氮掺杂的碳基纳米酶
氮掺杂的碳基纳米酶
氮掺杂的碳基纳米酶是一种具有催化活性的纳米材料，其结构主要由碳原子和氮原子构成。
它们被设计用作生物催化剂，模仿天然酶的功能，具有高效催化活性和良好的稳定性。
氮掺杂的碳基纳米酶通常是通过合成方法来制备的，其中常用的方法包括碳化剂热解法、化学气相沉积法和水热法等。
在制备过程中，氮源被引入到碳材料中，与碳原子形成氮掺杂位点，从而赋予纳米酶催化活性。
这些氮掺杂的碳基纳米酶在生物催化反应中展现出许多优点。
首先，它们具有较高的表面积和可调控的孔隙结构，提供了更多的催化活性位点和较大的反应表面积。
其次，氮掺杂可以调整纳米酶的电子结构，增强其对底物的吸附和电子转移能力，从而提高催化效率。
此外，氮掺杂还可以增强纳米酶的化学稳定性和抗氧化性能。
氮掺杂的碳基纳米酶被广泛应用于许多生物催化反应中，如氧还原反应、电解水制氢、有机物催化转化等。
它们显示出与天然酶类似甚至更好的催化性能，为开发高效、环保的催化系统提供了新的可能性。
此外，由于其良好的生物相容性，氮掺杂的碳基纳米酶还具有潜在的生物医学应用，如药物传递、癌症治疗等领域。
氮掺杂的碳基纳米酶仍然是一个活跃的研究领域，尚需进一步的研究和探索，以实现其在实际应用中的广泛应用。
氮掺杂_质子传输_电催化co2还原为乙醇_概述说明
氮掺杂质子传输电催化co2还原为乙醇概述说明1. 引言1.1 概述随着人们对环境问题的关注不断增加，开发高效而环保的可再生能源成为了全球研究的热点。
其中，二氧化碳（CO2）的有效利用尤为重要，因为它既是一种主要的温室气体，也是一种丰富的资源。
建立可持续发展的碳循环经济体系，并将CO2转化为更高价值化合物成为实现这一目标的关键步骤。
本文聚焦于电催化CO2还原为乙醇这一技术，并重点探讨了氮掺杂和质子传输在此过程中发挥的作用。
通过对研究现状进行概述和说明，在揭示相关机理的基础上，旨在为今后的研究和开发提供有益参考。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先，在引言部分给出了文章整体概况和目录。
其次，将详细阐述氮掺杂和质子传输两个主题，并介绍它们对电催化CO2还原反应中催化性能的影响。
最后，通过总结主要发现及观点回顾，对未来研究的展望与建议。
1.3 目的本文的核心目标在于探究氮掺杂和质子传输如何影响电催化CO2还原为乙醇。
通过说明氮掺杂和质子传输的定义、原理和相关技术，并综述CO2还原反应机理以及催化剂选择与优化策略；最后介绍氮掺杂质子传输的作用机制并阐明其在CO2还原中的应用，旨在全面了解这两个关键因素对催化性能的调控作用。
以上是“1. 引言”部分的详细内容，接下来将依次完成文中其他部分的撰写。
2. 氮掺杂2.1 定义与原理氮掺杂指的是将氮原子引入材料中，通过替代或夹杂等方式，以改变其电子结构和表面性质。
氮来源可以是氨气、尿素等含有气态或溶液中的氮化合物。
在材料中加入氮原子后，可以引入额外的能级，并且调节电荷分布和禁带宽度。
这些改变对于催化过程具有重要作用，并且对电催化CO2还原反应具有特殊影响。
2.2 氮掺杂的方法与技术目前常用的氮掺杂方法包括热处理、辐照、浸渍、离子注入和溶胶-凝胶法等。
其中，热处理是最常见和有效的方法之一。
通过在高温条件下将含有氨基团或其他含氮化合物的材料进行退火处理，可以实现将氮原子掺入晶格中。
氮掺杂碳纳米管
氮掺杂碳纳米管
氮掺杂碳纳米管是一种新型的纳米材料，具有优异的物理和化学性质，其应用前景广阔。
本文将从氮掺杂碳纳米管的制备、性质和应用方面进行介绍，希望对读者有所启发。
首先，氮掺杂碳纳米管的制备方法多种多样，可以通过化学气相沉积、化学气相沉积-电弧放电、电化学氧化还原、溶胶凝胶法等多种方法制备。
其中，化学气相沉积方法制备出来的氮掺杂碳纳米管具有尺寸均一、晶格结构完整的特点。
其次，氮掺杂碳纳米管的性质也非常出色。
由于氮原子的掺杂会导致碳纳米管的电子结构发生改变，使得氮掺杂碳纳米管具有比纯碳纳米管更优异的电催化活性、电化学性能、光催化性能、导电性、机械强度等性质。
因此，氮掺杂碳纳米管可以广泛应用于能源转换、催化反应、电子器件、生物医学等领域。
最后，氮掺杂碳纳米管的应用前景非常广阔。
在能源转换方面，氮掺杂碳纳米管可以作为光催化材料用于制备高效的太阳能电池和水分解催化剂，作为电催化材料用于制备高性能的燃料电池和电化学超级电容器。
在催化反应方面，氮掺杂碳纳米管可以作为催化剂用于制备高效的有机合成和环境治理。
在电子器件方面，氮掺杂碳纳米管可以作为高性能的导电材料用于制备柔性电子器件。
在生物医学方面，氮掺杂碳纳米管可以作为纳米药物载体、光热治疗剂和分子成像探针用于癌症治疗和分子诊断。
总之，氮掺杂碳纳米管是一种非常有前途的纳米材料，其制备、性质和应用方面都有着广泛而深远的研究价值和实际应用意义。
我们相信，在未来的科技进步和人类文明进程中，氮掺杂碳纳米管将会发挥越来越重要的作用。
氮掺杂碳纳米管的第一原理研究
氮掺杂碳纳米管的第一原理研究氮掺杂碳纳米管（N-doped carbon nanotubes）是一种具有很好应用潜力的纳米材料。
通过在碳纳米管中引入氮原子，可以调控其物理和化学性质，进一步拓展其在催化、电化学和吸附分离等领域的应用。
因此，对氮掺杂碳纳米管的第一原理研究具有重要意义。
首先，氮掺杂能够改变碳纳米管的电子结构。
由于氮原子的电负性比碳原子更大，氮掺杂可引入额外的电子，从而改变碳纳米管的导电性质。
通过第一原理计算，可以计算出氮掺杂碳纳米管的电子能带结构、能带间隙和电子密度分布等参数，进一步揭示氮掺杂的机理。
其次，氮原子掺杂还可以调控碳纳米管的催化活性。
实验证实，氮掺杂碳纳米管在电化学催化、氧还原反应和二氧化碳还原等方面展现出优异的催化活性。
通过第一原理计算，可以研究氮掺杂碳纳米管表面的活性位点、吸附能和反应路径等，以加深对其催化机理的理解，并为进一步的催化剂设计提供理论指导。
此外，氮掺杂也能够影响碳纳米管的吸附分离性能。
通过掺杂不同形式的氮原子，可以调控碳纳米管表面的亲疏水性，进而影响其对不同分子的吸附分离性能。
第一原理计算可以计算出氮掺杂碳纳米管与特定分子之间的相互作用能、吸附位点和吸附能等参数，从而评估其吸附分离性能。
最后，氮掺杂还可以增强碳纳米管的力学性能和化学稳定性。
通过掺杂适量的氮原子，碳纳米管的力学性能可以得到明显改善。
第一原理计算可以研究氮掺杂对碳纳米管的力学性质和稳定性的影响，以了解氮掺杂对碳纳米管材料强度和稳定性的增强机理。
综上所述，氮掺杂碳纳米管的第一原理研究能够深入理解氮掺杂的机理、催化活性、吸附分离性能和力学性能等方面的改善。
基于第一原理计算结果，可以为氮掺杂碳纳米管的应用提供理论指导，并为掺杂其他杂原子的纳米材料研究提供借鉴和参考。
氮掺杂的碳纳米管分子式
氮掺杂的碳纳米管分子式
氮掺杂的碳纳米管分子式是N-CNT。
碳纳米管是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料。
通过在碳纳米管结构中引入氮原子，可以改变碳纳米管的电子结构和化学性质，进一步拓展其应用领域。
氮掺杂可以通过不同的方法实现，如氨气化学气相沉积、氮气等离子体处理、热解过程中与氮源共存等。
氮原子与碳原子的结合方式可以分为氮化碳和氮酸碳两种形式。
氮化碳是指氮原子取代了碳纳米管的碳原子，可以通过控制氮掺杂的浓度和位置来调控碳纳米管的电学性能。
氮酸碳是指氮原子与碳原子之间形成的化学键连接，可以增加碳纳米管的导电性能和电催化活性。
氮掺杂的碳纳米管具有许多优异性能和应用潜力。
首先，氮掺杂可以调节碳纳米管的电子结构，使其在能带结构和导电性能上有所改善。
其次，氮原子的引入可以增加碳纳米管的活性位点，提高其催化活性，从而应用于电催化、光催化、电化学传感等领域。
此外，氮掺杂还可以增加碳纳米管的化学反应活性，如在氮掺杂的碳纳米管上进行催化反应、吸附等。
总之，氮掺杂的碳纳米管是一种具有潜力的纳米材料，其分子式为N-CNT。
通过氮掺杂可以调控碳纳米管的电子结构和化学性质，进一步增强其性能和拓展其应用领域。
这为碳纳米管在能源、光电子、催化等领域的应用提供了新的可能性。
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氮掺杂提升碳纳米管钌催化剂活性
2016-06-05 14:02来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
氮掺杂提升碳纳米管钌
催化剂活性
最近研究发现,杂原子如N等的引入可进一步调变CNTs的结构,尤其是电子结构.Czerw等通过理论计算其局域态密度发现,本为半导体的锯齿碳纳米管(17,0)
经过掺杂吡啶型N以后呈现金属特性;Amadou等通过测量pH值计算等电点的办法发现,N的掺杂使得CNTs等电点变大,表明其具有弱碱性.研究表明,N的掺杂使CNTs
负载的催化剂上肉桂醛加氢、氨分解和甲醇氧化等反应性能有所提高.这些作者认为, 由于氮掺杂的碳纳米管中增强的π键和N原子的供电子作用以及丰富的结构缺陷, 促进了催化剂粒子分布均匀.
合成氨是最重要的工业反应之一,碳负载的Ru系催化剂被认为是继铁之后的第二代氨合成催化剂. 由于Ru催化合成氨反应涉及N2分子解离吸附, 具有较高的电子密度和导电能力的催化剂有利于N2的解离吸附, 从而提高反应活
性.Liang等报道CNTs担载的Ru基催化剂活性明显高于传统活性炭负载的催化剂, 他们将其归因于CNTs具有良好的石墨化程度和高导电性. 碱金属如K等的添加因其供电子作用进一步提高了Ru催化合成氨反应性能。
Guo等发现, 位于CNTs管外壁的Ru粒子因受其修饰作用, Ru表面的电子密度相对高于负载在管腔内的, 因而其催化合成氨反应的活性更高. 由于N掺杂CNTs具有良好的导电性能和N原子的供电子作用, 可能会促进合成氨反应。
中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室包信和小组
以乙腈为碳源和氮源, 采用化学气相沉积法制备了氮掺杂的碳纳米管. 电子显微镜观察表明, 样品形貌为中空的多壁纳米管, 管腔大小10~15 nm, 壁厚10~20 nm. X 射线光电子能谱结果表明, 氮已掺杂到碳纳米管结构中, 主要以吡啶型氮和取代型氮存在. 结合X射线衍射和拉曼光谱结果发现, 随着制备温度的升高, 氮掺杂量减少, 但纳米管的石墨化程度提高. 与未掺杂碳纳米管相比, 氮掺杂碳纳米管负载的Ru催化剂上催化合成氨反应活性增加, 于650℃制得的掺氮碳纳米管负载的Ru催化剂活性相对最高, 这可能是由于载体中氮掺杂和管壁石墨化的综合作用所致。