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无金属催化剂的单室微生物燃料电池
本发明涉及一种燃料电池,旨在提供一种无金属催化剂的单室微生物燃料电池。该电池包括电池壳体、阴极、阳极,其电解液为充装于电池壳体内的含有有机物的水,所述阳极为由钛丝和活性炭纤维缠绕制成的钛芯碳纤维刷;所述阴极为两面分别涂覆了扩散层和催化层的碳布或不锈钢网,扩散层与空气接触,催化层与电解液接触。本发明的阴极由多层扩散层和催化层构成,降低水的蒸发流失,提高了电极的稳定性。阴极一侧直接面对空气,氧气直接扩散到达阴极催化表面,无需外加供气装置和动力,大大降低了运行成本和稳定性。阴极催化材料是来源广泛、价格低廉的活性炭,不含任何金属催化剂,大大降低构造成本。具有结构简单、成本低、易于扩大化的特点。
浙江大学
2021-04-11
模拟酶催化增强的纳米金暗场免疫组化新方法
纳米金由于具有独特的光学性质和表面生物分子偶联能力以及新发现的模拟酶功能，而在生物医学检测中有重要的应用价值。将特异性抗体偶联在金纳米颗粒上构建纳米探针，可以特异地标记肿瘤细胞，一方面可以利用其模拟酶特性进行显色和显微镜读片，用来有效替代传统的天然酶标记显色技术；另一方面，可以利用纳米金暗场成像的功能，通过暗场显微镜读片，从而省略了酶底物显色的步骤和成本，同时可以突破前一种技术只能定性判读的局限性，实现基于暗场光散射图像分析的定量检测，使得定量免疫组化检测成为可能。经过多年研发与攻关，我们已经成功实现针对恶性淋巴瘤的特异标记及双模式检测（模拟酶明场显色和暗场成像）技术建立，实现针对临床乳腺癌Her2检测的模拟酶增强暗场免疫组化定量判读，建立了定量判读图像分析软件，完成临床病例检测120例，检测灵敏性优于95%，特异性优于90%，对推动临床定量免疫组化技术及实现更精准的病理诊断具有重要意义。
东南大学
2021-04-10
中南大学刘小鹤团队在廉价电催化材料领域取得系列进展
该团队制备了一种负载氧化镍(NiO)纳米晶粒的聚合物氮化碳(g-C3N4, CN)二维纳米片新材料，通过构建具有金属性的Ni-N键形成高导电界面，大幅提高了催化效率，该策略拓展至其他的过渡金属氧化物(Co3O4、Fe2O3、CuO等)也获得了成功。同时，该团队还开发了过渡金属基层状蛇纹石结构的纳米催化剂，进一步实现高效电催化。通过设计合成不同比例的Co、Ni基蛇纹石CoxNi3-xGe2O5(OH)4纳米片，调节材料的电子能带结构和导电特性，有效加快了催化效率，在碱性和中性条件下均表现出比传统过渡金属氢氧化物和商业RuO2更优异的催化活性和稳定性。 此外，该团队以二维金属-有机框架（2D MOF）纳米片为前驱体制备了新型二维复合纳米催化剂。通过引入吡啶作为抑制剂，借助溶剂热反应和热处理制备了氮原子掺杂的Ni-Ni3S2@碳复合纳米催化剂，大幅度提高了催化性能，为二维金属-金属硫化物@碳多元复合材料的合成提供了新的思路。
中南大学
2021-02-01
电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法
近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学物理系曾杰教授、周仕明副教授研究团队发展出了一套利用电化学沉积制备单原子催化剂的普适性方法，利用该方法研究人员成功制备出了34种单原子催化剂，覆盖了多种过渡金属和多种衬底。相关成果发表在《自然·通讯》上。发展对衬底和金属无选择性的普适性单原子合成方法具有重要意义。研究人员在电化学三电极体系下进行电化学沉积，并通过阴极沉积和阳极沉积获得了两种Ir1/Co(OH)2单原子催化剂。此外，研究人员又探究了沉积条件（前驱体浓度、沉积圈数和沉积速率）对单原子形成的影响，发现当金属的负载量低于某一限度时，可以获得单原子；高于这一限度时则有金属团簇或颗粒形成，这一变化类似于液相中晶体生长中的成核过程（图1）。电化学沉积制备单原子的机理研究。(a)阴极沉积示意图；(b)阳极沉积示意图；(c)在阴极沉积中，前驱体浓度、沉积量和单原子形成的关系；(d)在阳极沉积中，前驱体浓度、沉积量和单原子形成的关系。为了证明该方法的普适性，研究人员又在氢氧化钴、硫化钼、氧化锰、氮掺杂的碳等衬底上成功获得覆盖3d、4d、5d金属的单原子催化剂，并且对所制备的单原子催化剂的结构表征后发现，阴极和阳极沉积获得的同一单原子催化剂具有不同的电子结构，这为其在不同催化反应中的应用提供了可能。研究人员还对所得单原子催化剂在电催化水分解反应中的性能进行了探究。实验结果表明，阴极沉积所得的一些催化剂在电催化析氢反应中表现出了优异的性能，同时，阳极沉积所得的一些催化剂在电催化析氧反应中也表现出了良好的性能。该制备单原子催化剂的普适性方法不仅为单原子催化领域注入了新的活力，而且为今后系统性研究催化剂结构和性能之间的关系提供了新的思路。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14917-6.pdf详细阅读：http://news.ustc.edu.cn/2020/0313/c15884a414545/page.htm
中国科学技术大学
2021-04-10
催化吹脱-吸附法处理高浓度酚氨废水的应用研究
"本项目主要是针对高浓度氨氮废水处理过程中存在氨氮处理效果差，处理效率低、氨氮吹脱过程中能耗较大、粗氨气吸附提纯过程中高温对于吸附材料的影响和水蒸气对于吸附过程的影响、回收产品（氨水或硫酸铵）纯度不高等技术问题。 本项目以高浓酚氨废水为处理对象，采用“催化吹脱-树脂吸附”技术，通过“高效催化”、“低温吹脱”、“强化吸附”等技术手段，同步实现氨氮高效吹脱、分离、提纯，从而实现酚氨废水的深度脱氨，实现氨氮的强化去除、高效回收和提纯精制，减少后续生化单元处理规模和运行成本，同时保障了回收产品的纯度，实现资源回用，具有很好的市场推广价值。"
南京大学
2021-04-10
高活性固体酸催化高酸值油脂制备生物柴油的绿色合成工艺
成果描述：生物柴油是一种极具应用前景的生物质洁净能源，世界各国都极其重视其发展，并在政策和税收等方面给予了极大的扶持。由于需以精制后的动植物油为原料，其生产成本过高而导致生物柴油的推广应用受阻。若以煎炸费油、地沟油等为原料制备生物柴油，则可以大大降低生产成本。但由于煎炸废油、地沟油等原料的酸值很高，必须经过硫酸催化预酯化降低酸值后，才能采用传统的碱催化酯交换方法制备生物柴油。这个工艺同时存在着硫酸对反应器的腐蚀、大量含酸废水排放污染水环境、催化剂与产物分离困难、催化剂不可重复使用等弊端。采用非均相固体酸催化剂则可以克服这些问题，并且是一种绿色环保的工艺。 采用酸改性的固体酸催化剂，对高酸值棕榈油酯化反应制备生物柴油表现出很好的催化活性。固体酸在醇油比9:1、催化剂用量7 wt%、65 oC条件下，催化棕榈油的甲酯化反应时间2 h，产物的甲酯含量和甲酯收率分别可达96.3%和93.2%。制备了有添加剂的SZMN型固体酸，对脂肪酸的酯化反应表现出高活性和高稳定性。在65 °C、醇酸比9/1、催化剂用量10 wt.%、反应时间4h，油酸转化率可达98.5%。最优反应条件下，SZMN固体酸在重复使用6次后认可保持约96%的油酸转化率。市场前景分析：该项技术可应用于生物柴油生产企业，尤其适用于从低成本高酸值油脂原料（如煎炸废油、地沟油、棕榈油等）生产生物柴油。使用该项技术，可以降低用于处理含酸、碱废水的成本，使生产过程更容易达到环评要求。与同类成果相比的优势分析：催化剂活性评价： 65 °C、醇酸比9:1、催化剂用量7~10 wt.%、反应时间2~4h，脂肪酸转化率 > 90 %。 催化剂稳定性评价： 65 °C、醇酸比9:1、催化剂用量7~10 wt.%、反应时间2~4h，重复使用6次，仍可保持 > 90 %的脂肪酸转化率。 国内先进。
四川大学
2021-04-10
金属卟啉仿生催化氧化合成含氧有机化学品
含氧有机产品如己内酯、环氧环己烷均是重要的有机合成中间体。己内酯主要用于合成聚己内酯和与 其它酯类共聚或共混改性，其中聚己内酯具有独特的生物相容性、降解性以及良好的渗透性，在环保和医 用材料方面具有广泛的应用。环氧环己烷开环反应可制备大量中间体，是合成盐酸苯海索、农药三环锡、 克螨特、1,2-环己二醇、聚碳酸酯等的重要原料，广泛应用于医药、农药、固化剂、增塑剂等领域。由于 己内酯和环氧环己烷的合成存在生产的安全性和产品的稳定性等方面的难题，因此其合成技术难度大，目 前只有美、英、日等国的很少几家公司在生产，而我国主要依靠进口。 仿生催化氧化技术就是模拟血红素的活性中心结构，通过设计合成与酶结构相似的化合物，模拟与酶 催化反应相似的反应历程，实现温和条件下的催化氧化过程。本技术以氧气为氧化剂，以类酶结构的化合 物为催化剂，实现在温和条件下环己酮、环己烯高选择性氧化制得己内酯和环氧环己烷的仿生催化工艺。 本技术成果已申请国家发明专利，是我国拥有自主知识产权的制备己内酯和环氧环己烷新工艺，目前正处 在中试阶段。本技术成果填补了目前氧气氧化环己酮、环己烯制备己内酯和环氧环己烷的国内外技术空白。
中山大学
2021-04-10
中南大学刘小鹤团队在廉价电催化材料领域取得系列进展
项目成果/简介:该团队制备了一种负载氧化镍(NiO)纳米晶粒的聚合物氮化碳(g-C3N4, CN)二维纳米片新材料，通过构建具有金属性的Ni-N键形成高导电界面，大幅提高了催化效率，该策略拓展至其他的过渡金属氧化物(Co3O4、Fe2O3、CuO等)也获得了成功。同时，该团队还开发了过渡金属基层状蛇纹石结构的纳米催化剂，进一步实现高效电催化。通过设计合成不同比例的Co、Ni基蛇纹石CoxNi3-xGe2O5(OH)4纳米片，调节材料的电子能带结构和导电特性，有效加快了催化效率，在碱性和中性条件下均表现出比传统过渡金属氢氧化物和商业RuO2更优异的催化活性和稳定性。 此外，该团队以二维金属-有机框架（2D MOF）纳米片为前驱体制备了新型二维复合纳米催化剂。通过引入吡啶作为抑制剂，借助溶剂热反应和热处理制备了氮原子掺杂的Ni-Ni3S2@碳复合纳米催化剂，大幅度提高了催化性能，为二维金属-金属硫化物@碳多元复合材料的合成提供了新的思路。
中南大学
2021-04-10
二氧化碳电还原反应高效催化材料的研究
本研究设计并合成了无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒，将其应用于二氧化碳电还原反应中 （图 1 ） 。 该研究工作首先通过溶剂热法制备了 AgBiS 2 纳米棒，并将其在空气中煅烧处理，得到了组成为 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的双金属硫氧复合物纳米棒。在进一步电化学还原预处理后，该复合物被转化为无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒。这种新型二氧化碳电还原催化剂在仅有 450 mV 的过电位下，实现了高达 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分电流密度。通过与 AgBiS 2 、 Bi 硫氧复合物及 Bi 2 S 3 参比样品进行对比，发现在电化学还原预处理过程中，金属硫化物中的 -2 价硫会转化为 H 2 S 并离开电极表面，只有金属硫氧复合物中被氧化为 +6 价的硫能保留在催化剂中。后续实验表明 ，这一部分硫能促进水的解离，而甲酸形成过程中所需的 H + 正是来自于 H 2 O 。因此，甲酸的生成被极大程度地促进。另一方面， Ag-Bi-S-O 修饰 Bi 0 纳米颗粒中的 Ag ，有利于电荷在电极中传递，提高了催化剂的电流密度。在过电位为 450 mV 时，更大的电流密度可以提高阴极附近的局域 pH ，而更大的局域 pH 能进一步提升硫促进水解离的效用，同时抑制氢析出反应的发生。因此，无定型 Ag-Bi-S-O 修饰的 Bi 0 纳米颗粒可以在极低的过电位下将二氧化碳高活性、高选择性地转化为甲酸。
北京大学
2021-04-11
一种非金属碳材料催化剂及其制备方法和应用
本发明涉及一种催化剂领域，具体涉及一种非金属碳材料催化剂的制备方法和应用。其特征是通过将柠檬酸与伯胺盐酸盐混合溶解于水中，并在 160-200℃反应 2 分钟-4 小时得到，该类碳材料目前也被称为碳量子点。此材料可用于亚甲基蓝的还原降解，以治理染料废水。 技术特点：本发明克服了现有传统的金属催化剂的缺点，突破了传统必须有金属参与才能用于实现染料催化降解的瓶颈，所用原料 得，价格便宜，易于大量的生产和工业推广，催化效率与报道的金属 纳米材料的催化能力相当，无需光照，降解速度快，常温下即可实施，具备良好
兰州大学
2021-01-12