中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学与材料科学学院的曾杰教授团队和国家同步辐射实验室鲍骏教授团队合作，通过精准的氧化刻蚀，调控钯铂合金的形貌和组分，设计并构筑出了超立方体框架结构催化剂，其在氢氧燃料电池阴极反应中表现出高活性和高稳定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”为题发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。该研究团队受三维立方体向四维超立方体演变的启发，将钯铂均匀合金立方体进行氧化刻蚀，通过精准调控钯原子的去除和余下钯原子与铂原子的重排，得到钯铂合金超立方体框架结构（图 1）。此外，通过调节初始立方体中钯、铂两种元素的比例，还可以得到八足体和立方框架结构。在氢氧燃料电池阴极催化测试中，立方框架结构、超立方体结构和八足体结构的单位质量活性分别达到了商用铂碳催化剂的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方体结构催化剂还表现出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和优异的性能稳定性。密度泛函理论计算表明超立方体表面晶面的氧吸附能最接近于理论最优值，这一趋势与实际测试的氧还原活性顺序相一致。这种新的超立方体框架催化剂设计理念为今后相关电催化剂的设计提供了新的思路。

成果描述：目前硝酸工业生产中氨氧化过程通常采用的铂网催化剂，具有选择性高、使用寿命长、可回收再生等优点。但铂在高温下易生成挥发性的PtO2造成铂耗，是硝酸工业中除原料费用外的最大成本消耗，成为硝酸行业发展的瓶颈。将铂负载于载体上形成高分散的铂催化剂，可在提高铂催化剂的活性和增大催化剂比表面积的基础上降低铂的用量，是一条可能的解决硝酸行业瓶颈问题的途径。本成果利用光催化过程将铂负载于光催化剂如二氧化钛表面形成负载型催化剂，从而实现单质金属活性组分低用量高分散的负载，是一种可有效提高贵金属催化活性降低贵金属用量的方法。通过光催化法制备的Pt/TiO2催化剂，活化后可在二氧化钛表面形成厚度为3 nm左右的铂金属薄膜。150-250 μm的Pt/TiO2催化剂，其铂负载量为0.2 gPt/ gTiO2，比表面积可以达4.422 m2/ g。以该催化剂催化氨氧化反应，能有效的降低反应温度，氨转化率在600~700 oC即可达100 %，低于目前硝酸工业中氨氧化反应温度800~ 900 oC，也低于PtO2升华温度850 oC。该催化剂经400 h连续反应，其铂载量及催化活性均无降低，是一种可靠的氨氧化催化剂，具有工业应用前景。市场前景分析：化工市场。与同类成果相比的优势分析：1：铂负载量为0.2 gPt/ gTiO2，比表面积可以达4.422 m2/ g； 2：反应温度区间为600~700 oC，氨转化率可达100 %； 3：连续反应400小时以上，催化剂性能无变化

1 成果简介长期以来我国制盐行业对资源的利用主要集中在制盐方面，而对于制盐副产物的综合利用及深加工方面重视不足。制盐中副产的苦卤(氯化镁含量高达百分之十以上)利用率小于20%，不但造成资源的严重浪费，而且破坏了周边地区的生态平衡。我国目前盐化工行业对镁资源利用十分薄弱，仅有少部分镁盐被用来生产廉价的六水氯化镁（ 300~400 元/吨）和七水硫酸镁（ 500~600 元/吨），其余大部分闲置在海盐区。因此镁资源的高度利用直接关系到含盐资源（海水、盐湖、地下卤水等）的可持续开发。 在镁系产品中，阻燃型氢氧化镁由于国内外市场潜力很大而独具魅力。随着塑料工业的快速发展，对阻燃型热塑性高聚物的需求与日俱增，对阻燃剂的需求特别是对无毒、抑烟、热稳定性高的氢氧化镁阻燃剂的需求将更为迫切。氢氧化镁阻燃剂可用于各种复合材料如电线、电缆、家电、建材，尤其适合与加工温度较高的 PP、 PA、 POM 等聚合物配合使用。 我国从 80 年代后期开始进行氢氧化镁的研究与开发， 1998 年不同规格氢氧化镁总生产能力约为 1.0~1.2 万吨/年，但绝大部分产品性能较差，表现为形状不规则，粒径分布宽，纯度低，比表面积偏大，团聚现象明显，限制了氢氧化镁阻燃剂的工业应用。2 应用说明清华大学近年来一直致力于氢氧化镁阻燃剂的研究与开发，经过多年努力，现已开发出氢氧化镁阻燃剂的常温合成-水热改性技术，产品性能指标达到国际同类企业的标准。该项技术以制盐行业副产的氯化镁为主要原料， 产品附加值高（保守售价 10000 元/吨）。现已完成千吨级工业中试并通过青海省鉴定。3 技术指标形貌：六方片状；粒径： 0.2~1.5 微米；纯度： ³97 %（ 视原料纯度而定）；比表面积： 小于 25m2/g 。图 1 我系研制的氢氧化镁阻燃剂产品                        图 2 日本的氢氧化镁阻燃剂产品（ 1.5~2 万元/吨）4 效益分析按年产 2000 吨规模计，成本:约 5000 元/吨， 售价： 10000 元/吨， 年创产值（万元）：2000´10000¸10000=2000， 年创利税（万元）： 2000´(10000-5000)¸10000=1000。

本发明提供一种制备氢氧化镍材料的方法，包括以下步骤：按照摩尔比1-2∶1-6∶0.01-0.125配制硫酸镍、尿素和松香基表面活性剂的反应混合物，将该反应混合物加入到溶剂中，所述反应混合物与溶剂的比例为1∶15-40，搅拌均匀得到反应液，其中所述溶剂选自去离子水和乙醇中的一种；将所述反应液放入高压反应釜中，控制反应温度为180-220℃，反应时间4-18小时，反应后，经过冷却、洗涤、干燥，得到形貌为凹片状的氢氧化镍材料。

项目成果/简介:本发明提供一种制备氢氧化镍材料的方法，包括以下步骤：按照摩尔比1-2∶1-6∶0.01-0.125配制硫酸镍、尿素和松香基表面活性剂的反应混合物，将该反应混合物加入到溶剂中，所述反应混合物与溶剂的比例为1∶15-40，搅拌均匀得到反应液，其中所述溶剂选自去离子水和乙醇中的一种；将所述反应液放入高压反应釜中，控制反应温度为180-220℃，反应时间4-18小时，反应后，经过冷却、洗涤、干燥，得到形貌为凹片状的氢氧化镍材料。

轻质碳酸镁，轻质氧化镁，阻燃剂型氢氧化镁等镁盐系列产品是重要的无机盐产品，不仅用途广泛，而且用量很大，是当前备受重视的商业产品之一。过去生产这些产品一般是以制盐业后的苦卤水及纯碱或碳铵为原料生产，由于原材料价格较高，生产能力受到成本的限制，为满足市场的需要，一些科研人员和生产商家们开始研究以白云石为原料来生产这些产品，经过几年的努力攻关，已经开发成立了多级碳化法，由白云石来制备轻质碳酸镁等镁系列产品。产品主要用于橡胶，陶瓷，耐火材料，耐火坩埚，油漆，造纸，医药，玻璃，染料，塑料，日用化妆品，无机新型阻燃剂氢氧化镁大量用于橡胶，塑料生产中，它们还用于现代工业中作为高效排烟脱硫剂广泛使用，作为阻燃剂使用，氢氧化镁具有降低，抑烟阻燃等多种功能，而受到用户的欢迎。上述产品由于原料来源方便，价格低廉，生产中无或低“三废”排放，产品用途广泛，用量大，应用功效高等特点，因而具有十分美好的应用前景。

该催化剂属专利技术，适用于在20~25℃条件下处理含酚废水和焦化废水。 含酚废水是一种对人类危害十分严重而又普遍存在的工业废水，酚类化合物，可使蛋白质凝固，对人类、水产生物及农作物都有极大危害。钢铁工业、煤气化工业中的炼焦工艺是以煤为原料，在隔绝空气条件下将煤加热到960~1000℃，得到焦碳和一些化工产品，同时，在生产过程中产生大量难以生物降解的芳香族有机化合物、杂环及多环化合物，且酚含量较高，处理比较困难，这些污染物如果未经处理或处理不当随废水排放，将对水体产生严重污染。寻找高效、经济、环境友好的处理方法一直是含酚废水处理领域的研究热点。 含酚废水处理目前常用的方法有：生化法、Feton试剂氧化法、催化湿式氧化法等。华中科技大学环境科学与工程学院提到（华中科技大学学报22(2005，4)79~81）生化法对焦化废水进行处理，处理后水的酚、氰含量基本达标，但生化处理后的废水色度仍然很高，含有大量难降解有机物，其COD不能达到国家排放标准，在不改变主体生化法工艺的情况下，还需要对生化系统的外排水进行深度处理。Fenton试剂是Fe2+和H2O2的组合（Chem. Soc．65(1894)899~9lo），在酸性（2.5~4.0）条件下Fe2+能有效地催化H2O2产生OH—，OH— 具有极强的氧化能力，它可将有机污染物在短时间内氧化降解。由于Fe2+是溶解在溶液中的，Fe2+难与反应介质分离回收，易流失和引起二次污染。催化湿式氧化法是八十年代国际上发展起来的一种处理高浓度难生物降解有机废水的处理技术（U S 4699720,1987）。它是在反应釜中，在催化剂作用下，于高温高压条件下用氧气或空气直接将污水中的有机物氧化成CO2、H2O等无害物，以达到净化的目的。至今有多种过渡金属氧化物被认为对湿式氧化有催化活性，大连化学物理研究所的杜鸿章、房廉清等人在（水处理技术23(1997，2)83-87）提到的贵金属系列催化剂的活性高、寿命长，是催化湿式氧化法较有效的催化剂，但由于该方法所用的催化剂价格昂贵，污水处理所用的设备成本高，使其应用受到极大限制。 技术内容： 主要解决的技术问题是：提出一种价格低廉，可回收的，在20~25℃条件下处理含酚污水简便易行的催化剂。 活性炭载氧化铁催化剂，其组分和含量为： 氧化铁重量百分比含量为1.0~10.0％，活性炭重量百分比含量为90.0~99.0％。 活性炭载氧化铁催化剂处理含酚废水的方法： 取含酚废水或焦化废水100mL放入250mL锥型瓶中，加入制备好的氧化铁重量百分比含量为1.0％的活性炭载氧化铁催化剂1.5g，调节溶液pH=5．0，于20-25℃搅拌20~30min，过滤，滤液即为处理过的含酚废水。用氧化铁重量百分比含量为2.0％或5.0％的活性炭载氧化铁催化剂处理含酚废水，具有与氧化铁重量百分比含量为1.0％的活性炭载氧化铁催化剂同样的效果。 与现有技术相比所具有的优点： 活性炭载氧化铁催化剂制备方法简便易行，价格低廉，可回收，在20~25℃条件下处理含酚污水简便易行。活性炭载氧化铁催化剂的制备是以三氯化铁(FeCl3)和活性炭为原料，将铁氧化物载到活性炭上，催化剂制备方法简便、价格低廉、稳定性好、易于回收、催化活性高。用该催化剂处理含酚废水，可在pH=5.0的弱酸性条件下，在20~25℃的室温条件下直接进行，不需要加热，大大地节约了能源，活性炭载氧化铁催化剂可直接处理污水，不需要加H2O2或通O2，易于操作，反应条件温和，处理成本低廉，COD能达到国家排放标准(<150mg/L)，COD去除率高，可达到94％以上。

简介：本发明公开一种氧化镁模板协同氢氧化钾活化制备多孔炭材料的方法，属于炭材料与微波化学技术领域。该方法是以煤沥青为碳源，纳米氧化镁为模板，氢氧化钾为活化剂，三者研磨后的混合物转移至刚玉坩埚中，置于微波反应器内进行一步微波加热活化，制得电化学电容器用多孔炭材料，所得多孔炭材料比表面积介于439-1394m2/g之间，总孔容介于0.23-0.94cm3/g之间，平均孔径介于1.95-3.36nm之间，非微孔孔容占总孔容的比例介于26.1-86.2%之间，多孔炭产率介于37.8-84.9%之间。本发明方法具有快速和节能的优点，制得的多孔炭作为电化学电容器电极材料，具有很好的稳定性和优异的综合性能。

元素是构成生物的最主要元素之一。尽管大气中氮气的含量高达78[%]，但是氮气的活化十分困难。目前工业上广泛采用Haber�Bosch法将氮气还原成氨气，然而这一过程需要在高温高压下进行，因此能耗高。据统计，每年用于合成氨的能耗超过全球年能耗的1[%]。光/电催化固氮是合成氨的一种新途径，能够在常温常压下实现氮气的还原，因此引起了广泛关注。核心问题就是寻找和设计高效、稳定、低廉的催化剂。目前，高效的固氮催化剂主要是基于过渡金属（TM）化合物，而关于非金属催化剂的报道很少。这是由于过渡金属中空的d轨道和占据d电子的共存，既能够容纳氮气分子中N原子的孤电子对，又能够提供电子到氮气分子的反键轨道，从而活化N≡N三键、增强N‒TM键。通过分析硼原子的核外电子结构，王金兰教授团队发现sp3杂化的硼原子与过渡金属类似，也同时具有空轨道和占据轨道，因此有望用于氮气的活化与还原。通过结构、性能等多方面的分析，他们最终选择g-C3N4作为衬底来负载sp3­杂化的硼原子，设计了首个不含金属的单原子催化剂，B/g-C3N4。理论计算表明，B/g-C3N4可以在极低的起始电位(0.20 V)下，通过酶促机理有效地将氮气还原为氨气。此外，硼的修饰可以显著增强g-C3N4的可见光吸收，因此有望实现太阳能驱动的固氮反应。此外，该催化剂也具有很大的合成前景以及极高的稳定性。