管状g-C3N4/ZnIn2S4纳米片异质结通过促进电荷分离实现高效光催化合成H2O2(英文)

过氧化氢(H₂O₂)是一种环保的活性氧和重要的绿色氧化剂.然而,到目前为止,实现高效和绿色可持续H₂O₂生产仍然面临挑战.本文中,我们展示了管状氮化碳(TCN)和ZnIn₂S₄ (ZIS)纳米片(TCN/ZIS)异质结的光催化产H₂O ₂性能:3小时内H₂O ₂的生产速率为2.77 mmol g^-1h^-1,分别为单独的TCN和ZIS的3.4倍和23.1倍.实验结果表明,TCN/ZIS异质结优异的光催化活性主要源于ZIS促进了电荷分离从而通过将O₂还原为·O₂^-,然后生成H₂O₂来实现质子耦合电子转移过程.该工作提出了一种高效、绿色的H₂O₂生产策略,对环境修复具有重要科学意义...     

3D花状MoS2/O-g-C3N4 Z型异质结增强光催化剂降解双酚A

光催化降解是一种很有应用前景的污染物处理方法。采用溶剂热法制备了3D/2D二硫化钼负载氧掺杂石墨相氮化碳(MoS₂/O-g-C₃N₄)复合材料,通过XRD、XPS、SEM、TEM、FTIR和PL等表征了MoS₂与O-g-C₃N₄之间Z型异质结的成功构建。在模拟太阳光下,当MoS₂的负载量为0.2%时,MoS₂/O-g-C₃N₄的光催化活性最高,双酚A (BPA)的降解率为92.6%,是纯g-C₃N₄的7倍。此外,MoS₂和O-g-C₃N₄之间界面的紧密接触和相互的协同效应,显著增强了光催化反应活性位点和可见光吸收能力,有效提高了光生载流子的分离。根据液相质谱联用仪(LC-MS)和自由基捕获实验,提出了0.2%MoS₂/O-g-C_3...     

多级孔Ti-MOFs负载超细Pd纳米颗粒实现高效光热CO2还原(英文)

设计钛基金属有机骨架(MOF)实现高效光催化CO₂还原具有重要意义但仍极具挑战.本文发展了一种新的一步原位水蚀刻方法制备超细Pd纳米颗粒/多级孔Ti-MOFs高效光催化剂,其中水刻蚀在形成多级孔结构的同时也为Pd的锚定提供了丰富位点,进而在光还原的作用下一步实现Pd纳米颗粒在MOFs表面和内部的负载.得益于多级孔结构和超细Pd颗粒负载,Pd/hMUV-10在350℃光照下的CO产率高达65.9 mmol g^-1 h^-1,比目前最先进的MOF基催化剂高出约两个数量级,并超过大多数已报道的无机半导体基催化剂.在200℃相对温和的条件下,CO的产率也达到3.36 mmol g^-1 h^-1.在350℃的连续循环测试中,催化剂活性几乎没有衰减.理论计算表明,Pd负载可增强对CO₂的吸附和降低CO₂还原能垒,从而实现高效光热CO₂还原.本文所报道的Pd/hMUV-10催化剂有望在工业CO₂捕获和转化中得...     

MoS2/Sb2S3复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过一步水热法制备出MoS₂/Sb₂S₃可见光复合催化剂,采用XRD、SEM、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）和XPS表征手段对MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B（RhB）作为目标污染物进行降解实验。与纯Sb₂S₃和MoS₂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂对RhB的光催化降解具有更高的效率,表现出优异的吸附性能和光催化性能。同时在相同的实验条件下,与TiO₂、Bi₂S₃、C₃N₄、Sb₂S₃等催化剂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂表现出更为优异的光催化性能。此外,探究了MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂光催化降解机制,阐述了光催化反应机制,提供了一种适用于降解较高浓度有机废水的光催化剂制备方法,具有一定的应用价值。      

Freestanding nanosheets of 1T-2H hybrid MoS2 as electrodes for efficient sodium storage

Molybdenum disulfide(MoS₂) is a promising electrode material for sodium-ion batteries as it offers a large capacity through a distinct conversion reaction.However,the electrochemical potential of MoS₂ is often restrained by the poor conductivity as the dominant 2 H phase is a semiconductor while the metallic1 T phase is thermodynamically unstable.In this work,we report a hybrid design and material preparation of freestanding nanosheets of MoS₂ composed of both 1 T and 2 H phases based on mild hydrothermal reaction.The introduction of the metallic 1 T-MoS₂ phase into 2 H-MoS₂ and their intimate hybridization enable a significant improvement in electronic conductivity,while the freestanding architecture avoids possible electrochemical aggregation.When used as electrodes for sodium storage,such a hybrid MoS₂ affords a high capacity of~500 mA h g^-1 at 0.5 A g^-1 after 300 cycles,and retains capacity of~200 mA h g^-1 at a high current rate of 4 A g^-1,thus demonstrating their potential in high-performance battery applications.     

Ru单原子负载g-C3N4催化剂的制备及其光催化固氮性能研究

采用固相原位还原法成功合成了负载钌(Ru)单原子的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)催化剂。研究结果表明,Ru以单原子形式分散在g-C₃N₄材料表面上,Ru的负载使g-C₃N₄的3-s-三嗪单元结构的有序度降低,通过傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)测试分析可知催化剂中含有氰基,氰基导致了分子结构缺陷。Ru和氰基均为电子受体,可加速光生电子的转移并作为催化活性位点。负载Ru单原子后,g-C₃N₄的光吸收范围变宽,光吸收强度增强,使得Ru单原子负载g-C₃N₄具有良好的光催化活性,光催化固氮效率高达113.23μg·g^-1 cat·h-1,是单相g-C₃N₄催化剂的2.7倍。同时,Ru原子负载的g-C₃N₄还显示出很好的稳定性,经5次循环实验后光催化固氮效率仍能维持在106.75μg·g^-1 cat·h^-1。此外,通过光致发光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等表征手段探究了Ru单原子g-C₃N₄的光催化固氮机理,其中氮气、超纯水和光照是使催化剂发挥光催化固氮作用的必要条件。     

NH2-UiO-66/PyPD-COF异质结构筑及高效光催化产氢

有机框架化合物因分子水平结构可控、大的比表面积、高孔隙率、分散的化学活性位点以及良好稳定性等优点,在光催化解水制氢方面具有较大的应用潜力。采用溶剂热法,在共价有机框架PyPD-COF的合成过程中引入金属有机框架NH₂-UiO-66,原位形成NH₂-UiO-66/PyPD-COF异质结。通过TEM、EDS、XPS、FTIR、UV-Vis和光电流测试分析,光催化性能测试等手段对样品进行表征,构筑的NH₂-UiO-66/PyPD-COF异质结不仅可以保留原始MOF及COF组分的优良特性,还可在异质界面形成键连,利于促进界面间电荷迁移,降低电子-空穴复合率,提升光催化产氢效率至20.68 mmol·h^-1·g^-1,分别为原始NH₂-UiO-66和PyPD-COF的86倍和3倍。同时,界面处的共价键键连使得复合样品具有良好的制氢稳定性,这为构筑高效光催化分解水产氢异质结光催化剂提供了一种新的策略。     

Ru(bpy)32+-sensitized{001}facets LiCoO2 nanosheets catalyzed CO2 reduction reaction with 100% carbonaceous products

Photosensitized heterogeneous CO₂ reduction(PHCR)has emerged as a promising means to convert CO₂ into valuable chemicals,however,challenged by the relatively low carbonaceous product selectivity caused by the competing hydrogen evolution reaction(HER).Here,we report a PHCR system that couples Ru(bpy)32+photosensitizer with{001}faceted LiCoO₂ nanosheets photocatalyst to simultaneously yield 21.2 and 722μmol·g^-1·h^-1 of CO,and 4.42 and 108μmol·g^-1·h^-1 of CH4 under the visible light and the simulated sunlight irradiations,respectively,with completely suppressed HER.The experimental and theoretical studies reveal that the favored CO₂ adsorption on the exposed Li sites on{001}faceted LiCoO₂ surface is responsible for the completely suppressed HER.     

吡啶功能化的亚胺类共价有机框架材料在光合成H2O2中的潜在活性(英文)

探究氧还原反应(ORR)进行的位点是了解和提高亚胺类共价有机框架(COFs)材料光催化H₂O₂演化活性的关键.然而,与亚胺COFs中其他具有亲电或光捕获能力的基团相比,亚胺键在光化学反应中的作用往往被忽视.因此,本文提出了一种通过在亚胺键周围引入电子受体结构(吡啶单元)来激发亚胺潜在光反应性的策略,以增强亚胺在光催化ORR制备H₂O₂的动力学和热力学优势.实验和理论模拟结果表明,吡啶N的引入显著改善了TAPT-PA-COF中由弱电荷离域引起的光谱吸收和载流子分离的不足,并在TAPT-PDA-COF上表现出全光谱吸收和快速电荷转移特性.同时,吡啶N与亚胺N原子共同作为活性位点可提高O₂吸附和活化,增强光生电子在TAPT-PDA-COF表面与反应物分子间的转移.在可见光照射下,TAPT-PDA-COF的H₂O₂产率高达706.2μmol g^-1 h^-1,约为TAPT-PA-COF (372.7μ...     

Pd纳米颗粒协同氧空位增强TiO2光催化CO2还原性能

针对TiO₂表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO₂还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题,研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO₂纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析,探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明,Pd-Ov-TNB的CO₂还原活性强,产物中CH₄、C₂H₆和C₂H₄的产率分别为40.8、32.09和3.09μmol·g^-1·h^-1,碳氢化合物的选择性高达84.52%,在C-C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度,为CO₂还原反应提供了更多的活性位点,并加速载流子的分离传输。同时,氧空位增强了光生电荷的表面积累,为CO₂还原提...     

MoS2@TiO2/CNFs复合材料活化PMS快速去除有机污染物的研究

MoS₂能否高效激发过硫酸盐(PMS)产生高氧化性的过硫酸根基，很大程度上取决于MoS₂纳米片上活性边缘的数量。将MoS₂纳米片垂直生长在TiO₂基底上，能够充分暴露MoS₂的活性位点。通过静电纺丝、碳化和水热法成功地在TiO₂碳纤维上近垂直生长MoS₂纳米片，得到MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料。在光照条件下，MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料活化PMS后，对亚甲基蓝(MB)的降解率达到97.1%,比仅使用MoS₂@TiO₂/CNFs的催化体系降解速率提升4倍。连续循环5次后，降解率仍能保持在84.8%。以上结果说明MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料具有优异的光催化性能和较高的稳定性。     

CO2和NO3-偶联在富氧空位的Ru掺杂CeO2纳米棒上高效电催化合成尿素(英文)

利用可再生能源驱动的电催化C-N偶联来合成尿素可以取代高能耗、高污染的工业生产尿素过程.然而,同时提高尿素收率和相应的法拉第效率,目前仍面临挑战.在此,我们设计了富氧空位的Ru掺杂CeO₂电催化剂用于高效电化学合成尿素.通过调节Ru的比例,发现最佳掺杂量为5%,该Ru-CeO₂电催化剂在电压为-0.7 V vs.RHE时能提供20.2 mmol h^-1 g^-1的高尿素产率和20.1%法拉第效率,优于大多数已报道的催化剂.实验结果表明,Ru掺杂和氧空位的协同效应优化了反应物的吸附和活化,增强了C-N偶联的动力学,并显著提高了电化学合成尿素的效率.本工作将为开发高效合成尿素的先进C-N偶联电催化剂提供借鉴.     

金属诱导Bi2WO6中氧空位的形成以实现高效的光还原CO2(英文)

基于半导体的高效太阳能转换光催化是应对日益严重的全球能源和环境危机的理想策略.然而,光催化的发展仍然受到可见光利用率低、电荷转移和分离效率低、反应位点不足等问题的限制.本文采用一步还原法将Au纳米颗粒沉积在Bi₂WO₆表面,同时诱导Bi₂WO₆表面形成氧空位.我们发现氧空位浓度随着Au负载的增加而增加. Au纳米颗粒和氧空位改善了材料的光吸收,并促进了光生载流子的分离和运输.此外,氧空位与附近的金属活性位点协同作用,优化了反应物在催化剂表面的吸附能,改变了CO₂分子在催化剂表面的吸附形式,最终在无需牺牲剂的气固体系中实现了高达34.8μmol g^-1h^-1的CO光催化产出速率,比未改性的Bi₂WO₆高出9.4倍.这项工作有望进一步加深我们对金属纳米颗粒与氧空位之间的关系及其在光催化中的协同作用的理解.     

Cu2O作为空穴提取层修饰BiVO4光阳极以增强电荷分离和转移(英文)

光生电荷的分离和转移被认为是影响BiVO₄基光阳极光电性能的核心因素之一.本文设计了在BiVO₄光阳极与析氧助催化剂之间插入空穴提取层的方法.Cu₂O作为空穴提取层引入到助催化剂层(FeOOH/NiOOH)和BiVO₄之间,可以有效优化空穴的迁移路径,延长光生空穴的寿命,从而提高电极的光电化学性能.与BiVO₄相比,调整后的BiVO₄/Cu₂O/FeOOH/NiOOH光阳极的电荷分离效率从70.6%提高到了92.0%.此外,该光阳极在1.23 V_RHE(AM 1.5G照明下)下,还显示出了3.85 mA cm^-2的高光电流密度,是BiVO₄的2.77倍.我们的研究结果表明,电沉积Cu₂O空穴提取层是一种简单且可扩展的方法,能够有效提高BiVO₄的光电活性,可用于太阳能驱动水分解领域.     

镍铁水滑石/聚S,S-二氧-二苯并噻吩复合材料的合成及其光催化产氢性能

镍铁水滑石(LDH)(Ni₇Fe₁)易于合成、来源丰富、价格低廉,是目前催化体系中性能优良的催化剂之一,可望用于替代成本高昂的贵金属催化剂。采用原位聚合法将二维层状结构的Ni₇Fe₁与聚S,S-二氧-二苯并噻吩(PDBTSO)复合,制备了无机/有机复合材料Ni₇Fe₁/PDBTSO,并验证了其光催化性能。实验得到：复合材料15-Ni₇Fe₁/PDBTSO相较于添加3wt%Pt助催化剂PDBTSO的光催化产氢效率提高了22.6%,其产氢效率达到36.8 mmol·g^-1·h^-1且具有良好的循环稳定性,表明Ni₇Fe₁为替代光催化制氢反应中贵金属助催化剂理想的候选材料之一。结合XRD、FTIR、TEM和XPS等手段进一步讨论了复合材料光催化产氢的机制。Ni₇Fe₁/PDBTSO高效的光催...     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO₂气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO₂气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm^-3, 比表面积716.5 m²·g^-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m²·g^-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO₂晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO₂气凝胶表观密度为0.57 g·cm^-3, 比表面积为482.2 m²·g^-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO₂气凝胶。     

新型复合CdIn2S4/ZnIn2S4异质结的制备及其光催化性能

探索高效、稳定的光催化剂是实现实用化太阳能光催化降解污染物的永恒追求。采用化学共沉淀法合成了CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄微球，然后500°C退火得到降解性能更好的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结。SEM、XRD、XPS、BET和UV-Vis DRS对样品进行了表征。观察到异质结外貌为球形，具有典型的介孔结构，表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。在光催化降解亚甲基蓝的反应中，退火后的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结的光催化活性最佳。反应90 min后，亚甲基蓝(MB)的降解率为96.7%。活性的提高可以归因于催化剂对可见光吸收的增强和光生电荷分离效率的提高。对照实验证明，降解体系中产生的活性物种·O₂^-在降解过程中起关键作用。预测了异质结光催化降解污染物的机制。本...     

表面改性ZnIn2S4纳米片及助催化剂MoS2修饰提高其光催化性能

我们设计了一种具有丰富活性位点和高效电荷分离的MoS₂/ZnIn₂S₄光催化剂体系。首先采用低温回流法通过添加少量的柠檬酸钠对ZnIn₂S₄纳米片的尺寸进行调控从而制备了具有丰富活性位点ZnIn₂S₄纳米片。进一步通过简单的光辅助沉积法将不同质量MoS₂负载在ZnIn₂S₄纳米片表面合成MoS₂/ZnIn₂S₄复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS),紫外-可见漫反射(UV-vis DSR)和电化学性能测试等表征手段对材料的形貌、结构和性能进行分析。经研究发现，ZnIn₂S₄纳米片较块状ZnIn₂S₄具有丰富的活性位点，MoS₂/ZnIn_2<...     

p-n异质结BiVO4/g-C3N4光阳极的制备及其光电化学水解性能

钒酸铋(BVO)可用于光电化学(PEC)水解产氢,但受限于其缓慢的表面水氧化动力学,在电极表面修饰单一的析氧助催化剂达不到理想的性能。本工作在BVO电极表面修饰FeNiO_x助催化剂可以显著降低起始电压,增强光电化学性能。此外,沉积g-C₃N₄后修饰FeNiO_x助催化剂得到的光电极具有更优异的性能。厚度适合的g-C₃N₄纳米片与BVO构成Ⅱ型p-n异质结,有效抑制了光生电子空穴的复合,促进了电极的电荷分离。电化学测试结果表明,沉积了g-C₃N₄后,电极的电荷分离效率达到88.2%,比BVO/FeNiO_x (60.6%)提升了近1.5倍。经过g-C₃N₄和FeNiO_x协同修饰的BVO/g-C₃N₄/Fe Ni O_x电极,表面电荷注入效率达到了90.2%,同时,在1....     

氢化TiO2包覆核壳C/Fe3O4@rGO锂离子电池阳极材料

通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO₂包覆核壳结构C/Fe₃O₄@rGO(H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO₂在Li⁺脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%,可缓解Fe₃O₄在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO₂较低的电导率(约1×10^-12 S·m^-1)。H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO在0.3 A·g^-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下循环700周次的比容量为505...