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...     

石墨炔：一种用于合成水污染物有效吸附剂的新型炭材料（英文）

石墨炔(GDY)是一种新生的二维材料,其在去除水溶液中污染物的研究方面引起了广泛关注。GDY是sp和sp²杂化碳原子的框架,其在二维对称网络中存在苯环和二乙基键,因此具有优异的共轭性、独特的可调谐电子性能、以及优异的化学和热稳定性。GDY的分子中有C≡C键,且具有均匀分布的三角形孔,可提供更多的反应位点和多种反应路径。因而,GDY具有吸附性,其作为吸附剂时在去除污染水中的油、有机污染物、染料和金属方面表现优异。在已发表的文献中,GDY被用作吸附剂的报道十分有限。本文综述了GDY的合成方法、GDY作为吸附剂的应用以及GDY基吸附剂的表征,并展望了GDY在污染物修复中的应用前景。     

金属过渡层类型对非晶碳膜结构性能的影响

采用直流磁控溅射技术制备不同金属过渡层(Cr, Ti, W)的类石墨非晶碳膜(GLC), 研究过渡层类型对非晶碳膜微结构的影响, 并考察其在人工海水中摩擦性能的变化。研究结果表明: Cr/GLC薄膜sp²杂化键含量最高, 沿GLC表面到铬碳界面方向, sp²杂化键含量逐渐增大, Ti过渡层和W过渡层的sp²杂化键含量变化不明显。Cr/GLC薄膜较高的sp²杂化键含量有助于其在摩擦过程中产生可以充当润滑相的石墨化转化摩擦转移膜。在三种涂层中, Cr/GLC薄膜表现出最高的腐蚀电位-0.16 V和最低的腐蚀电流密度4.42×10^-9 A/cm²。因此相较于Ti, W作过渡层的GLC薄膜, Cr/GLC薄膜在海水环境下表现出优异的摩擦学特性。     

新型二维材料光催化与电催化研究进展

二维材料以其丰富多样的性能受到广泛关注。该类材料具有极高的比表面积, 可以作为光催化剂和电催化剂, 在环境领域和可再生能源领域具有较大的开发和应用前景。本文综述了三种新型二维材料的结构性能, 即二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)、类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以及黑磷(BP)在光催化或电催化领域的研究进展及改性方式; 对二维材料催化性能的改性进行了总结, 并展望了今后的研究方向。     

三明治结构钌插层二氧化钛光催化四环素降解性能研究

纳米TiO₂具有高催化活性、高化学稳定性、成本低廉和安全无毒等优势,是目前广泛使用的一类光催化剂,但较大的禁带宽度和较高的光生电子-空穴复合速率使其光子利用率偏低。本研究利用微刻蚀法设计合成了二维TiO₂纳米片,并进一步与Ru复合,构建了三明治结构Ru@TiO₂高效光催化剂。采用不同表征手段研究了三明治结构Ru@TiO₂的表面形貌、电子结构、光电特性和光降解盐酸四环素的性能。结果表明:插入Ru将TiO₂的光响应范围由紫外光区拓展至整个可见-近红外光区,光子吸收和载流子分离效率得以提升,同时提高了体系光催化活性。模拟太阳光(AM 1.5G, 100 mW·cm^–2)照射80min,三明治结构Ru@TiO₂高效光催化剂对盐酸四环素的降解效果出色,降解效率达到91.91%。本研究为TiO₂基高效光催化剂结构设计提供了一条有效途径。     

共价有机骨架材料的合成及应用

共价有机骨架材料(Covalent organic frameworks,COFs)是有机单体通过可逆共价键连接形成的晶型有机多孔材料.自2005年首例COFs报道以来,大量新型COFs应运而生.COFs具有质量轻、密度低、结构规整、孔道结构可调、比表面积大、化学稳定性高的优势,在生命科学、环境保护和能源化工等方向具有巨大的应用潜力.由于功能化的COFs易实现不同物质在其内部的传输,目前研究人员已经成功将大量COFs应用于气体的吸附和分离与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分离薄膜等领域并取得了丰硕的研究成果.大量研究表明,COFs是高效存储CO2、H2和CH4的多孔材料,并且也可以作为催化剂载体,甚至可以直接作为催化剂用于催化各种化学反应.COFs的水分散度高且不会对细胞产生毒性,对布洛芬、5-氟尿嘧啶和槲皮素等药物表现出高效的负载和释放性能.2D COFs的π阵列型结构孔道高度规整,容易形成良好的载流子传导路径,可作为半导体元器件、超级电容器和质子交换膜等有机电子器件的理想候选材料.由于其高度有序且稳定的纳米孔道结构特性,2D COFs还可作为性能良好的纳滤薄膜,以高效分离溶剂中的染料分子.本文总结了COFs的各种特性并概述了COFs的结构设计、功能化和合成方法,综述了COFs在气体吸附与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分子筛薄膜领域的应用进展,并对其发展的新趋势进行了展望.     

共价有机骨架材料的CO2捕获性能研究

共价有机骨架材料(COFs)作为一类新型的纳米多孔晶体材料,由于具有表面积大、结构多样性、永久孔隙率高和热稳定性高等优点,在CO_2捕获性能方面表现出优异的应用前景。简要介绍了COFs的合成及表征方法、描述CO_2捕获性能的物理量。综述了几类COFs对CO_2捕获性能的研究进展,如含硼类、三嗪类和亚胺类COFs,并对它们的捕获性能进行了比较和总结,指出其优点和局限性。最后对未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

氧化石墨烯的变温发光

根据光致发光光谱和吸收光谱研究了氧化石墨烯(GO)的发光性能。结果表明,GO的发光源于片层内的sp²C团簇。sp²C团簇被高势垒的氧化官能团(sp³C)包围,形成了多量子阱结构。GO内有不同尺寸的sp²C团簇,其带隙与尺寸相关,尺寸越小带隙越宽,使发光覆盖范围较宽并依赖激发波长。还改变激发波长和温度,根据发光光谱研究了GO中不同局域态的发光行为。结果表明,514 nm激发的sp²C团簇的热激活能比830 nm激发的高56 MeV。温度对较小尺寸sp²C团簇的影响较小,因为尺寸越小限域效应越强,使电子空穴对的辐射跃迁几率提高。     

二维共价有机框架材料光催化和 电催化研究进展EI北大核心

二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点,有利于底物与催化活性位点接触,是理想异相催化剂,被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发,介绍2D COFs的合成方法,包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后,总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战,如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等,并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。     

具有直接Z型光催化机制的非金属BC4N/aza-CMP异质双层的光催化固氮性能(英文)

我们设计了一种不含金属的二维双层异质结构BC₄N/aza-CMP,该体系可在水溶液中将N₂分子通过光催化作用还原为氨.通过密度泛函理论和非绝热分子动力学方法,我们发现该异质结构中的光生载流子遵循直接Z型迁移机制.这将有效分离光生电荷并使氮还原反应和氧发生反应分别在BC₄N层和aza-CMP层上进行,实现反应位点的空间分离.值得一提的是, BC₄N上的B原子可以有效吸附N₂分子并激活N≡N键,这将降低氮还原反应的过电势并促进随后的质子化进程,且该异质双层具有适宜的带隙和带边位置,能够有效吸收太阳光并提供充足的驱动力来触发氧化还原反应,实现无任何牺牲剂辅助的光催化氨合成.本工作将为直接Z型固氮光催化剂的设计提供重要借鉴,并促进太阳能驱动的氨合成的发展.     

二维共价有机框架材料光催化和电催化研究进展

二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点，有利于底物与催化活性位点接触，是理想异相催化剂，被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发，介绍2D COFs的合成方法，包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展，包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后，总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战，如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等，并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。     

活性炭负载TiO2光催化材料的研究

活性炭(AC)及活性炭纤维(ACF)作为光催化剂载体具有较高的比表面积和较强的吸附性能,可以有效提高负载型光催化剂TiO2/AC和TiO2/ACF对有机污染物的光催化降解效率.首先介绍了TiO2光催化剂的结构特性以及各种掺杂改性方法,对负载型TiO2/AC及TiO2/ACF光催化剂的各种制备方法进行了详细评述.在此基础上,讨论了影响有机污染物光催化降解性能的重要因素,指出了负载型TiO2光催化材料研究中有待解决的问题和发展方向.     

构建具有微妙的原子级紧密接触的ZnIn2S4/Sv-MoS2光催化剂:增强界面相互作用以改善可见光下的光催化产氢性能(英文)

催化剂与助催化剂之间的低电荷分离效率严重限制了光催化性能.催化剂与助催化剂之间的强界面相互作用可以提高电荷分离效率.通过引入界面化学键增强组分间的界面相互作用是提高光催化性能的有效手段之一.本文合成了ZnIn₂S₄ (ZIS)/Sv-MoS₂光催化剂,ZIS中的S原子与Sv-MoS₂中未配位Mo原子之间的键合作用形成了界面Mo-S键,这极大地提高了ZIS的光催化活性.采用不同的NaBH₄蚀刻时间制备了MoS₂-xh.优化后的ZIS/MoS_2-4h复合材料的产氢速率为7.6 mmol g^-1 h^-1,是原ZIS (1.6 mmol g^-1 h^-1)的4.75倍,是ZIS/MoS₂(3.7 mmol g-1 h^-1)的2.05倍.非凡的光催化活性可归因于光生电子在Mo-S键的作用下更容易从ZIS转移到MoS<...     

新型超级电容器电极材料

超级电容器以其高功率、长周期使用寿命、环保等独特性能受到人们的广泛关注。决定超级电容器电荷存储的最关键因素是电极材料的特性。首先简要介绍了电容器的电荷储存机理。其次详细介绍了金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)、二维过渡金属碳(氮)化物(MXenes)、金属氮化物(MN)、黑磷(BP)和有机分子电极材料等有望获得高能量密度和功率密度的新兴电极材料,以及最新制作的对称/非对称超级电容器的能量、电容、功率、循环性能和倍率性等参数。研究表明,COFs有望成为新一代廉价、绿色、可持续、多功能的储能装置的有机电极候选材料,其电化学性能仍有很大的提高空间。重点介绍了MOFs、COFs、MN、BP及近年来新型有机电极材料在超级电容器中的应用。最后,对超级电容器未来的发展和关键技术的挑战进行了展望。     

新型二维铜族硫族化合物MX(M=Cu,Ag,Au;X=S,Se,Te):二维极化金属与可见光催化剂（英文）

二维过渡金属硫族化合物因其优异的特性和广泛的应用前景而受到众多研究领域的关注.本文报道了一类具有极化金属和可见光催化特性的新型二维铜族硫族化合物MX (M=Cu,Ag,Au;X=S,Se,Te).金属性ι-CuS、ι-AgS和ι-AgTe的原子结构是面外反演非对称的,其底部和顶部具有不同功函数.因而这些金属单层与石墨烯形成异质结可使其功函数从4.35 eV扩展到3.87–5.04 eV.半导体性β-AgSe和α-AuTe/α-AuS/α-AuSe在pH=0/7下仅仅满足H⁺/H₂和H₂O/O₂反应的带边要求.进一步,α-AuSe/α-AuTe异质结作为Z型光催化剂在可见光驱动的水分解中具有极大的应用潜力,其具有合适的带边位置、增强的光吸收以及高太阳能-氢能转换效率(20.47%).这些优异的性能使二维铜族硫族化合物MX成为二维过渡金属硫族化合物研究领域的重要组成部分,有望得到理论和实验的密切关注.     

N-Bi2O2CO3/CdSe量子点光催化氧化NO及原位红外光谱研究

本实验成功制备了氮掺杂碳酸氧铋(N-Bi₂O₂CO₃, N-BOC)/硒化镉量子点(CdSe QDs)复合光催化剂, 并将其运用于光催化降解室内空气污染物一氧化氮(NO)。X射线衍射、透射电子显微镜和光电子能谱测试结果表明N-BOC光催化剂在保持原有纳米片结构和形貌的基础上成功负载了CdSe QDs。光催化氧化NO实验结果显示CdSe QDs的引入可显著提高N-BOC的NO去除率, 并且二次毒副产物NO₂生成率大幅度降低至1%, 表明复合光催化剂具有极强的毒副产物抑制特性。固体紫外漫反射吸收光谱和发光光谱测试表明CdSe QDs拓宽并提升了N-BOC的光响应范围和能力, 并有效抑制了光生电子-空穴的复合效率。通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱技术(DRIFTS)分析, 发现在N-BOC/CdSe QDs光催化氧化NO反应过程中没有NO₂信号产生, 仅观测到NO₃ ^-相关信号。机理分析表明超氧自由基(O₂ ^-)和光生空穴(h ⁺)是体系中可能存在的活性物种, 实现了对NO到NO₃ ^-的彻底氧化。     

一步法制备石墨烯复合花状钨酸铋光催化剂

采用一步水热法合成石墨烯复合花状钨酸铋高效可见光光催化剂。降解甲基橙的性能实验结果表明, 与单纯的Bi₂WO₆相比, 所有Bi₂WO₆-rGO复合光催化剂表现出更高的光催化性能。其中, Bi₂WO₆-rGO (0.5wt%)具有最高的光催化活性, 其速率常数达到5.0×10^-2 /min, 是纯Bi₂WO₆的1.7倍。增强光催化性能的原因归结为以下两方面的协同作用: 还原石墨烯在复合光催化剂中起到了电子快速传输作用; 石墨烯提供了有利于吸附有机污染物的大比表面积。本研究可以为设计与合成高性能石墨烯基光催化剂提供新的思路。     

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。     

无模板插层-剥离勃姆石合成具有优异稳定性的多孔硅掺杂氧化铝二维纳米片（英文）

高比表面积和大孔容的多孔氧化铝已被广泛应用在各种领域,但不使用有机模板合成多孔氧化铝仍面临巨大挑战.在此,我们报道了基于插层-剥离策略的多孔氧化铝合成方法,利用硅物种削弱勃姆石(氧化铝前体)的层间作用力,从而在不使用有机模板的情况下将勃姆石剥离成二维纳米片.该合成过程可放大到3 L,并获得厚度为2 nm的二维纳米片.此外,这些二维纳米片可组装成比表面为542 m²g^-1和孔容为2.43 cm³g^-1的勃姆石.在不同温度下对二维纳米片进行热/水热处理得到的多孔氧化铝其孔结构优于多数有机模板法合成的氧化铝,并表现出优异的吸附性能.本研究为合成二维勃姆石纳米片和多孔氧化铝材料提供了一种新策略.     

新型二维Zr2CO2/InS异质结可见光催化产氢性能的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法, 系统研究了新型二维Zr₂CO₂/InS异质结的电子结构和光催化性能。计算结果显示, 二维Zr₂CO₂/InS异质结是一种直接带隙半导体材料, 晶格失配率低于3%, 形成能为-0.49 eV, 说明其具有稳定的结构; Zr₂CO₂/InS异质结的带隙值为1.96 eV, 对应较宽的可见光吸收范围, 且吸收系数高达10⁵ cm^-1; 异质结表现出Ⅱ型能带对齐, 价带和导带的带偏置分别为1.24和0.17 eV, 表明光生电子从Zr₂CO₂层转移到InS层, 而光生空穴则与之相反, 从而实现了电子和空穴在空间上的有效分离。另外, InS是间接带隙半导体材料, 能够进一步降低电子和空穴的复合率。综上所述, 新型二维Zr₂CO₂/InS异质结是一种潜在的可见光光催化剂。