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...     

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<...     

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<...     

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...     

不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn2S4(X=H、NH2、(OH)2、Br)负载型催化剂的光催化性能研究

通过水热法制备了不同配体修饰的UiO-66-X/ZnIn₂S₄(X=H、NH₂、(OH)₂、Br)负载型光催化剂,并采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站对样品进行表征,分析了不同配体修饰方案对UiO-66-X/ZnIn₂S₄光催化性能的影响。以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液为目标污染物,探究不同修饰基团的电子效应对复合材料吸附性能和光催化性能的影响。结果表明：配体修饰后的ZU-(OH)₂/GF对阳离子染料RhB的吸附效率最好,在30 min时吸附效率为46.8%,反之,所有修饰后的复合材料对阴离子染料MO的吸附性能均低于未修饰的复合材料。在模拟太阳光照射下,所有复合材料经过配体修饰后的光催化性能都得到明显提升,其中ZU-(OH)₂/GF在150 min后对RhB的降解率高达99.0%。经过连续5次循环后,对RhB的去除率均保持在98%以上...     

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...     

Bi2O2CO3/ZnIn2S4上活性氧物种和光活性电荷的协同作用实现5-羟甲基糠醛的选择性光氧化转化(英文)

光氧化转化可再生生物质衍生物为高附加值的化学品具有重要意义,但由于在控制氧化物种和理想的反应途径方面存在挑战,其选择性通常较低.本工作报道了利用CO₂气体介导的固固相变法制备Bi₂O₂CO₃/ZnIn₂S₄异质结构,用于光氧化转化生物质衍生的5-羟甲基糠醛(HMF)生成2,5-二甲酰基呋喃(DFF),其选择性高达98.1%,产率达882.6μmol g^-1h^-1.金属碳酸盐/氧化物异质界面诱导了光活性电子和空穴的有效转移,优化了表面氧的活化,促进了·OOH和空穴的协同作用,进而可以选择性地将HMF转化为DFF.本工作表明异质界面上电子-空穴对和活性氧物种的调控有助于利用可再生原料实现可持续发展.     

FeVO4/Cu3(BTC)2(H2O)3异质结制备及光催化性能

以Cu片和1, 3, 5-苯三甲酸为原料,电化学法制备经典Cu-MOF材料Cu₃(BTC)₂(H₂O)₃,即HKUST-1,作为基底金属有机框架材料(MOFs),采用室温沉积法制备FeVO₄/HKUST-1异质结复合材料,通过XRD、SEM、BET、UV-Vis DRS等对其晶体结构、形貌、比表面积、光吸收性能等进行了表征。结果表明:FeVO₄与HKUST-1复合形成异质结后,有利于光生电子-空穴的产生和转移,对目标染料污染物罗丹明B(RhB)的降解性能显著增强。可见光照射120 min后,异质结体系中RhB的降解率可达93%,而单一FeVO₄或HKUST-1体系中仅为12%和5%。此外,对材料的组成比例进行了优化,当FeVO₄与HKUST-1摩尔比为1∶1时,制备的FeVO₄/HKUST-1复合材料具有最佳的光催化性能。进一步,考察了其循环使用的稳定性,循环5次后对RhB的降解效率仍保持在90%以上,稳定性良好。      

等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO₂光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH₄VO₃的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO₂/V₂O₅复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH₄VO₃含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO₂组成,具有微孔结构,V₂O₅主要以无定形形式存在于膜中,与TiO₂有很强的相互作用,影响TiO₂的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO₂的结晶和金红石型TiO₂的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na₂S+ Na₂SO₃溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH₄VO₃的电解液中制备的TiO₂/V₂O₅薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。     

片状磁性纳米TiO2/SiO2/NiFe2O4制备及光催化性能

以锐钛矿磁性纳米TiO2/SiO2/NiFe2O4(TSN)为原料,采用水热法制备了片状磁性纳米TSN.利用XRD、TEM等技术对样品进行了表征.水热法处理后核壳结构的TSN部分转变为片状,催化剂磁性增强.以亚甲基兰溶液为模拟水样测试了样品的光催化性能,考察了催化剂加入量、反应时间、pH值等因素的影响.实验表明:片状磁性纳米TSN光催化性能明显优于粒状TSN.片状TSN具有良好的吸附性能,提高了光催化反应的初始速率.用于处理亚甲基兰废水时受pH值的影响较小,1小时的脱色率在90%以上.     

选择性构建“三明治”型CdS/PbTiO3/TiO2异质结构提升可见光光催化产氢活性(英文)

光生电荷的快速迁移和高效分离是实现高效太阳能分解水反应的必要条件.本文中,我们通过铁电单畴PbTiO₃晶体的不同极性晶面对阴阳离子的选择性吸附,在其正负极性面上分别选择性生长了TiO₂和CdS,构建出了“三明治”型CdS/PbTiO₃/TiO₂异质结构,且CdS和TiO₂均与PbTiO₃晶体具有高质量的界面接触.在该“三明治”型结构中通过单畴铁电场与界面电场的结合, CdS、PbTiO₃和TiO₂三种材料的能带实现了有序级联,为整个体系提供了促进光生电荷迁移和分离的强驱动力.用于可见光催化产氢反应中, CdS/PbTiO₃/TiO₂的活性较PbTiO₃/TiO₂提升了两个数量级,显示了“三明治”型结构的高电荷分离特性.本工作中所展示的利用铁电场实现不同半导体能带结构有序级联的策略,为光电荷迁移与分离路径的合理设计提供了一种新思...     

Magnetic, electrical, and optical properties of (HgS)1.5(Al2S3)0.5?Mn? and (HgS)1.5(In2S3)0.5?Mn? crystals

We have studied the magnetic, electrical, and optical properties of (HgS)_1.5(Al₂S₃)_0.5〈Mn〉 and (HgS)_1.5(In₂S₃)_0.5〈Mn〉 crystals and determined their magnetic and band structure parameters. The magnetic (Faraday method) and transport (four-probe method) properties of the (HgS)_1.5(Al₂S₃)_0.5〈Mn〉 and (HgS)_1.5(In₂S₃)_0.5〈Mn〉 crystals were investigated in the ranges T = 77−300 K and H = 20−320 kA/m. The magnetic susceptibility data suggest that the magnetic properties of the crystals can be understood in terms of Mn-S-Mn-S clusters. The Hall coefficient of the crystals is temperature-independent. The electrical conductivity of (HgS)_1.5(Al₂S₃)_0.5〈Mn〉 varies little with temperature and has a maximum, and that of (HgS)_1.5(In₂S₃)0.5〈Mn〉 shows metallic behavior and is a nearly linear function of temperature. The thermopower of the crystals increases with temperature. Optical data attest to direct allowed interband optical transitions. The magnetic and band structure parameters of the crystals are determined.     

Mg(BH4)2-NaNH2体系的加热放氢性能研究

采用机械球磨法制备了Mg(BH4)2-NaNH2复合储氢材料,研究了Mg(BH4)2和NaNH2之间的相互作用及其加热放氢性能。当物质的量比为1∶2时,Mg(BH4)2与NaNH2之间发生反应:Mg(BH4)2+2NaNH2→2NaBH4+Mg(NH2)2。当物质的量比为1∶1时,Mg(BH4)2与NaNH2之间发生反应:Mg(BH4)2+NaNH2→NaBH4+MgBNH6。加热到400℃,该样品分两步进行放氢反应,放氢峰温分别在190℃和369℃,可以放出4.7%(质量分数)氢气。第一步放氢反应为MgBNH6分解产生MgH2,即:MgBNH6→MgH2+BN+2H2。第二步放氢反应为MgH2的分解:MgH2→Mg+H2。     

Co(OH)2/CoN的界面空位协同作用促进碱性水分解(英文)

开发高性能、稳定的双功能电催化剂是一个具有挑战性的课题.本工作基于界面工程和空位工程,通过电沉积成功构建了一种富含氧空位的异质结催化剂.所制备的催化剂V_O-Co(OH)₂/CoN在碱性电解质中具有良好的双功能催化活性和稳定性,在10 mA cm^-2条件下,析氢反应的过电位为52 mV,析氧反应的过电位为206 mV,且其全水分解电压仅为1.518 V.更重要的是,实验和密度泛函理论计算都证实了V_O-Co(OH)₂/CoN优异的双功能活性归因于异质界面和氧空位的协同催化.在异质界面附近,一个Co原子和一个氧空位共同形成一个活性Co空位对,通过改变反应路径协同促进水分解.氧空位不仅作为活性位点直接参与催化过程,还能有效调节电子密度,提高催化剂的导电性.本工作对于指导高性能催化剂的设计和深入了解催化机理具有重要意义.     

磷掺杂剂和石墨烯包覆层对NiCo2S4电催化剂析氢活性和耐久性的协同影响(英文)

探索具有优异导电性和稳定性的非贵金属电催化剂对氢经济至关重要.本研究将杂原子掺杂和石墨烯包覆相结合,以控制NiCo₂S₄(NCS)蛋黄壳微球的电子性能,并抵抗酸性介质中H₂O和O₂的腐蚀.密度泛函理论(DFT)模拟结合综合表征和实验首次揭示了在NCS中引入P杂原子不仅加速了电子从体相向表面的转移动力学,而且降低了掺杂P原子附近活性S位上的析氢反应势垒.利用DFT计算的穿透能垒预测了rGO覆盖层在P掺杂NCS (P-NCS)表面对质子的渗透性和对H₂O和O₂分子的抵抗性等重要功能,并用X射线光电子能谱对新催化剂和回收催化剂进行了验证.利用P掺杂剂和rGO覆盖层分别辅助电荷传递和质子传递,通过二者的协同作用获得了催化活性和耐久性之间的平衡.因此,优化后的P-NCS/rGO在70 mV的低过电位下实现了10 mA cm^-2的电流密度,并具有令人满意的80小时耐用性.本工作阐明了石墨烯覆盖硫化物催化剂可通过调控电子结构和质子/分子穿透提高电催...     

CdIn2S4光电薄膜材料的制备及光电性能研究

以氯化镉(CdCl₂·2.5H₂O)、氯化铟(InCl₃·4H₂O)和硫代乙酰胺(TAA)为原料,利用水热法在FTO导电基底上制备CdIn₂S₄薄膜材料。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对所得薄膜的物相结构、表面形貌、成分及光吸收性能等进行表征。借助瞬态表面光电压(TSPV)技术探究CdIn₂S₄薄膜的光生载流子的分离、传输及复合过程。结果表明：制备的CdIn₂S₄薄膜结晶良好、表面均匀平整且具有良好的光吸收性能和光电响应。构建了以CdIn₂S₄和P3HT为吸收层、TiO₂为电子传输层的异质结薄膜太阳能电池器件(FTO/TiO₂/CdIn₂S₄     

浓度梯度掺杂实现BiFeO3薄膜自极化(英文)

BiFeO₃是一种非常有前途的无铅铁电材料,与大多数传统铁电材料相比,它具有更大的极化和更高的居里温度,为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响, BiFeO₃薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si衬底上生长了BiFeO₃薄膜,向上梯度薄膜(从衬底BiFeO₃过渡到薄膜表面Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90)以及向下梯度薄膜(从衬底Bi_0.80Ca_0.20FeO_2.90过渡到薄膜表面BiFeO₃)。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场,从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明：在BiFeO₃薄膜中,Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外,类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化...     

磁有序CoH2SeO4薄片中的室温铁电性(英文)

本文通过第一性原理计算和实验表征证明了二维CoH₂SeO₄薄膜的磁有序和滑移铁电性.首先,实验结果证实了粉末CoH₂SeO₄样品的反铁磁序.同时,第一性原理计算表明单层CoH₂SeO₄具有反铁磁(AFM-I)基态(T_N≈75 K),且预测了二维CoH₂SeO₄薄膜具有以不对称的三重势阱态为特征的滑移铁电性,并在实验中测得了180°压电滞回线、可反转铁电畴和二次谐波信号.此外,在基于二维CoH₂SeO₄薄膜的电容器中获得铁电材料所特有的电滞回线和蝴蝶状的电容曲线.介电温谱测试表明二维CoH₂SeO₄薄膜的铁电转变温度约为370 K.CoH₂SeO₄中滑移铁电性和反铁磁性的出现为获得低维多铁材料指出了一条新的途径.     

含钛磷酸盐玻璃NaTi2(PO4)3-0.9Ca3(PO4)2的析晶行为

利用差热分析、X射线衍射仪、液氮吸附BET孔经测试仪对组成为NaTi2(PO4)3-0.9 Ca3(PO4)2的含钛磷酸盐玻璃的析晶行为进行了研究.通过对该玻璃相继进行成核、析晶和酸浸泡处理制备了NaTi2(PO4)3骨架多孔微晶玻璃.证明该玻璃在646℃8h成核处理过程中产生了旋节分解特征的成分偏聚,形成了富TiO2玻璃相和富CaO玻璃相交错生长的连通结构,成核处理后的玻璃在738℃析晶过程中依次在富钛相和富钙相中析出NaTi2(PO4)3和β-Ca3(PO4)2.成核过程对析晶的促进作用是通过促进NaTi2(PO4)3的析出而实现的.     

纳米微孔杂多化合物Na[Fe2(O2H3)Mo2O8](Ⅰ)和(NH4)[Fe(MoO4)2](Ⅱ)的结构特征

通过采用水热合成法得到了二种具有纳米筛孔的氧簇化合物Na[Fe2(O2H3)Mo2O8](Ⅰ)和(NH4)[Fe(Mo O4)2](Ⅱ).晶体(Ⅰ)属于单斜晶系,空间群为C2/m,晶胞参数为a=9.5450(17),b=6.4381(9),c=0.76405(12)nm;β=116.128(4),Z=2,R1=0.0219,Rw=0.0756.晶体(Ⅱ)属于正交晶系,空间群为Pnma,晶胞参数为a=1.4782(3),b=0.56774(11),c=0.87653(18)nm;Z=4,R1=0.0212,Rw=0.0513.