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微观形貌调控对g-CN光催化性能影响的综合实验设计 被引量:3
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作者 郑丹丹 李仪鑫 +1 位作者 毕进红 方元行 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2022年第5期180-184,共5页
基于前沿课题和研究基础,设计了探究微观形貌调控对氮化碳(g-CN)光催化性能影响的化学综合创新实验。该实验涉及纳米片、纳米棒和纳米球形貌的g-CN材料制备,光催化降解甲基蓝染料性能测试的基本实验操作,以及利用XRD、FT-IR、SEM和紫外... 基于前沿课题和研究基础,设计了探究微观形貌调控对氮化碳(g-CN)光催化性能影响的化学综合创新实验。该实验涉及纳米片、纳米棒和纳米球形貌的g-CN材料制备,光催化降解甲基蓝染料性能测试的基本实验操作,以及利用XRD、FT-IR、SEM和紫外-可见分光光度计等仪器表征材料的结构和形貌,并使用Origin软件对数据进行处理和分析等。涵盖了半导体理论、光化学与催化反应以及材料的分子结构、晶体结构和微观结构分析等学科知识点。实验结果表明,g-CN纳米球的光降解性能最优,其对甲基蓝的降解率可达94.5%。 展开更多
关键词 科教融合 光催化 氮化碳 形貌调控 综合实验
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金属有机骨架材料吸附去除环境污染物的进展 被引量:47
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作者 李小娟 何长发 +3 位作者 黄斌 林振宇 刘以凡 林春香 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期586-594,共9页
金属有机骨架材料(MOFs)具有超高的比表面积、较高且可调的孔隙率、结构组成多样性、开放的金属位点和化学可修饰等优点,近年来在选择性吸附领域中的应用受到人们的广泛关注。本文综述了MOFs在液相吸附去除各种环境污染物方面的应用进展... 金属有机骨架材料(MOFs)具有超高的比表面积、较高且可调的孔隙率、结构组成多样性、开放的金属位点和化学可修饰等优点,近年来在选择性吸附领域中的应用受到人们的广泛关注。本文综述了MOFs在液相吸附去除各种环境污染物方面的应用进展,包括吸附去除水中的有机污染物、重金属离子以及吸附去除燃油中的有机含硫化合物和有机含氮化合物;讨论了不同MOFs及改性MOFs对环境污染物的吸附性能及吸附机理,指出MOFs的孔结构、开放的金属位点、静电吸附作用、π-π键合作用、氢键作用、酸碱吸附作用等是影响MOFs吸附过程的重要参数或机理,而通过对MOFs进行有目的的功能化改性可以提升MOFs对目标污染物的吸附性能;最后展望了MOFs吸附去除环境污染物今后的研究热点。 展开更多
关键词 金属有机骨架材料 环境污染物 吸附
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石墨相氮化碳纳米管的合成及光催化产氢性能 被引量:9
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作者 郑云 王博 王心晨 《影像科学与光化学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期417-425,共9页
通过硬模板法,采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管(SiO2-NTs)模板,合成石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附/脱附测试、紫外可见漫反射光谱(... 通过硬模板法,采用氰胺前驱物和二氧化硅纳米管(SiO2-NTs)模板,合成石墨相氮化碳纳米管(CN-NTs)光催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附/脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、荧光光谱、热重分析(TGA)等手段对CN-NTs催化剂的结构与性能进行表征。结果表明,CN-NTs的化学组成是石墨相氮化碳(g-C3N4),形貌为均匀的纳米管,且是介孔材料。与体相氮化碳(B-CN)和介孔石墨相氮化碳(mpg-CN)相比,CN-NTs的光吸收带边蓝移到440nm,荧光发射谱的峰强减弱。在可见光(λ﹥420nm)照射下,CN-NTs具有较高的光催化分解水活性,产氢速率为58μmol/h,且表现出良好的光催化活性稳定性和化学结构稳定性。研究结果表明纳米管状结构能有效促进g-C3N4半导体激子解离,提高光生电子-空穴的分离效率,进而显著优化g-C3N4的光催化产氢性能。 展开更多
关键词 石墨相氮化碳 纳米管 硬模板 光催化 氢能
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超分子自组装法制备氮化碳聚合物光催化剂 被引量:6
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作者 郑云 王心晨 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期25-32,共8页
利用光催化技术将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解有机污染物,是解决能源短缺和环境污染等问题的理想途径。氮化碳是近期发展出来的一类聚合物半导体新型光催化剂,在分解水制氢、污染物降解、二氧化碳还原、选择性有机合... 利用光催化技术将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解有机污染物,是解决能源短缺和环境污染等问题的理想途径。氮化碳是近期发展出来的一类聚合物半导体新型光催化剂,在分解水制氢、污染物降解、二氧化碳还原、选择性有机合成等研究方面有着重要科学意义和应用前景。前驱物超分子自组装法是制备高效纳米氮化碳光催化剂的重要合成方法之一。通过分子间的弱相互作用力,如三聚氰胺与三嗪衍生物之间的氢键相互作用,形成有序的超分子组装体,再进一步焙烧热聚合可制备氮化碳纳米材料。通过控制自组装过程的反应参数和条件,可以有效地调控氮化碳的组成、形貌、能带结构、光学性能、光生载流子分离效率,从而提高氮化碳的光催化性能。综述了超分子自组装法合成氮化碳光催化剂的最新研究进展,总结了系列纳米结构氮化碳光催化剂的研究工作,包括共聚合改性氮化碳、非金属掺杂氮化碳、金属掺杂氮化碳、金属氧化物-氮化碳复合物、氮化碳异质结以及高结晶度氮化碳光催化剂等。同时阐述了超分子自组装法对氮化碳的组成、结构和光催化性能的调控作用,并就该研究领域未来发展进行了展望。 展开更多
关键词 氮化碳 纳米材料 超分子自组装 光催化 分解水 降解污染物
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Bi_2Sn_2O_7的不同水热法制备及其可见光光催化除As(Ⅲ)性能分析 被引量:3
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作者 庄建东 田勤奋 刘平 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第2期551-557,共7页
利用微波和普通水热法合成出了具有可见光响应的Bi_2,Sn_2O_7纳米光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振谱(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样... 利用微波和普通水热法合成出了具有可见光响应的Bi_2,Sn_2O_7纳米光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振谱(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品的晶相、比表面积、光吸收性能、形貌、光催化活性物种等结构与性质进行了系统表征,比较微波水热Bi_2,Sn_2O_7(MH-BSO)与普通水热Bi_2Sn_2O_7(TH-BSO)形貌和微结构,并考察两者在可见光光照下光催化氧化As(Ⅲ)的性能差别。实验结果表明,MH-BSO具有更细小的粒径和更大的比表面积,而在可见光照射下,MH-BSO样品比TH-BSO样品具有更好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(可达98.7%)。此外,对Bi_2Sn_2O_7纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)的光催化机理进行初步探索,结果表明超氧自由基(O_2^(-·))和空穴(h_(VB)^+)是主要起作用的中间反应活性物种。 展开更多
关键词 锡酸铋 微波水热法 普通水热法 可见光催化 As(Ⅲ)氧化
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碳纳米管改性g-C_3N_4提升可见光催化降解性能 被引量:9
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作者 王鹏 李昭 +7 位作者 周颖梅 徐艳 朱捷 王士凡 蔡可迎 李靖 堵锡华 杨朋举 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第2期217-224,共8页
以尿素为原料,引入少量的多壁碳纳米管(CNT)改性,采用简便方法制备CNT/g-C_3N_4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR S... 以尿素为原料,引入少量的多壁碳纳米管(CNT)改性,采用简便方法制备CNT/g-C_3N_4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR Spectrophotometer)、荧光光谱(PL)等手段对CNT/g-C_3N_4催化剂进行表征。结果表明,g-C_3N_4与CNT之间的协同作用,影响了gC_3N_4的能带结构,增强了其对可见光的吸收,改善了光生载流子的分布,提高了电子-空穴对的分离效率。并以罗丹明B(RhB)水溶液模拟废水,在可见光下考察催化剂的光催化降解性能,发现当CNT掺杂量为0.1%(w/w)时效果最佳,降解速率常数是体相g-C_3N_4的3.1倍,且研究发现超氧自由基是该体系下的主要活性物种。 展开更多
关键词 光催化 石墨相氮化碳 碳纳米管 可见光
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高效光催化金属有机框架(MOFs)的构筑策略 被引量:4
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作者 刘成 刘胡润卿 +2 位作者 余济美 吴棱 李朝辉 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期1-19,共19页
面对全球能源短缺和环境污染等问题,发展绿色、可持续的能源来替代传统的化石能源成为迫切需求.太阳能作为一种清洁可再生能源,其有效转化与利用受到了广泛关注.光催化将太阳能转化为化学能,其核心是新型高效的光催化材料.金属有机框架... 面对全球能源短缺和环境污染等问题,发展绿色、可持续的能源来替代传统的化石能源成为迫切需求.太阳能作为一种清洁可再生能源,其有效转化与利用受到了广泛关注.光催化将太阳能转化为化学能,其核心是新型高效的光催化材料.金属有机框架材料(MOFs),是一类由金属或金属节点与多齿有机配体相互连接而成的微介孔材料,具有独特的组成结构和特性,有望成为有应用前景的光催化材料.目前已有一些关于MOFs基光催化的综述,但考虑到该领域在过去几年迅速发展,为了研发高效的MOFs基光催化材料,非常有必要对已经报道的用于提高MOFs基光催化剂性能的策略进行总结.本综述重点总结了已报道的通过调控MOFs基材料的组成和结构的策略来提升其光催化性能的最新研究进展.首先,简要介绍了MOFs基材料的结构特点及其在光催化领域应用的优势,阐述了MOFs基材料光催化的基本原理,提出了影响其光催化性能的关键因素,包括光吸收能力、光生载流子的分离和迁移以及催化活性位点.其次,阐明不同结构调控策略通过优化关键因素进而提高光催化性能的原理,具体包括MOFs基材料中金属掺杂、配体功能化、超薄二维材料构筑以及缺陷工程策略.然后,通过总结典型案例,详细讨论了上述策略如何通过调控MOFs基材料的组成和结构来优化关键因素,从而提高MOFs基材料的光催化性能.最后,针对MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望:(1)影响MOFs基光催化剂效率的因素是多方面的,因此将不同策略相结合有利于更好地提高MOFs基光催化剂的性能.除了本文总结的四种构筑策略,最近其它一些关于提升MOFs基材料光催化性能的结构调控策略也有零星报道,如微环境调控、晶面工程等,也值得进一步关注.(2)与无机半导体光催化剂相比,MOFs基材料的结构稳定性较差,因此应特别注意其在光催化条件下的稳定性,特别是MOFs基材料在水中的反应体系.(3)先进原位表征技术的发展和理论研究的深化对于高效MOF基光催化系统的设计及机理研究至关重要.(4)MOFs基材料的多功能性可以使其作为光诱导一锅多步反应的多功能催化材料,应大力开展研究.综上,本文系统地总结了通过调控MOFs基材料的组成和结构从而达到提升其光催化性能的不同策略,并就MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望.希望本文能够为深入了解MOFs基光催化体系中组成-结构-性能关系以及从原子水平来设计研发高效的MOFs基光催化剂提供参考. 展开更多
关键词 金属有机框架 光催化 金属掺杂 配体功能化 超薄二维MOFs 缺陷工程
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富氮空心蠕虫状碳材料的合成及其苯甲醇非金属选择性催化氧化的高活性 被引量:1
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作者 安平 付宇 +3 位作者 韦丹蕾 郭杨龙 詹望成 张金水 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第10期135-142,共8页
作为非金属催化材料的典型代表,碳材料已经成为催化领域的研究热点之一。本文采用石墨化氮化碳(g-C_(3)N_(4))为硬模板,通过先包覆树脂后碳化的简便方法合成中空碳材料(h-NCNW)。采用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、N... 作为非金属催化材料的典型代表,碳材料已经成为催化领域的研究热点之一。本文采用石墨化氮化碳(g-C_(3)N_(4))为硬模板,通过先包覆树脂后碳化的简便方法合成中空碳材料(h-NCNW)。采用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、N_(2)吸附-脱附、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对h-NCNWs碳材料进行表征,并且研究了h-NCNWs催化剂对O_(2)选择性氧化苯甲醇的催化活性。结果表明,通过在g-C_(3)N_(4)纳米片外围包覆由间苯二酚和甲醛前驱体缩合形成的薄层树脂,并在惰性气氛下进行高温热处理,去除g-C_(3)N_(4)硬模板,最终得到富氮(9.83%)空心蠕虫状碳材料,并且可通过改变制备过程中间苯二酚与g-C_(3)N_(4)的相对比例来调整氮含量和壳厚度。在h-NCNW中,杂原子N主要以石墨型和吡啶型的形式化学地结合到碳骨架中,其中石墨型N占主导地位,使得该材料在苯甲醇氧化反应中表现优异的催化活性。在120℃时,采用间苯二酚与g-C_(3)N_(4)质量比为0.5制备的h-NCNWs催化剂,苯甲醇转化率为24.9%,苯甲醛选择性>99%。但是N掺杂量会显著影响h-NCNWs催化剂的催化活性,采用间苯二酚与g-C_(3)N_(4)质量比为1.5制备的h-NCNWs催化剂,苯甲醇转化率降低至13.1%。另一方面,h-NCNWs催化剂在反应过程中显示出优异的稳定性,在五次循环使用过程中催化剂的活性保持不变。综上所述,理性设计和合成的碳材料作为多相氧化反应的催化剂具有巨大的潜力。 展开更多
关键词 中空纳米结构 N掺杂 非金属催化剂 选择氧化 苯甲醇
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g-C_(3)N_(4)基复合分离膜的制备及光催化性能 被引量:2
9
作者 郑丹丹 黄忠铖 +2 位作者 刘敏 张金水 邱挺 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2235-2243,共9页
利用g-C_(3)N_(4)纳米片表面的氨基与膜基底材料氯甲基化聚醚砜(CMPES)的苄氯基团发生化学交联反应,再通过相转化法制备出g-C_(3)N_(4)/CMPES复合膜。系统研究了g-C_(3)N_(4)纳米片的添加对复合膜的结构、形貌及过滤、光催化、抗污染性... 利用g-C_(3)N_(4)纳米片表面的氨基与膜基底材料氯甲基化聚醚砜(CMPES)的苄氯基团发生化学交联反应,再通过相转化法制备出g-C_(3)N_(4)/CMPES复合膜。系统研究了g-C_(3)N_(4)纳米片的添加对复合膜的结构、形貌及过滤、光催化、抗污染性能的影响,并探讨其光催化降解牛血清白蛋白溶液(BSA)的机理。研究结果表明:g-C_(3)N_(4)纳米片与膜基底材料通过化学键相连接,有效提高了复合膜的光催化性能和稳定性。由于g-C_(3)N_(4)纳米片的亲水性和光催化作用,使复合膜表现出优异的过滤性能和抗污染性能。 展开更多
关键词 g-C_(3)N_(4) 分离膜 光催化 抗污染
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磷烯光催化分解水研究进展
10
作者 郑云 陈亦琳 +1 位作者 高碧芬 林碧洲 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期647-653,共7页
半导体光催化分解水被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的潜在途径之一。近年来,磷烯(BP)由于具有带隙可调、空穴迁移率高、吸收光谱宽等特性而在光催化分解水方面得到了广泛关注。本文综述了国内外近年来在磷烯光催化分解水领域... 半导体光催化分解水被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的潜在途径之一。近年来,磷烯(BP)由于具有带隙可调、空穴迁移率高、吸收光谱宽等特性而在光催化分解水方面得到了广泛关注。本文综述了国内外近年来在磷烯光催化分解水领域所取得的重要研究进展,总结了磷烯基光催化剂的合成方法、表面修饰和异质结构构建等改性策略,阐述了磷烯基光催化剂的构–效关系和电荷转移机制,并展望了磷烯基光催化剂所面临的机遇和挑战,揭示了磷烯基材料在太阳能利用和转化方面的重要应用潜力。 展开更多
关键词 磷烯 光催化 分解水 二维材料 综述
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碳包覆Pd/TiO_(2)光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺 被引量:5
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作者 卢尔君 陶俊乾 +4 位作者 阳灿 侯乙东 张金水 王心晨 付贤智 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第4期37-47,共11页
负载型金属纳米催化剂由于其优异的光催化性能,被广泛应用于光催化产氢协同胺类氧化偶联合成高附加值亚胺体系。但在反应过程中,金属表面对H原子和亚胺表现出较强的吸附能力,导致了亚胺易于发生自氢化反应而生成仲胺,显著降低了亚胺的... 负载型金属纳米催化剂由于其优异的光催化性能,被广泛应用于光催化产氢协同胺类氧化偶联合成高附加值亚胺体系。但在反应过程中,金属表面对H原子和亚胺表现出较强的吸附能力,导致了亚胺易于发生自氢化反应而生成仲胺,显著降低了亚胺的选择性。在本文中,我们证实了在Pd/TiO_(2)表面构建超薄碳层(Pd/TiO_(2)@C)是一种解决上述问题的有效策略。在Pd/TiO_(2)表面构筑的超薄碳层可以有效调控H原子和亚胺在其表面的吸附行为,避免了光催化氧化偶联过程中亚胺的自氢化。因此,Pd/TiO_(2)@C光催化剂在光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺体系中展现出优异的亚胺选择性。本研究提供了一种便捷有效的策略推动负载型金属纳米催化剂在光催化产氢协同合成高附加值产物体系中的应用。 展开更多
关键词 光催化 析氢反应 胺氧化偶联 负载型金属催化剂 表面修饰
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空心NiCo_(2)S_(4)纳米球助催化剂担载ZnIn_(2)S_(4)纳米片用于可见光催化制氢 被引量:6
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作者 熊壮 侯乙东 +3 位作者 员汝胜 丁正新 王伟俊 汪思波 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第7期56-65,共10页
纳米片与空心球上之间的合理界面调控是开发高效太阳能制氢光催化剂的潜在策略。在各类光催化材料中,金属硫化物由于具有相对较窄的带隙和优越的可见光响应能力而被广泛研究。ZnIn_(2)S_(4)是一种层状的三元过渡金属半导体光催化剂,其... 纳米片与空心球上之间的合理界面调控是开发高效太阳能制氢光催化剂的潜在策略。在各类光催化材料中,金属硫化物由于具有相对较窄的带隙和优越的可见光响应能力而被广泛研究。ZnIn_(2)S_(4)是一种层状的三元过渡金属半导体光催化剂,其带隙可控(约2.4 eV)。在众多金属硫化物光催化剂中,ZnIn_(2)S_(4)引起了广泛兴趣。然而,单纯的ZnIn_(2)S_(4)光催化活性仍然相对较差,主要是因为光生载流子的复合率较高、迁移速率较慢。在半导体光催化剂上负载助催化剂是提升光催化剂性能的一种有效方法,因为它不仅可以加速光生电子和空穴的分离,而且还可以降低质子还原反应的活化能。作为一种三元过渡金属硫化物,NiCo_(2)S_(4)表现出较高的导电性、较低的电负性、丰富的氧化还原特性以及优越的电催化活性。这些特性表明,NiCo_(2)S_(4)可以作为光催化制氢的助催化剂,以加速电荷分离和转移。此外,NiCo_(2)S_(4)和ZnIn_(2)S_(4)都属于三元尖晶石的晶体结构,这可能有助于构建具有紧密界面接触的NiCo_(2)S_(4)/ZnIn_(2)S_(4)复合物,从而提高光催化性能。本文中,将超薄ZnIn_(2)S_(4)纳米片原位生长到非贵金属助催化剂NiCo_(2)S_(4)空心球上,形成具有强耦合界面和可见光吸收的NiCo_(2)S_(4)@ZnIn_(2)S_(4)分级空心异质结构光催化剂。最优NiCo_(2)S_(4)@ZnIn_(2)S_(4)复合样品(NiCo_(2)S_(4)含量:ca.3.1%)的析氢速率高达78μmol·h−1,约是纳米片组装ZnIn_(2)S_(4)光催化剂析氢速率的9倍、约是1%(w,质量分数)Pt/ZnIn_(2)S_(4)样品析氢速率的3倍。此外,该复合光催化剂在反应中表现出良好的稳定性。荧光和电化学测试结果表明,NiCo_(2)S_(4)空心球是一种有效的助催化剂,可促进光生载流子的分离和传输,并降低析氢反应的活化能。最后,提出了NiCo_(2)S_(4)@ZnIn_(2)S_(4)光催化析氢的可能反应机理。在NiCo_(2)S_(4)@ZnIn_(2)S_(4)复合光催化剂中,具有高导电性的NiCo_(2)S_(4)助催化剂可快速接受ZnIn_(2)S_(4)上的光生电子,用以还原质子生成氢气,而电子牺牲剂TEOA捕获光生空穴,进而完成光催化氧化还原循环。该研究有望为基于纳米片为次级结构的分级空心异质结光催化剂的设计合成及其光催化制氢研究提供一定的指导。 展开更多
关键词 光催化 产氢 助催化剂 金属硫化物
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氮化碳光催化分解水的研究进展 被引量:4
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作者 王衍坤 方元行 王心晨 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第5期577-587,共11页
近年来,以氮化碳为代表的不含金属组分光催化材料逐渐成为国际光催化研究的热点之一.本文从氮化碳材料光催化分解水的构-效关系出发,围绕共聚合氮化碳、结晶相氮化碳和氮化碳光电催化等3个方面,综述提升氮化碳光吸收能力、增强电荷迁移... 近年来,以氮化碳为代表的不含金属组分光催化材料逐渐成为国际光催化研究的热点之一.本文从氮化碳材料光催化分解水的构-效关系出发,围绕共聚合氮化碳、结晶相氮化碳和氮化碳光电催化等3个方面,综述提升氮化碳光吸收能力、增强电荷迁移与分离效率等性质的手段,并探讨将氮化碳材料与光电催化体系耦合的方法.最终,对氮化碳材料在光催化分解水的研究现状与发展趋势进行分析与总结. 展开更多
关键词 光催化 氮化碳 共聚合 结晶相 光电催化 分解水
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具有可控载流子动力学的烯烃连接的共价有机框架用于高效太阳能光催化制氢
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作者 解志鹏 杨修贝 +8 位作者 张沛 柯夏婷 袁昕 翟黎鹏 王文滨 秦娜 崔乘幸 屈凌波 陈雄 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期171-180,共10页
太阳能光催化水直接制氢被认为是未来解决全球能源危机和环境污染问题的有效途径之一.COFs是一类新兴的有机结晶多孔聚合物光催化剂,具有巨大的发展空间.当前研究最多的是亚胺键连接的COFs光催化剂,其骨架的π-共轭程度相对较低,且亚胺... 太阳能光催化水直接制氢被认为是未来解决全球能源危机和环境污染问题的有效途径之一.COFs是一类新兴的有机结晶多孔聚合物光催化剂,具有巨大的发展空间.当前研究最多的是亚胺键连接的COFs光催化剂,其骨架的π-共轭程度相对较低,且亚胺键上的氮容易受到质子攻击,会影响光化学过程和光催化性能.烯烃(C=C键)连接的COFs是全π-共轭的,具有促进的载流子迁移率和超高的化学稳定性,是极具潜力的光催化反应平台.然而,由于C=C键的不可逆特性,成功构筑具有高结晶度和孔隙率的烯烃连接的COFs仍极具挑战.构建D-A结构被认为是提升其光催化活性的有效策略之一,但目前具有D-A结构的烯烃连接的COFs光催化研究较少.本文提出了一种简单的分子工程策略来调控烯烃连接COFs的D-A相互作用以实现高效的光催化产氢.将2,4,6-三甲基1,3,5-三嗪(TM)分别与对苯二甲醛(TA)、2,5-二甲基对苯二甲醛(MA)和3,3’-二甲基-4,4’-二醛基联苯(DMA)通过Knoevenagel聚合反应制备三种D-A型烯烃连接的COFs,即TM-TA-COF,TM-MA-COF和TM-DMA-COF,系统考察了引入甲基和苯环等较弱电子给体对光催化析氢性能的影响.结果发现,当将电子基团锚定在框架中时,可提供不同程度的D-A相互作用力,从而精准调控COFs光催化剂的激子解离效率、电荷传输行为、光响应能力和HOMO-LUMO水平,优化COFs的光催化产氢活性.傅里叶红外光谱、固体核磁和X射线光电子能谱证明了三种COFs材料的成功合成.粉末X射线衍射和氮气吸脱附结果表明,三种COFs具有良好的结晶性和高孔隙率(比表面积分别为911,747和1021 m^(2)g^(-1)).光物理测试结果表明,三种COFs都具有可见光响应能力和合适的导带位置以驱动可见光光催化分解水产氢,且光生载流子的复合程度和激子结合能随着给体共轭程度的增强而降低,其中TM-DMA-COF具有最优的载流子分离能力.光催化分解水产氢结果表明,TM-DMA-COF具有最高的产氢活性,可达4300μmolh^(-1)g_(cat)^(-1),高于大多数COFs光催化剂的析氢性能,与预测结果一致.光(电)化学测试结果表明,TM-DMA-COF表现出最高产氢催化活性,这与其具有最佳的电荷转移动力学以及最强的与Pt助催化剂相互作用力有关.理论研究结果表明,D-A相互作用随着给体共轭程度的提高而增强,这有利于载流子动力学以及降低H_(2)形成的能量势垒,最终提升光催化活性.综上,本文制备了三种具有高结晶度和孔隙率的D-A型烯烃连接COFs,以阐述甲基和苯环等相对较弱的给电子基团在COFs光催化剂结构设计中的价值,为调节COFs的光催化性能提供了一种新的简单有效的策略. 展开更多
关键词 共价有机框架 光催化产氢 烯烃连接 多孔材料 给体受体
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Ni2P纳米片用于光催化二氧化碳还原 被引量:3
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作者 潘志明 刘明辉 +3 位作者 牛萍萍 郭芳松 付贤智 王心晨 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第1期234-242,共9页
光催化还原二氧化碳是人工光合作用的重要组成部分,但由于还原二氧化碳的活化能过高导致其应用受到极大地限制。这里,我们报道Ni2P材料耦合光敏剂能够实现高效的光催化二氧化碳还原。此外,为了进一步的提高二氧化碳还原性能,一种合成超... 光催化还原二氧化碳是人工光合作用的重要组成部分,但由于还原二氧化碳的活化能过高导致其应用受到极大地限制。这里,我们报道Ni2P材料耦合光敏剂能够实现高效的光催化二氧化碳还原。此外,为了进一步的提高二氧化碳还原性能,一种合成超薄片层结构Ni2P纳米片的策略被采用,目的提高其对二氧化碳吸附能力和降低二氧化碳还原的活化能。一系列物理化学表征被实施,比如X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等。这些实验结果证实了厚度为1.5 nm的超薄Ni2P纳米片被成功地制备。荧光实验结果揭示了Ni2P纳米片能够更高效地促进光生载流子的分离。此外,电化学实验证明了Ni2P纳米片具有较高的活性比表面积和电荷导电性,因此可以为二氧化碳转化提供更多的活性中心,从而加快其界面反应动力学。光催化二氧化碳还原实验结果展现了Ni2P纳米片光催化一氧化碳的生成速率为64.8μmol?h-1,且其活性是Ni2P颗粒光催化二氧化碳还原活性的四倍,同时它展现出较高化学稳定性。这项工作为超薄Ni2P纳米片在光催化二氧化碳中的应用提供了新的思路。 展开更多
关键词 光催化 纳米片 磷化镍 二氧化碳还原 一氧化碳
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PdS修饰的ZnIn_(2)S_(4)复合材料用于可见光催化硫醇偶联制备二硫化物同时产氢 被引量:1
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作者 李晓娟 祁明雨 +3 位作者 李婧宇 谭昌龙 唐紫蓉 徐艺军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期55-65,共11页
二硫化物及其衍生物是生物、医药和工业合成的重要中间体,不仅在蛋白质功能化和药物传递系统中发挥着重要作用,而且在橡胶硫化剂、农药和抗氧化剂的生产中广泛应用.在传统合成策略中,有毒或昂贵的试剂通常被用于硫醇的偶联,且该过程存... 二硫化物及其衍生物是生物、医药和工业合成的重要中间体,不仅在蛋白质功能化和药物传递系统中发挥着重要作用,而且在橡胶硫化剂、农药和抗氧化剂的生产中广泛应用.在传统合成策略中,有毒或昂贵的试剂通常被用于硫醇的偶联,且该过程存在反应条件苛刻、选择性低和反应时间长等问题.相比之下,光催化技术能够通过S-S偶联,将硫醇选择性地转化为二硫化物同时产氢,构建一种由光催化析氢和选择性有机合成相结合的光氧化还原体系.该双功能光催化反应体系能够充分利用光生电子和空穴的能量,同时获得绿色的清洁燃料和高价值的精细化学品,从而满足经济和社会可持续发展的目标.本文采用简便的水热法和原位沉积法成功合成了PdS助催化剂修饰的ZnIn_(2)S_(4)复合光催化剂.在可见光照射下,二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料可以高效地催化硫醇进行选择性脱氢偶联,充分利用高能电子和空穴,同时获得清洁的氢能源以及增值的二硫化物.研究表明,PdS作为一种高效的氧化型助催化剂,不仅可以有效地从ZnIn_(2)S_(4)半导体中捕获光生空穴,促进光生载流子的分离和转移,而且能作为硫醇氧化的活性反应位点,从而显著提高ZnIn_(2)S_(4)的光催化性能.3%PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料具备最佳的光催化活性,其双(4-甲氧基苯基)二硫化物和氢气的产量分别是ZnIn_(2)S_(4)的8.4和10.7倍.此外,二硫化物在该光催化反应过程中表现出优异的选择性(>99.0%).循环活性实验以及催化反应前后的X射线光电子能谱结果表明,二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料具有良好的光催化稳定性.PdS-ZnIn_(2)S_(4)可以有效地催化多种具有不同取代基的硫醇的脱氢偶联,生成相应的S-S目标产物,说明了二元PdS-ZnIn_(2)S_(4)复合材料在光催化硫醇转化中的普适性.此外,原位傅里叶变换红外光谱揭示了反应物在催化剂表面的动态变化.通过电子顺磁共振光谱技术对反应过程中的自由基中间体进行原位监测,确认了硫中心自由基是硫醇氧化偶联过程中关键的自由基中间体.综上,本文为以绿色可持续的方式同时获得清洁太阳能燃料和具有高附加值的化学品提供了参考. 展开更多
关键词 氧化型助催化剂 硫铟锌 光氧化还原反应 二硫化物合成 析氢
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一维S型异质结W_(18)O_(49)-SiC海胆状复合催化剂增强光催化CO_(2)还原
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作者 林敏 罗美兰 +3 位作者 柳勇志 沈锦妮 龙金林 张子重 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第7期239-248,共10页
光催化转化CO_(2)与H_(2)O反应生成燃料或化学品是一种可持续太阳能存储和CO_(2)利用的理想策略.由于CO_(2)还原和H_(2)O氧化的高电位和多重电子传递要求,CO_(2)+H_(2)O反应过程在动力学上是一个缓慢的过程,并且光催化剂仍存在可见光响... 光催化转化CO_(2)与H_(2)O反应生成燃料或化学品是一种可持续太阳能存储和CO_(2)利用的理想策略.由于CO_(2)还原和H_(2)O氧化的高电位和多重电子传递要求,CO_(2)+H_(2)O反应过程在动力学上是一个缓慢的过程,并且光催化剂仍存在可见光响应范围窄、载流子分离效率低的问题.因此,开发可见光光催化剂实现有效的CO_(2)还原转化仍然极具挑战性.构建异质结是提高光催化剂CO_(2)还原性能的重要途径.单一光催化剂之间以颗粒-颗粒、层-层和核-壳等多种纳米结构进行复合,这样形成的异质结通常以三维(3D)或二维(2D)的结构模型存在于两组分催化剂界面.目前,复合光催化剂的一维(1D)异质结的研究较少.理论上,光催化剂的一维(1D)异质结具有突出的优势,反应物分子能够充分接触到一维(1D)异质结界面的所有原子以提供更多的反应和吸附活性位点,还可以增强异质结效应对光生电子和空穴的高效率分离,从而有效提高光催化性能.本文采用简单的溶剂热法将W18O49纳米片原位生长在SiC纳米空心球笼上,构建了具有海胆状形貌的S型异质结光催化剂.扫描电镜证明成功合成了海胆状形貌的异质结.N_(2)吸附-脱附和接触角测试结果表明,W18O49纳米片在SiC纳米球笼表面的生长不仅可以增强复合催化剂材料的CO_(2)吸附性能,还可以改变SiC纳米球笼表面的润湿性能,提高其对反应物H_(2)O分子的亲和力.X射线光电子能谱、开尔文探针力显微镜和紫外-可见光谱等表征结果表明,SiC和W18O49之间存在着紧密接触的S型异质结界面,内建电场有助于光生载流子的分离和迁移,从而增强光催化CO_(2)还原性能.该结构催化剂不仅为光催化剂与反应物分子的接触提供了更大的表面积,而且缩短了电子和空穴的扩散路径.这些优势加速了CO_(2)和H_(2)O分子在SiC-W18O49复合光催化剂表面的反应动力学过程.复合光催化剂上快速的H_(2)O分子氧化形成更多的质子,有利于质子参与CO_(2)还原过程.与单一SiC光催化剂主要将CO_(2)还原为CO相比,SiC-W18O49复合材料不仅光催化活性大大提高,而且产物选择性发生了从CO向多质子产物CH4和CH3OH转变的显著变化.SiC-W18O49复合材料的光催化CO_(2)还原生成CO+CH4+CH3OH产物,总产物生成速率可达21.87μmolg^(-1)h^(-1).综上,复合光催化剂的异质结电子结构和维度结构对光催化CO_(2)还原性能具有重要影响,这对设计高效CO_(2)还原的异质结光催化剂具有重要参考意义. 展开更多
关键词 一维异质结 S型 海胆状结构 CO_(2)还原 SiC-W_(18)O_(49)
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可见近红外光响应直接Z型异质结光催化剂LaNiO_(3)/CdS的产氢性能
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作者 王兆宇 杨兆杰 +2 位作者 程锦添 陈锦溢 张明文 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第3期533-544,共12页
通过冷凝-回流方式制备可见近红外光响应直接Z型LaNiO_(3)/CdS纳米复合物,在对其进行物理化学表征后将其应用于光解水产氢反应。在可见光照射下,LaNiO_(3)/CdS光催化剂在5 h的H_(2)产量达到737μmol,其H_(2)产量是CdS的4.3倍(172μmol)... 通过冷凝-回流方式制备可见近红外光响应直接Z型LaNiO_(3)/CdS纳米复合物,在对其进行物理化学表征后将其应用于光解水产氢反应。在可见光照射下,LaNiO_(3)/CdS光催化剂在5 h的H_(2)产量达到737μmol,其H_(2)产量是CdS的4.3倍(172μmol)。光电化学测试证实,LaNiO_(3)/CdS之间异质结的构筑能有效地促进光生载流子在界面的迁移、分离,从而促进其光解水产氢效率和稳定性的提高。同时随着近红外光的引入,其产氢活性提高至996μmol。在上转换荧光测试中,LaNiO_(3)在808 nm光激发下在406和628 nm显示出发射荧光,这表明其能在近红外光照射下产生光生载流子,从而进一步提高其光解水产氢效率。 展开更多
关键词 LaNiO_(3)/CdS纳米杂化物 光解水产氢反应 近红外光响应 异质结 上转换荧光
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新型冠状病毒快速检测的生物及化学原理
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作者 黄虹 陈燕茹 +3 位作者 吕锦瑞 袁耀锋 申志发 吴再生 《化学传感器》 CAS 2021年第1期1-8,共8页
新型冠状病毒主要依靠飞沫、直接接触和气溶胶进行传播。其传播速度快,传播途径隐蔽,传播性强,使人防不胜防,早发现、早隔离、早诊断和早治疗是防控的关键。文章从病毒分子生物学和生物分析层面,简要介绍新型冠状病毒各种常用检测方案,... 新型冠状病毒主要依靠飞沫、直接接触和气溶胶进行传播。其传播速度快,传播途径隐蔽,传播性强,使人防不胜防,早发现、早隔离、早诊断和早治疗是防控的关键。文章从病毒分子生物学和生物分析层面,简要介绍新型冠状病毒各种常用检测方案,为抗击疫情的临床诊断提供参考,也为教育教学及全民抗疫通识教育提供理论支撑。 展开更多
关键词 新型冠状病毒 检测方法 生物化学知识 临床诊断
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Superposition of dual electric fields in covalent organic frameworks for efficient photocatalytic hydrogen evolution
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作者 Chao Li Shuo Wang +8 位作者 Yuan Liub Xihe Huang Yan Zhuang Shuhong Wu Ying Wang Na Wen Kaifeng Wu Zhengxin Ding Jinlin Long 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第8期164-175,共12页
Covalent organic frameworks(COFs)are promising materials for converting solar energy into green hydrogen.However,limited charge separation and transport in COFs impede their application in the photocatalytic hydrogen ... Covalent organic frameworks(COFs)are promising materials for converting solar energy into green hydrogen.However,limited charge separation and transport in COFs impede their application in the photocatalytic hydrogen evolution reaction(HER).In this study,the intrinsically tunable internal bond electric field(IBEF)at the imine bonds of COFs was manipulated to cooperate with the internal molecular electric field(IMEF)induced by the donor-acceptor(D-A)structure for an efficient HER.The aligned orientation of IBEF and IMEF resulted in a remarkable H_(2) evolution rate of 57.3 mmol·g^(-1)·h^(-1)on TNCA,which was approximately 520 times higher than that of TCNA(0.11 mmol·g^(-1)·h^(-1))with the opposing electric field orientation.The superposition of the dual electric fields enables the IBEF to function as an accelerating field for electron transfer,kinetically facilitat-ing the migration of photogenerated electrons from D to A.Furthermore,theoretical calculations indicate that the inhomogeneous charge distribution at the C and N atoms in TNCA not only pro-vides a strong driving force for carrier transfer but also effectively hinders the return of free elec-trons to the valence band,improving the utilization of photoelectrons.This strategy of fabricating dual electric fields in COFs offers a novel approach to designing photocatalysts for clean energy synthesis. 展开更多
关键词 Covalent organic framework Internal molecular electric field Internal bond electric field PHOTOCATALYSIS Hydrogen evolution
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