基于立方烷结构的分子催化剂在光催化水氧化中的研究进展

随着化石燃料大量使用带来的气候变化和环境污染问题日趋严重,寻找清洁高效的可再生能源用做传统化石燃料的替代品,已经成为当前的研究热点。光驱动的水分解反应被认为是太阳能制氢的可行途径。水的全分解包括两个半反应-水的氧化和质子还原。其中水的氧化反应是一个涉及四个电子和四个质子转移的复杂过程,需要很高的活化能,被认为是全分解水反应的瓶颈步骤。因此,开发高效、稳定、廉价丰产的水氧化催化剂是人工光合作用突破的关键因素。立方烷具有类似自然界光合作用酶光系统II(PSII)活性中心Mn_4CaO_5簇的结构,世界各国的科学家受自然界光合作用的启发,开发出了许多基于过渡金属的立方烷结构的催化剂,常见的有锰、钴和铜等立方烷催化剂。本文简要地综述了近年来立方烷分子催化剂在光催化水氧化中的研究进展。首先介绍了立方烷基光催化水氧化反应历程,继而详细介绍了基于有机配体的立方烷配合物和全无机的多金属氧酸盐立方烷水氧化催化剂,其次是半导体(BiVO4或聚合的氮化碳(PCN))为捕光材料复合立方烷分子催化剂的水氧化体系最新研究进展。最后总结并展望了该领域所面临的挑战及其前景。     

层状过渡金属氢氧化物应用于碱性氢气析出反应（英文）

氢气因为其高质量比活性,环境友好等特点,被公认为是一种很有希望替代化石能源的可再生能源.其中,碱性条件电解水被认为是可大规模生产氢气的技术之一.但氢气析出反应在碱性条件反应速率缓慢,为提升氢气析出反应速率,因此研究者们设计和制备了大量的材料.本文归纳了有效促进碱性条件氢气析出反应速率的关键材料--层状过渡金属氢氧化物的重要研究进展.首先,基于过渡金属氢氧化物的结构,阐述了过渡金属氢氧化物与氢气析出反应活性材料间的协同催化机理.接着,以提升协同催化作用为中心,归纳了基于过渡金属氢氧化物的氢气析出反应催化剂和电极的最近研究进展,分别包含过渡金属氢氧化物和氢气析出反应活性材料的种类、结构、形貌及其相互作用.此外,本文从高活性和长寿命的催化剂和电极设计出发,归纳了最近基于过渡金属氢氧化物的催化剂和电极在水分解领域的进展.最后,本文总结和展望了电解水制氢技术的未来应用和发展中不可避免的一些问题与挑战.目前,应用于氢析出反应的过渡金属氢氧化物主要集中于镍基、钴基和铁基氢氧化物和其双金属氢氧化物,为层状水滑石结构.因为上述过渡金属氢氧化物弱的氢吸附,所以其析氢活性非常低.但是过渡金属氢氧化物对氢氧根的吸附能力强,其与析氢活性材料复合后能形成协同作用,提升氢析出反应速率.具体而言,当水吸附在析氢活性材料和过渡金属氢氧化物的界面处时,水的氢原子端吸附在析氢活性材料侧,而水的另一端--氢氧根,吸附在过渡金属氢氧化物侧,这样的吸附方式对水的分解具有很强的剪切作用,从而加快碱性氢析出反应的决速步--水分子分解,加快析氢反应速率.为深入理解协同作用和进一步提升协同作用效果,研究者对过渡金属氢氧化物和对应的复合析氢活性材料的种类、结构、形貌和含量,进行了系统深入的研究.结果显示,氢氧化镍和氢氧化钴能明显促进氢析出反应,其中,氢氧化镍更具优势.此外,过渡金属氢氧化物具有较好氧析出活性,所以合适的过渡金属氢氧化物与析氢活性材料复合后,可制备氢析出反应和氧析出反应的双功能催化剂和电极.     

单核第一过渡周期金属水氧化催化剂（英文）

由于传统化石能源的不可再生性,其储量日益减少.同时,传统化石能源的使用对环境产生了巨大影响,给人类社会带来了一系列问题,包括温室效应、酸雨等.因此,进入二十一世纪以后,人类面临着日益严峻的能源危机和环境问题,寻找清洁、高效的替代能源已经迫在眉睫.太阳能被认为是一种洁净的可再生能源.自然界通过光合作用将太阳能转化为化学能,在这一过程中,水被氧化产生氧气,同时释放出的电子和质子通过和二氧化碳作用生成碳水化合物.为了模拟这一过程,人工光合作用可以直接将电子和质子结合形成氢气.由此生成的氢气也被认为是洁净的可再生能源,因为在其燃烧过程中只产生水.因此,通过光致水分解析氢析氧的人工光合作用受到了越来越广泛的重视.水分解可以分为两个独立的半反应,即水的氧化析氧和水的还原析氢.水的氧化无论在热力学还是动力学方面,都存在着非常大的阻碍.在热力学上,两分子的水氧化生成一分子氧气需要提供很多能量(ΔE=1.23 V vs NHE).在动力学上,由于涉及到四个氢原子和两个氧原子的重组,并且涉及到氧氧键形成并释放出一分子氧气,因此水氧化是一个非常缓慢的过程.在自然界,水的氧化主要发生在光合作用中,在绿色植物的叶绿体中完成.通过对光合作用的研究,科学家们发现氧气的产生由光系统Ⅱ(PSII)中的释氧中心来完成.释氧中心是一个钙锰簇合物,由四个锰和一个钙组成(Mn_4CaO_x).自然界水分解产生氧气的过程给了我们很大启示,对设计和研究高效稳定的水氧化催化剂具有一定的指导意义.目前水氧化催化剂主要有两大类.第一类是基于材料的水氧化催化剂.该类催化剂的催化效率高,过电势小,但是对水氧化催化过程的机理缺乏深入研究.第二类是基于金属配合物的分子催化剂.相比基于材料的催化剂,分子催化剂具有以下特点:(1)分子催化剂的结构可以通过实验手段表征清楚;(2)可以结合光谱对水氧化的机理进行深入研究,可以对催化过程中间体进行表征;(3)催化剂的结构可以从分子水平上进行修饰,因此可以更好地研究催化效率与结构之间的关系,为设计高效、稳定的催化剂提供必要信息;(4)比较容易组装成分子器件从而应用到实际的水氧化装置中;(5)通过实验与理论的结合,对氧氧成键提出新的认识与理解.近几年来,一些单核的金属配合物逐渐被发现可以高效、稳定地催化水氧化.研究表明,一些基于钌和铱的催化剂具有良好的催化活性,但由于金属钌和铱储量少、价格昂贵等因素,限制了该类催化剂的大量使用.由于第一过渡系金属元素具有储量丰富、安全无毒、廉价易得等优势,第一过渡周期金属化合物逐渐成为科学家们研究的热点.近几年来,基于第一过渡系金属的水氧化催化剂已经有大量报道.本文主要总结了近几年来基于第一过渡系金属的单核水氧化分子催化剂.通过对催化机理进行深入的讨论,特别是对氧氧成键的总结,本文将对设计合成结构新颖、具有高催化效率和良好稳定性的水氧化分子催化剂提供理论依据.     

Co_4O_4立方烷分子催化剂用于高效光电催化分解水

正模拟光合作用、利用太阳能分解水制氢是实现太阳能转换的一条理想途径。作为水分解反应的两个半反应之一,高效催化水氧化一直以来是人工光合作用体系的瓶颈所在~1。目前除多相水氧化催化剂外,基于过渡金属配合物的小分子催化剂凭借其高活性、结构明确以及性能易于调控等优势受到越来越多的关注~(2,3)。然而,可见光驱动的水分解对于分子催化剂是一个巨大挑战。尽管分子水氧化催化剂在含有电子牺牲受体的半反应     

基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢研究进展

能源和环境问题是21世纪人类面临的两个巨大挑战.鉴于此,为了实现人类社会的可持续发展,寻求能够替代化石能源的安全无污染可再生能源已迫在眉睫.太阳光驱动水分解是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,其分解产物氢气和氧气在燃烧释放能量的同时生成洁净无污染的可饮用水,实现了完美的可持续能量循环,对于解决当今全球面临的能源危机与环境污染问题具有巨大的应用价值.然而,长期以来光驱动水分解所面临的巨大难题是半反应动力学非常缓慢,通常需要克服较高的能量势垒,导致整体能量转化效率低.利用非贵金属制备高催化效能、低成本的水分解催化材料成为该领域的研究热点和难点.目前,已报道的光驱动产氢催化剂可以被归纳为两大类:均相催化剂和异相催化剂.均相催化剂通常具备高催化活性、高选择性以及易于进行机理研究等优点,而异相催化剂则具备廉价、易得和高稳定性等优点;然而它们也存在一些不容忽视的问题,如均相催化剂的低稳定性、易分解失活,异相催化剂表面易被毒化失活、低催化转化数及转化频率等.如何设计合成兼具二者优点的产氢催化剂吸引了领域内研究者的广泛关注.作为一类新兴的多电子转移催化剂,多金属氧酸盐因其丰富多样的合成策略以及高度可调的物理化学及光化学性质,已被广泛用于催化水分解制氢气研究.该类多金属氧酸盐催化剂具备了介于均相分子化合物和异相金属氧化物之间的结构,这种独特的结构赋予它们同时具备均相分子催化剂的高活性、高选择性、高可控性、易于进行机理性研究等优点,又具备异相金属氧化物催化剂的廉价易得及稳定性高等优势.随着研究的开展,基于多金属氧酸盐的光催化产氢体系已由当初的贵金属辅助逐渐转变为丰产元素参与,光源的选择方面也从与太阳光谱匹配度低的紫外光转变为可见光.本文对30多年来基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢成果进行了综述,主要包括有/无贵金属辅助的多金属氧酸盐,多酸@金属有机框架复合物,多酸-半导体复合材料在紫外光或可见光条件下的光催化产氢研究;同时讨论总结了不同类型催化体系的反应机理;并对该领域的未来发展趋势及研究方向进行了展望.     

基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢研究进展（英文）

能源和环境问题是21世纪人类面临的两个巨大挑战.鉴于此,为了实现人类社会的可持续发展,寻求能够替代化石能源的安全无污染可再生能源已迫在眉睫.太阳光驱动水分解是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,其分解产物氢气和氧气在燃烧释放能量的同时生成洁净无污染的可饮用水,实现了完美的可持续能量循环,对于解决当今全球面临的能源危机与环境污染问题具有巨大的应用价值.然而,长期以来光驱动水分解所面临的巨大难题是半反应动力学非常缓慢,通常需要克服较高的能量势垒,导致整体能量转化效率低.利用非贵金属制备高催化效能、低成本的水分解催化材料成为该领域的研究热点和难点.目前,已报道的光驱动产氢催化剂可以被归纳为两大类:均相催化剂和异相催化剂.均相催化剂通常具备高催化活性、高选择性以及易于进行机理研究等优点,而异相催化剂则具备廉价、易得和高稳定性等优点;然而它们也存在一些不容忽视的问题,如均相催化剂的低稳定性、易分解失活,异相催化剂表面易被毒化失活、低催化转化数及转化频率等.如何设计合成兼具二者优点的产氢催化剂吸引了领域内研究者的广泛关注.作为一类新兴的多电子转移催化剂,多金属氧酸盐因其丰富多样的合成策略以及高度可调的物理化学及光化学性质,已被广泛用于催化水分解制氢气研究.该类多金属氧酸盐催化剂具备了介于均相分子化合物和异相金属氧化物之间的结构,这种独特的结构赋予它们同时具备均相分子催化剂的高活性、高选择性、高可控性、易于进行机理性研究等优点,又具备异相金属氧化物催化剂的廉价易得及稳定性高等优势.随着研究的开展,基于多金属氧酸盐的光催化产氢体系已由当初的贵金属辅助逐渐转变为丰产元素参与,光源的选择方面也从与太阳光谱匹配度低的紫外光转变为可见光.本文对30多年来基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢成果进行了综述,主要包括有/无贵金属辅助的多金属氧酸盐,多酸@金属有机框架复合物,多酸-半导体复合材料在紫外光或可见光条件下的光催化产氢研究;同时讨论总结了不同类型催化体系的反应机理;并对该领域的未来发展趋势及研究方向进行了展望.     

铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化烯烃环氧化

近年来,含有过渡金属配合物和多金属氧酸盐的三维超分子化合物的合成与性能研究受到广泛关注.利用过渡金属配合物优良的可裁剪性和修饰性,可以对多金属氧酸盐化合物的结构和性质进行有效调控,进而构造出具有独特空间结构和性质的新型功能材料.这类材料往往具有多金属氧酸盐与过渡金属配合物两者结合的优点,在医学、光学、磁性材料、气体吸附材料及催化等领域显示出重要的学术研究价值和潜在的应用前景.然而,相比于在化合物合成及结构研究领域中的快速发展,过渡金属配合物修饰的多金属氧酸盐基化合物在催化领域中应用较少.本文采用水热合成法,以4,4′-联吡啶(bipy)或1,4′-双咪唑-1-甲基苯(bix)为氮杂环配体,合成了两个铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化剂,分别记为[Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O (1)和[Cu(bix)][(Cubix)(δ-Mo8O26)0.5](2).催化剂1中包含一个由铜的4,4′-联吡啶有机链修饰的钼氧簇链,催化剂2是由1,4′-双咪唑-1-甲基苯有机配体、铜离子和八钼酸盐构筑的具有自穿插结构的超分子化合物.通过以叔丁基过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化催化反应,考察了两种催化剂的催化性能.结果表明,催化剂1和2对环辛烯或1-辛烯环氧化反应表现出较高的催化活性,性能均明显优于未引入铜配合物的超分子化合物(H2bix)[(Hbix)2(γ-Mo8O26)]2·H2O (3);在相同反应条件下,催化剂1表现出更高的催化活性;溶剂种类显著影响催化剂的催化性能,以乙腈为溶剂时,苯乙烯环氧化反应主产物为苯甲醛(仅有很少量的环氧化合物),而以氯仿为溶剂时,环氧化合物选择性显著提高;中断实验和循环测试结果表明,催化剂1和2在1-辛烯环氧化反应中均表现出良好的稳定性和循环使用性. FT-IR和XRD表征结果证实,经多次循环使用后催化剂结构基本保持不变,表明催化剂具有良好的结构稳定性. XPS表征结果表明,催化剂1中钼的正电性高于催化剂2,这是由于配体类型不同及钼氧簇结构不同所致.拥有较高正电性的钼物种通常会表现出更高的催化烯烃环氧化反应能力,这可能是催化剂1的催化活性优于催化剂2的主要原因.此外,通过结构分析可以看出,催化剂1具有更开放的框架结构,这更有利于反应物扩散,继而使催化剂表现出更高的催化活性.需要指出的是,催化剂1和2中存在的铜配合物也可能直接作为新的活性中心参与对氧化剂的活化,继而对催化剂性能(活性和选择性)产生影响;此外,铜配合物与钼氧簇之间较强的相互作用使所形成的超分子化合物具有良好的结构稳定性,继而使这类超分子化合物催化剂表现出较为优异的稳定性和循环使用性.     

铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化烯烃环氧化（英文）

近年来,含有过渡金属配合物和多金属氧酸盐的三维超分子化合物的合成与性能研究受到广泛关注.利用过渡金属配合物优良的可裁剪性和修饰性,可以对多金属氧酸盐化合物的结构和性质进行有效调控,进而构造出具有独特空间结构和性质的新型功能材料.这类材料往往具有多金属氧酸盐与过渡金属配合物两者结合的优点,在医学、光学、磁性材料、气体吸附材料及催化等领域显示出重要的学术研究价值和潜在的应用前景.然而,相比于在化合物合成及结构研究领域中的快速发展,过渡金属配合物修饰的多金属氧酸盐基化合物在催化领域中应用较少.本文采用水热合成法,以4,4′-联吡啶(bipy)或1,4′-双咪唑-1-甲基苯(bix)为氮杂环配体,合成了两个铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化剂,分别记为[Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O(1)和[Cu(bix)][(Cubix)(δ-Mo8O26)0.5](2).催化剂1中包含一个由铜的4,4′-联吡啶有机链修饰的钼氧簇链,催化剂2是由1,4′-双咪唑-1-甲基苯有机配体、铜离子和八钼酸盐构筑的具有自穿插结构的超分子化合物.通过以叔丁基过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化催化反应,考察了两种催化剂的催化性能.结果表明,催化剂1和2对环辛烯或1-辛烯环氧化反应表现出较高的催化活性,性能均明显优于未引入铜配合物的超分子化合物(H2bix)[(Hbix)2(γ-Mo8O26)]2·H2O(3);在相同反应条件下,催化剂1表现出更高的催化活性;溶剂种类显著影响催化剂的催化性能,以乙腈为溶剂时,苯乙烯环氧化反应主产物为苯甲醛(仅有很少量的环氧化合物),而以氯仿为溶剂时,环氧化合物选择性显著提高;中断实验和循环测试结果表明,催化剂1和2在1-辛烯环氧化反应中均表现出良好的稳定性和循环使用性.FT-IR和XRD表征结果证实,经多次循环使用后催化剂结构基本保持不变,表明催化剂具有良好的结构稳定性.XPS表征结果表明,催化剂1中钼的正电性高于催化剂2,这是由于配体类型不同及钼氧簇结构不同所致.拥有较高正电性的钼物种通常会表现出更高的催化烯烃环氧化反应能力,这可能是催化剂1的催化活性优于催化剂2的主要原因.此外,通过结构分析可以看出,催化剂1具有更开放的框架结构,这更有利于反应物扩散,继而使催化剂表现出更高的催化活性.需要指出的是,催化剂1和2中存在的铜配合物也可能直接作为新的活性中心参与对氧化剂的活化,继而对催化剂性能(活性和选择性)产生影响;此外,铜配合物与钼氧簇之间较强的相互作用使所形成的超分子化合物具有良好的结构稳定性,继而使这类超分子化合物催化剂表现出较为优异的稳定性和循环使用性.     

多酸在电催化析氢反应中的应用研究进展

电催化水裂解是一种可持续用于生产可再生氢能源的技术。然而,开发高效稳定、低成本的析氢电催化剂仍是一项具有挑战性的任务。多金属氧酸盐(多酸)是一种离散的金属氧簇合物,通常由氧配体和高价的钒(V)、钼(VI)、钨(VI)金属构成。由于多酸含有丰富的氧化还原活性金属中心,因此,近几年来,多酸在水裂解应用研究方面备受关注。本综述将聚焦于多酸在电催化水裂解析氢的应用研究进展。本文还突出强调了电催化析氢目前面临的主要问题,以及对多酸基催化剂及作为催化剂前体在电催化析氢方面的应用及发展前景做了展望。     

轮型二十核铜取代多金属氧酸盐催化剂:光催化制氢的机理和稳定性研究

能源危机和环境污染已成为影响全人类的严峻问题,太阳能驱动水分解制备清洁可再生的氢能是解决以上问题的有效途径之一,因此,近年来环境友好的光驱动制氢方式受到广泛关注.现阶段太阳能驱动水分解体系的研究热点和难点在于研发高催化活性且廉价的非贵金属催化剂.作为具有较大应用潜力的多电子转移催化剂,廉价过渡金属取代的多金属氧酸盐因其...     

A metal-free approach to access ketones,amides, and nitriles employing TBAI/TBHP oxidative system in water

Hydrocarbons, benzylamines, and heteroaromatic-bearing amines have been efficiently employed as substrates in allylic and benzylic oxidations via C(sp3)–H bond activation by TBAI/TBHP in water. This operationally simple method allows access to ketones, nitriles, and amides in moderate to high yields and a regio- and chemoselective late-stage functionalization.     

Facile deposition of cobalt oxide based electrocatalyst on low-cost and tin-free electrode for water splitting

Facile deposition of a water-splitting catalyst on low-cost electrode materials could be attractive for hydrogen production from water and solar energy conversion. Herein we describe fast electrodeposition of cobalt-based water oxidation catalyst(Co-WOC) on simple graphite electrode for water splitting. The deposition process is quite fast, which reaches a plateau in less than 75 min and the final current density is～1.8 mA/cm2under the applied potential of 1.31 V at pH = 7.0. The scanning electron microscopy(SEM) study shows the formation of nanometer-sized particles(10-100 nm) on the surface of the electrode after only 2 min and micrometer-sized particles(2-5 μm) after 90 min of electrolysis. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) data demonstrate the as-synthesized ex-situ catalyst mainly contains Co2+and Co3+species incorporating a substantial amount of phosphate anions. These experiments suggest that cost-efficient cobalt oxide materials on graphite exhibit alluring ability for water splitting, which might provide a novel method to fabricate low-cost devices for electrochemical energy storage.     

Electronic,mechanistic, and structural factors that influence the performance of molecular water oxidation catalysts anchored on electrode surfaces

To harness solar energy to generate fuels powerful anodes for the water oxidation reaction need to be developed. During the last decade, an extensive number of molecular water oxidation catalysts based on transition metals have been reported, and in some cases, these molecular catalysts have been anchored on conductive surfaces generating molecular anodes. In this review, we analyze the factors that influence the performance of these molecular anodes, which are largely related to their mechanism of O–O bond formation and the nature of the anchoring functionality.     

Facile deposition of cobalt oxide based electrocatalyst on low-cost and tin-free electrode for water splitting

Facile deposition of a water-splitting catalyst on low-cost electrode materials could be attractive for hydrogen production from water and solar energy conversion. Herein we describe fast electrodeposition of cobalt-based water oxidation catalyst(Co-WOC) on simple graphite electrode for water splitting. The deposition process is quite fast, which reaches a plateau in less than 75 min and the final current density is～1.8 mA/cm2under the applied potential of 1.31 V at pH = 7.0. The scanning electron microscopy(SEM) study shows the formation of nanometer-sized particles(10-100 nm) on the surface of the electrode after only 2 min and micrometer-sized particles(2-5 μm) after 90 min of electrolysis. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) data demonstrate the as-synthesized ex-situ catalyst mainly contains Co2+and Co3+species incorporating a substantial amount of phosphate anions. These experiments suggest that cost-efficient cobalt oxide materials on graphite exhibit alluring ability for water splitting, which might provide a novel method to fabricate low-cost devices for electrochemical energy storage.     

Electrochemical Formation of Fe(IV)=O Derived from H2O2 on a Hematite Electrode as an Active Catalytic Site for Selective Hydrocarbon Oxidation Reactions

The high-valence iron species (Fe(IV)=O) in the cytochrome P450 enzyme superfamily is generated via the activation of O₂, and serves as the active center of selective hydrocarbon oxidation reactions. Furthermore, P450 can employ an alternate route to produce Fe(IV)=O, even from H₂O₂ without O₂ activation. Meanwhile, Fe(IV)=O has recently been revealed to be the reactive intermediate during H₂O oxidation to O₂ on hematite electrodes. Herein, we demonstrated the generation of Fe(IV)=O on hematite electrodes during the electrochemical oxidative decomposition of H₂O₂ using in situ UV-visible absorption spectra. The generation of Fe(IV)=O on hematite electrodes from H₂O₂ exhibited 100 mV lower overpotential than that from H₂O. This is because H₂O₂ serves not only as the oxygen source of Fe(IV)=O, but also as the additional oxidant. Finally, we confirmed that the Fe(IV)=O generated on hematite electrodes can serve as the catalytic site for styrene epoxidation reactions.     

Experiment of subcritical water (Fenton) oxidation treatment of methyl vanillin wastewater

In this paper the oxidative degradation process of methyl vanillin wastewater was studied by the subcritical water oxidation (HCWO) technology. A subcritical Fenton oxidation (HCFO) system formed while Fe²⁺ was added as a catalyst. The oxidation degradation kinetics of methyl vanillin wastewater was also studied. The results showed that the suitable process conditions for degradation of methyl vanillin wastewater by HCWO were as follows: temperature of 340 ​°C, pressure of 24 ​MPa, oxidant multiple of 1.5, residence time of 217.3 ​s (flow rate of 2.0 ​mL ​min^-1). For methyl vanillin wastewater, the HCFO system has no obvious advantages compared to the HCWO system. The activation energy (Ea) of HCWO oxidized methyl vanillin wastewater reaction was 32.6 ​kJ ​mol^-1, and the pre-exponential factor A was 5.64 s^-1.     

A2BO4尖晶石类催化剂在紫外可见光水氧化的研究

采用溶胶-凝胶法制备La_xSr_(2-x)MnO_4尖晶石类光催化剂,确定了适用于La_xSr_(2-x)MnO_4的制备方法和条件,通过改变结构和组分实现光催化水氧化反应。实验表明,晶体的缺陷和晶格的变形影响光催化性能且x为0.3~0.6时都表现良好的催化活性,Na_2S_2O_8浓度过高不利于催化性能,可能发生其它的副反应。利用X-射线衍射(XRD)法,气相色谱(GC)法、电化学循环伏安法、极化曲线法、X射线光电子能谱分析(XPS)法对结构和其催化性能进行表征。     

Half‐sandwich Ir (III) and Rh (III) complexes as catalysts for water oxidation with double‐site

A series of neutral binuclear iridium and rhodium complexes were synthesized based on bis‐imine ligands under mild conditions. These half‐sandwich late transition metal complexes were isolated in good yields and characterized by elemental analysis, ¹H NMR, ¹³C NMR, HR‐MS, and FT‐IR spectroscopies, and the solid state structure of complexes 1 and 2 were further confirmed by single‐crystal X‐ray diffraction. Cyclic voltammetry (CV) characterization indicated that the complex 1 has the best catalyst for water oxidation process with TOF of 0.8 s^?1 at low overpotential of 0.325 V in methanol‐phosphate buffer. The proposed double‐site water oxidation mechanism had been also speculated .     

A Semiconductor-Mediator-Catalyst Artificial Photosynthetic System for Photoelectrochemical Water Oxidation

In fabricating an artificial photosynthesis (AP) electrode for water oxidation, we have devised a semiconductor-mediator-catalyst structure that mimics photosystem II (PSII). It is based on a surface layer of vertically grown nanorods of Fe₂O₃ on fluorine doped tin oxide (FTO) electrodes with a carbazole mediator base and a Ru(II) carbene complex on a nanolayer of TiO₂ as a water oxidation co-catalyst. The resulting hybrid assembly, FTO|Fe₂O₃|−carbazole|TiO₂|−Ru(carbene) , demonstrates an enhanced photoelectrochemical (PEC) water oxidation performance compared to an electrode without the added carbaozle base with an increase in photocurrent density of 2.2-fold at 0.95 V vs. NHE and a negatively shifted onset potential of 500 mV. The enhanced PEC performance is attributable to carbazole mediator accelerated interfacial hole transfer from Fe₂O₃ to the Ru(II) carbene co-catalyst, with an improved effective surface area for the water oxidation reaction and reduced charge transfer resistance.