梯型In2O3/ZnIn2S4杂化体系的构建及其光催化固氮增效

工业化固氮合成氨主要采用Haber-Bosch法.然而,该工艺条件苛刻,需要氮气与氢气在高温高压和使用催化剂的条件下反应,耗费大量能源,同时产生温室气体.与Haber-Bosch法不同,光催化固氮不需要使用氢气,而是利用清洁的太阳能和水直接提供固氮反应所需的还原电子和质子,反应耗能低且绿色无污染,是一种理想的固氮方法.然而,目前光催化固氮合成氨受限于光催化剂载流子分离效率低、氮气吸附和活化难,总体固氮效率仍然很低.大量研究证明,构建梯型异质结是一种改善光催化活性的有效手段,这是因为梯型异质结体系不仅有效分离光生载流子,而且保留了光生空穴和电子的强氧化还原能力.另外,表面缺陷不仅可以充当吸附位点,有效调控表面N2分子的吸附特性,还可以起到活化N2分子的作用.本文设计了富含空位的In₂O₃/ZnIn₂S₄梯型异质结,系统考察了复合体系中组分配比对晶型结构、微结构和光学吸收等的影响,并通过XPS谱研究了In₂O₃和ZnIn₂S₄之间存在强的相互作用,这为光生载流子的高效分离奠定了基础.同时,结合XPS、Raman和EPR测试揭示了材料中表面空位的成功构筑.在此基础上,深入研究了In₂O₃/ZnIn₂S₄梯型异质结在室温常压下光催化固氮合成氨的活性.研究结果表明,所有的梯型异质结均展现出明显的光催化固氮活性,其中50 wt%In₂O₃/ZnIn₂S₄梯型体系具有最高的光催化固氮活性,自然光照射2 h产生的氨气浓度达到18.1±0.77 mg·L-1,分别是In₂O₃和ZnIn₂S₄的21.0和2.72倍.并且该复合体系具有较高的光催化稳定性,在连续循环使用6次时,产生氨气浓度仍然可达到16.3±0.86 mg·L^-1.荧光光谱测试、光电化学测试和表面光电压测试证明了电荷的有效分离和转移.综上,构建In₂O₃/ZnIn₂S₄梯型体系后,所制备的In₂O₃/ZnIn₂S₄活性得到增强,这主要归因于空位对氮气的吸附和活化作用以及梯型异质结中载流子的高效分离机制.另外,研究表明·CO₂-物种是光催化固氮合成氨的主要活性物种.     

磷掺杂碳负载ZnxPyOz常温常压下高效电催化合成氨

合成氨(NH₃)的发展是现代工业进程和人类生存的基石。受氮气(N₂)化学惰性的限制,当前的合成氨工业能源消耗高并且排放大量的二氧化碳。电化学氮气还原反应(NRR),是有望取代高能耗的Haber-Bosch (HB)合成法的一种绿色可持续的合成氨工艺。然而,因氮气以及析氢竞争富反应(HER)导致电催化氮气还原极低的NH₃产率和能量转换效率一直是目前人工固氮领域面临的挑战。在本文中,我们报道了一种具有丰富孔结构的磷掺杂碳(PC)负载Zn₃(PO₄)₂/Zn₂P₂O₇纳米复合材料(h-PC/Zn₃(PO₄)₂/Zn₂P₂O₇),在酸性和中性介质中将N₂高效催化转化为NH₃。其独特的分级多孔结构提高了表面粗糙度并加快了氮气在催...     

等离子体-催化剂耦合作用下CO2的甲烷化研究

常温常压下,利用脉冲电晕等离子体与Ni/γ-Al₂O₃催化剂协同作用CO₂加氢转化生成甲烷,考察了催化剂担载量、放电参数、工艺参数等对反应的影响,并探讨了其反应机理.结果表明,在等离子体与催化剂协同作用下,CO₂加氢生成CH₄,CO₂转化率在催化剂一定担载量范围内随担载量的增加而增加;脉冲电压峰值、重复频率、进气方式、空速等对反应有重要影响;相同条件下,等离子体-催化法优于化学催化法.     

Cr2O3-Rh/Ga2O3光催化分解水的时间分辨红外光谱研究

研究半导体光催化分解水反应中光生电荷动力学和助催化剂的作用对理解其反应机理至关重要.一般来说,助催化剂不仅可以促进半导体/助催化剂界面处的光生电荷高效分离,而且可以作为反应活性中心来直接催化表面氧化或还原反应.Cr₂O₃-Rh是一种重要的产氢助催化剂,通过担载Cr₂O₃-Rh助催化剂来提高光催化分解水的策略被应用到许多光催化分解水体系中.已有研究发现,Rh/Cr₂O₃核壳结构助催化剂的产氢活性位仍然在Rh纳米粒子表面,而Cr₂O₃壳层阻止O2到达Rh核从而抑制生成水的逆反应.此外,在(Rh_2-yCr_yO₃)/(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)光催化剂中,CrO_x促进了从半导体光催化剂到活性位RhOx的电子转移.然而,Cr₂O₃-Rh助催化剂的作用本质(包括Cr₂O₃所起的作用)仍然是一个悬而未决的问题,特别是Cr₂O₃-Rh助催化剂的担载对半导体催化剂中光生电荷动力学影响的研究还非常少.本文采用原位光沉积的方法制备了Ga₂O₃、Rh/Ga₂O₃、Cr₂O₃/Ga₂O₃和Cr₂O₃-Rh/Ga₂O₃等一系列光催化剂;采用紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、CO吸附红外光谱和高分辨透射电镜(HRTEM)等表征手段研究了Cr₂O₃-Rh助催化剂的结构和形貌;采用时间分辨红外光谱(TR-MIR)研究了这些光催化剂在真空或者反应物(水汽或者氧气)存在条件下的光生电子的衰减动力学过程.UV-Vis DRS结果表明,Ga₂O₃的带隙基本上不受Rh或者Cr₂O₃-Rh助催化剂担载的影响.XPS结果表明,Cr₂O₃和Rh成功地担载在Ga₂O₃表面上.CO吸附红外和HRTEM结果表明,在Cr₂O₃-Rh助催化剂中Rh纳米粒子被Cr₂O₃部分覆盖.光生电子的衰减动力学研究结果显示,Ga₂O₃中光生电子很难直接参与质子还原反应,只有被Rh捕获后的电子才能高效地参与产氢反应;在水汽存在条件下Ga₂O₃、Rh/Ga₂O₃和Cr₂O₃-Rh/Ga₂O₃中光生电子的衰减速率随着它们光催化产氢活性的升高而增加;与Cr₂O₃/Ga₂O₃和Rh/Ga₂O₃相比,Cr₂O₃-Rh/Ga₂O₃中光生电子的初始吸光度和寿命均减小,说明Cr₂O₃对Rh/Ga₂O₃的结构修饰促进了电子从Ga₂O₃向Rh的转移过程,从而加速了质子还原反应.最后,基于这些结果提出了Cr₂O₃-Rh/Ga₂O₃光催化剂上的光催化分解水机理.本文的研究结果有利于更加深入地认识半导体光催化分解水反应机理,并为高效半导体光催化剂的合成提供一定的理论支持和指导.     

高效的CdS/Ti-Fe2O3异质结光阳极:研究Z型电荷迁移机制增强光电化学水氧化活性

近年来以Z型机制为转移的光催化体系成微光电化学分解水领域的研究热点.相比较传统的异质结,Z型异质结能够保留具有高氧化能力与高还原能力的位点,从而提高光电化学效率.其中,证明电荷的Z型迁移机制成为研究人员努力的方向,比较有效的证明方法包括自由基捕获、XPS分析和检测还原位点等.对于Z型异质结,界面电场处电荷的迁移行为是至关重要的,但目前常用的证明手段对界面电场处电荷的迁移行为研究还比较少.因此,本文精心设计了CdS/Ti-Fe₂O₃异质结光阳极来探索光电化学分解水中的电荷转移行为.采用开尔文探针测试、表面光电压谱测试和瞬态光电压谱测试等光物理测试手段监测CdS/Ti-Fe₂O₃Z型异质结光阳极界面电场中光生电荷的迁移行为.其中,开尔文探针和表面光电压测量表明,CdS/Ti-Fe₂O₃界面驱动力有利于激发电子快速迁移至CdS;由于Z型异质结是一个双光子的过程,因此在瞬态光电压的过程中采取了双光束策略,即用不同波长的光分别从两个半导体侧进行照光,以充分发挥内层CdS的电子传输层的作用.结果表明,在双光束照射下界面电场增强,使得更多Ti-Fe₂O₃电子与CdS空穴结合,使得更多Ti-Fe₂O₃电子与CdS空穴结合,更多的空穴迁移到Ti-Fe₂O₃的表面去参与反应,充分证明了CdS/Ti-Fe₂O₃光阳极的Z型迁移机制.基于界面电场有效的电荷迁移与分离的分析,对Z型异质结光阳极进行了光电化学的测试,与单纯Ti-Fe₂O₃光阳极相比,CdS/Ti-Fe₂O₃光阳极表现出优异的光电化学性能.其中,25CdS/Ti-Fe₂O₃光阳极的光电流密度在1.23V(相对于标准氢电极)达到1.94 mA/cm²,比单纯Ti-Fe₂O₃光电流高出两倍.阻抗测试结果表明,CdS/Ti-Fe₂O₃光阳极能够减小电荷传输阻力,从而加快电荷分离效率,这也间接证明了Z型光阳极的成功构筑,因此,本文提供了一个有效且新颖的手段来证明光电化学分解水中光催化系统的Z型电荷转移机制.     

表面钒修饰对α-Fe2O3材料光电化学性能的增强作用

对半导体材料进行表面化学修饰或改性,是提高其光催化活性、有效利用光能的一种重要措施.本文结合水热化学法、化学池沉积和后续热处理等,分别制备了未修饰α-Fe₂O₃和钒修饰的α-Fe₂O₃光电极材料.利用X射线粉末衍射(XRD)谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)技术分析表征了材料的晶相结构、化学组成和光谱吸收等固体物理化学性能;利用光电流测量和电化学交流阻抗谱(EIS)实验技术,并基于1 mol·L^-1NaOH (pH 13.6)中的光电化学水分解反应,研究了钒修饰对α-Fe₂O₃材料光电化学性能的增强作用.结果表明,与未修饰的Fe₂O₃材料相比,钒修饰α-Fe₂O₃样品出现FeVO₄的XRD特征峰,但临界光吸收波长未发生红移;钒修饰使Fe₂O₃材料的光电流增大4-5倍、光生载流子在电极表面的复合几率降低了3/4-4/5、电极表面电荷传递速率(表观一级速率常数)明显提高.结合Fe₂O₃/溶液界面半导体能带模型和有关研究结果,分析了研究体系的界面电荷动力学传输过程以及钒修饰使α-Fe₂O₃材料光电化学性能增强的原因.     

氮化碳启发的共价有机框架光催化剂用于高效过氧化氢光合成（英文）

过氧化氢(H₂O₂)是一种绿色高效氧化剂,广泛应用于医药、食品和造纸等领域.传统制备方法为蒽醌氧化法,但该法不仅耗能高,工艺复杂,而且会产生大量废水、废气和固体废物.探索绿色温和条件下新的H₂O₂合成方法成为当前研究热点.其中,以太阳能为驱动力的光催化H₂O₂合成策略广受关注.在光催化反应过程中,半导体光催化剂扮演着至关重要的角色,它们捕获光能、产生光生电荷并引发界面的氧化还原反应.因此,开发高效半导体催化剂是实现高效光催化H₂O₂合成的关键.氮化碳(C₃N₄)是目前应用最为广泛的H₂O₂光合成催化剂.研究表明, C₃N₄中的庚嗪基团能够和活性氧中间体形稳定加成产物,有利于H₂O₂的选择性生成.然而,由于C₃N     

Ni/Al2O3改性催化剂催化重整生物油模拟物制氢研究

制备了Ni/Al₂O₃、Ni-Cu/Al₂O₃、Ni-Co/Al₂O₃和Ni-Co-Cu/Al₂O₃催化剂,研究了Co和Cu对生物油水蒸气催化重整的影响。实验表明,Co 能促进水汽变换(WGS)反应,提高氢气的产率,Cu能抑制反应中焦炭的形成,提高催化剂的稳定性。对催化剂Ni-Co-Cu/Al₂O₃进行工艺条件考察,当900 ℃、水油比为6 g/g、质量空速(WHSV)为1 h^-1时,碳选择性达到87.5%,氢气产率达到84.2%,潜在氢气产率达到92.4%。     

磷酸钴修饰Cu3V2O8/ZnO光阳极的动力学特性及光电化学水分解研究

钒酸铜是一种新兴的应用前景广阔的光阳极材料.本工作首先制备了不同厚度的Cu₃V₂O₈光电极,通过强度调制光电流谱、电化学阻抗谱等手段深入探究了影响Cu₃V₂O₈光电性能的关键因素在于光生载流子扩散距离短造成的载流子体相复合严重以及缓慢的氧化动力学造成的表面复合严重.为解决该问题,本工作提出了将一维ZnO纳米棒阵列作为支撑骨架以及负载CoPi助催化剂的策略.一维ZnO纳米棒阵列可作为电子快速传输通道促进光生载流子的体相分离, CoPi助催化剂可提高光生载流子表面分离效率提升氧化动力学.     

脉冲电晕等离子体下甲烷偶联反应研究(Ⅲ)──金属氧化物的多相催化作用

考察了常温常压脉冲电晕等离子体作用下金属氧化物对甲烷脱氢偶联反应的催化作用,观察到不同催化剂在脉冲电晕等离子体作用下的催化活性差别很大,且对C₂产物的分布具有一定的调变作用.γ-MN₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的C₂烃收率较空白载体提高了近2倍,C₂烃选择性提高30%以上,该催化剂与脉冲电晕等离子体的结合可使其能量效率提高2倍以上.提出了一种等离子体催化作用促进甲烷脱氢偶联反应的初步模型.     

Sc2MgGa2 and Y2MgGa2

Scandium magnesium gallide, Sc₂MgGa₂, and yttrium magnesium gallide, Y₂MgGa₂, were synthesized from the corresponding elements by heating under an argon atmosphere in an induction furnace. These intermetallic compounds crystallize in the tetragonal Mo₂FeB₂‐type structure. All three crystallographically unique atoms occupy special positions and the site symmetries of (Sc/Y, Ga) and Mg are m2m and 4/m, respectively. The coordinations around Sc/Y, Mg and Ga are pentagonal (Sc/Y), tetragonal (Mg) and triangular (Ga) prisms, with four (Mg) or three (Ga) additional capping atoms leading to the coordination numbers [10], [8+4] and [6+3], respectively. The crystal structure of Sc₂MgGa₂ was determined from single‐crystal diffraction intensities and the isostructural Y₂MgGa₂ was identified from powder diffraction data.     

Zur Kenntnis der Dialkalimetalldichalkogenide β-Na2S2, K2S2, α-Rb2S2, β-Rb2S2, K2Se2, Rb2Se2, α-K2Te2, β-K2Te2 und Rb2Te2

On Dialkali Metal Dichalcogenides β-Na₂S₂, K₂S₂, α-Rb₂S₂, β-Rb₂S₂, K₂Se₂, Rb₂Se₂, α-K₂Te₂, β-K₂Te₂ and Rb₂Te₂ The first presentation of pure samples of α- and β-Rb₂S₂, α- and β-K₂Te₂, and Rb₂Te₂ is described. Using single crystals of K₂S₂ and K₂Se₂, received by ammonothermal synthesis, the structure of the Na₂O₂ type and by using single crystals of β-Na₂S₂ and β-K₂Te₂ the Li₂O₂ type structure will be refined. By combined investigations with temperature-dependent Guinier-, neutron diffraction-, thermal analysis, and Raman-spectroscopy the nature of the monotropic phase transition from the Na₂O₂ type to the Li₂O₂ type will be explained by means of the examples α-/β-Na₂S₂ and α-/β-K₂Te₂. A further case of dimorphic condition as well as the monotropic phase transition of α- and β-Rb₂S₂ is presented. The existing areas of the structure fields of the dialkali metal dichalcogenides are limited by the model of the polar covalence.     

Thermal decomposition of Me3SnO2PCl2, Me2Sn(O2PCl2)2 and Ph3SnO2PCl2

TG and DTA studies on Me₃SnO₂PCl₂, Me₂Sn(O₂PCl₂)₂ and Ph₃SnO₂PCl₂ were carried out under dynamic argon atmosphere. The results show that the decomposition proceeds in different stages leading to the formation of Sn₃(PO₄)₂ as a stable product. This compound was characterized by IR spectroscopy. Decomposition schemes involving reductive elimination reactions were proposed.     

The alkali hypophosphites KH2PO2, RbH2PO2 and CsH2PO2

The structures of the hypophosphites KH₂PO₂ (potassium hypophosphite), RbH₂PO₂ (rubidium hypophosphite) and CsH₂PO₂ (caesium hypophosphite) have been determined by single‐crystal X‐ray diffraction. The structures consist of layers of alkali cations and hypophosphite anions, with the latter bridging four cations within the same layer. The Rb and Cs hypophosphites are isomorphous.     

Crystal Structures of [Bu2Sn(O2PPh2)2], [Ph2Sn(O2PPh2)2], and [PhClSn(O2PPh2)OMe]2. Raman Spectra of [Ph2Sn(O2PPh2)2] and [PhClSn(O2PPh2)OMe]2

[(n‐Bu)₂Sn(O₂PPh₂)₂] ( 1 ), and [Ph₂Sn(O₂PPh₂)₂] ( 2 ) have been synthesized by the reactions of R₂SnCl₂ (R=n‐Bu, Ph) with HO₂PPh₂ in Methanol. From the reaction of Ph₂SnCl₂ with diphenylphosphinic acid a third product [PhClSn(O₂PPh₂)OMe]₂ ( 3 ) could be isolated. X‐ray diffraction studies show 1 to crystallize in the monoclinic space group P2₁/c with a = 1303.7(1) pm, b = 2286.9(2) pm, c = 1063.1(1) pm, β = 94.383(6)°, and Z = 4. 2 crystallizes triclinic in the space group , the cell parameters being a = 1293.2(2) pm, b = 1478.5(4) pm, c = 1507.2(3) pm, α = 98.86(3)°, β = 109.63(2)°, γ = 114.88(2)°, and Z = 2. Both compounds form arrays of eight‐membered rings (SnOPO)₂ linked at the tin atoms to form chains of infinite length. The dimer 3 consists of a like ring, in which the tin atoms are bridged by methoxo groups. It crystallizes triclinic in space group with a = 946.4(1) pm, b = 963.7(1) pm, c = 1174.2(1) pm, α = 82.495(6)°, β = 66.451(6)°, γ = 74.922(6)°, and Z = 1 for the dimer. The Raman spectra of 2 and 3 are given and discussed.     

Electrochemical study of (NEt4)2Cl2FeS2MoS2 and (NEt4)2Cl2FeS2MoS2FeCl2

Summary The ability of [MoS₄]^2–, anions to be used as ligands for transition metal ions has been widely demonstrated, especially with Fe²⁺. The present study has been restricted to linear complexes such as (NEt₄)₂ [Cl₂FeS₂MoS₂] and (NEt₄)₂[Cl₂FeS₂MoS₂FeCl₂]. Their electrochemical properties are described: upon electrochemical reduction, these compounds yield MoS₂, as a black precipitate, and an iron complex in solution, assumed to be [SFeCl₂]^2–. The electrochemical reduction goes through two electron transfers, coupled with the breakdown of the molecular skeleton: a DISPl and an ECE mechanism. Depending on the solvent, the following equilibrium may be observed: [Cl₄Fe₂MoS₄]^2–[Cl₂FeMoS₄]^2–+FeCl₂. The equilibrium constant, K_D, was evaluated by differential pulse polarography. K_D is tightly related to the donor number of the solvent.     

Formal [(2+2)+2] and [(2+2)+(2+2)] nonconjugated dienediyne cascade cycloadditions

[reaction: see text] Fluoranthene 2 and heptacycle 3 are easily accessible from the reaction of diyne 1 and norbornadiene (NBD) in the presence of the rhodium catalyst. The unusual [(2+2)+(2+2)] adduct 3 was confirmed by the X-ray crystal structure analysis.