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（英文）

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...     

新型超稳定四氢喹啉连接的共价有机骨架材料的制备及其不对称光催化性能（英文）

不对称光催化有机合成是一种可持续的、环境友好的以太阳光为能源生产光学活性化学品的方法.绝大多数不对称光催化有机合成体系是由有机染料或无机半导体作为捕光材料与手性催化剂耦合构成.然而通常面临有机染料吸收谱带窄、光腐蚀严重,以及无机半导体材料的能带结构和带隙难以调控等问题.直到目前,仍然缺乏具有可调节带隙结构和高循环稳定性的半导体材料.最近,一类通过共价键连接形成、具有晶态有序结构的共价有机骨架材料(COFs)被报道用于光催化有机合成.但多数COFs材料均由可逆的化学键(如B–O–B键、–C=N键等)构成,其化学稳定性和光稳定性有待提升.目前已报道的一些稳定COFs均基于特殊的单体结构或通过后修饰策略制备,其合成路线过长并需要对单体进行额外的修饰.本文中,我们发展了一种具有普适性的通过不可逆四氢喹啉连接的COFs材料的制备方法,并考察了该材料在不对称光催化反应中的活性和稳定性.我们以1,3,5-三(4’-醛基苯基)苯、1,3,5-三(4’-氨基苯基)苯(或联苯胺)和乙烯基乙醚为原料,以三氟甲磺酸钪和三氟甲磺酸镱为催化剂,通过一锅法波瓦罗夫反应制备了两种以不可逆四氢喹啉连接的新型共价有机骨架材料QH-COFs.QH-COFs材料表现出了极高的化学稳定性,在浓硫酸、浓盐酸、三氟乙酸或氢氧化钠溶液中浸泡三天,其比表面积和结晶性均没有发生明显变化.QH-COFs(作为半导体)和手性二级胺(为手性催化剂)在可见光下可高效催化醛的不对称α烷基化反应, ee值高达94%.由于QH-COFs具有窄的禁带宽度和适合的能带结构,在相同条件下, QH-COFs的活性明显优于无机半导体(如二氧化钛、钒酸铋、三氧化钨等).QH-COFs是迄今为止报道的在可见光下催化醛的不对称α烷基化反应活性最高的半导体材料.由于四氢喹啉结构的存在, QH-COFs具有极高的循环稳定性,在循环五次之后,活性和ee值没有发生明显下降,并且其仍保持高结晶性.理论上所有可构筑亚胺COFs的单体均可通过该策略制备出稳定四氢喹啉结构的COFs材料,且无需对单体作任何修饰.该工作不仅为不对称光催化开辟了一条新途径,同时也为构筑稳定的COFs材料提供了一种高效、普适性方法.     

Ｂｉ（ Ｎｂ） ＯＣｌ 光 催 化 剂 的 制 备 及 其 可 见 光 降 解罗 丹 明 Ｂ 溶 液 的 性 能

半导体光催化剂作为环境净化材料,具有稳定性好、光效率高、无二次污染等特点,具有广泛的应用前景.过去的研究大都集中在以TiO2为基础的光催化剂上.本文制备了具有层状结构的Bi基氧氯化物Bi(Nb)OCl光催化剂,用XRD、BET和UV-VIS吸收对样品进行了晶相、孔结构和光吸收性能表征,用罗丹明B的降解表征了材料的光催化活性.结果表明,BiOCl和Bi4NbO8Cl均具有可见光光催化降解活性,但两者的反应机理不同,Bi4NbO8Cl是光催化机制,BiOCl是染料光敏化机制.     

高效Ag@AgBr等离子体光催化剂的制备及可见光活性研究

采用水热法和光致还原法制备了具有等离子体共振效应的Ag@AgBr可见光催化剂,利用XRD,SEM,EDX,DRS和XPS等手段对产物的结构和性能进行表征,并研究了催化剂在可见光下对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能,考察了催化剂的循环使用及捕获剂对Ag@AgBr光催化性能的影响.结果表明:贵金属Ag纳米粒子的表面等离子体共振效应可显著增强Ag@AgBr对可见光的吸收;催化剂对罗丹明B具有较高的可见光降解活性和稳定性,在可见光下照射90 min,对罗丹明B的降解率达95%以上,光催化剂循环使用5次仍具有良好的光催化降解活性;淬灭实验表明在Ag@AgBr降解罗丹明B过程中,吸附在催化剂表面的h+、·OH、O2·-是主要的活性物种.     

染料敏化TiO_2可见光光催化降解罗丹明B

苝二酰亚胺(PTCDI)是一种n型半导体材料,在可见光区有很强的吸收,广泛用于有机光伏器件领域的研究.以PTCDI为光敏剂制备TiO2可见光光催化剂用以降解环境污染物的研究还鲜有报道.本文采用水热法制备苝二酰亚胺(PTCDI)和四磺酸酞菁铜(CuPcTs)敏化的TiO2复合样品.利用XRD、TEM、UV-Vis和荧光光谱对复合样品进行表面形貌和结构表征,以可见光光催化降解罗丹明B为模型反应.研究结果表明,染料敏化能够有效地拓宽样品的吸收光谱范围,提高可见光光催化活性;电子收集型的共敏化复合样品体现出了优于单一染料敏化样品的光催化活性.应用能带结构理论,阐明了单一染料敏化和共敏化样品的光生电子转移机制.     

碳和钇共掺杂对混相TiO2光催化性能的影响

TiO2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO2>Y-TiO2>C-TiO2>TiO2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

微波辅助离子热合成具有高光催化活性的BiOBr片层微米立方体

微波辅助离子热合成技术因其加热和反应速度快、反应时间短、产物选择性高、环保、节能等优点, 而广泛应用于纳米棒、纳米线和中空纳米微球等各种形貌功能材料的合成. BiOBr 光催化剂具有毒性低、光生空穴氧化能力强、光降解活性高等优点, 在光催化降解污染物方面研究非常广泛. 虽然各种形貌的 BiOBr 光催化剂可以通过传统的溶剂热法合成,但仍然需要开发绿色和高效节能的合成方法, 来设计新型结构和高光催化降解活性的 BiOBr 光催化剂. 本文首次报道了由微波辅助离子热自组装的方法合成新型结构的 BiOBr 微米立方体. 该 BiOBr 由规则的多层纳米片组成, 其通过在 Br-端表面上选择性吸附离子液体形成, 随后形成氢键的π-π堆叠. 结果显示 BiOBr 是由厚度小于 50 nm 的纳米片组装成为 4 μm 左右的纳米立方块. 其中 Bi:Br:O 摩尔比为 1:1:1, 表明生成纯化学计量比的 BiOBr, 且具有高结晶度的纯四方相. 我们通过添加不同的表面活性剂, 进一步确认氢键-co-π-π叠层在 BiOBr 片层立方块形成中的重要性.将 BiOBr 片层立方块研磨粉碎后其 BET 表面积为从 2.30 急剧增至 17.3 m2/g, 但其降解 RhB 活性却大幅度下降. 由于纳米片层的层间反射和散射, 有效地提升了 BiOBr 的可见光吸收, 光学带隙由 2.66 窄化为 2.56 eV, 因而具有高的可见光光降解活性和优异的稳定性及矿化能力. 光催化降解 180 min 后, 罗丹明 B 的转化率约为 99.57%, 而有机碳去除率高达12.24%; 对于磨碎的 BiOBr 罗丹明 B 的转化率和有机碳去除率分别为 68.68% 和 8.62%. 光催化反应前后的 BiOBr 中, Bi3+离子的 XPS 峰位置没有明显的变化, 进一步表明 BiOBr 光催化剂具有较高的稳定性. 这种具有高活性、优异的稳定性以及高矿化能力的 BiOBr, 在实际应用光催化降解染料废水和清洁能源方面显示出很好的潜力. 此外, 通过光催化反应过程中不同捕获剂的添加确定了光降解的主要活性物种. 当加入硝酸银溶液的时候, 由于光生电子快速被 Ag+离子捕获, 光降解活性明显下降. 活性物种的捕获实验表明, 光生电子为主要的活性物种.     

碳和钇共掺杂对混相TiO_2光催化性能的影响（英文）

TiO_2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO_2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO_2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO_2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO_2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO_2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO_2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO_2Y-TiO_2C-TiO_2TiO_2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO_2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO_2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO_2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO_2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO_2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO_2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

利用多孔树脂制备碳掺杂纳米TiO2及其优异的光催化性能

采用多孔树脂和钛酸四丁酯为起始物制备出碳掺杂的纳米TiO2 (RN700A550). 该材料的SEM和比表面积测定表明, RN700A550 具有与P25类似的高分散性,这归于多孔树脂的存在强烈限制了纳米粒子的团聚. 另外,多孔树脂的使用还造成了样品的碳掺杂(大约1.0%). 罗丹明B的光降解实验表明, RN700A550 不仅在可见光而且在紫外光激发条件下都显示了比P25更高的光催化活性.     

原位光还原法制备高分散铂沉积多孔氮化碳复合材料及其降解水中4-氟苯酚的高效可见光光催化活性（英文）

作为一种新型水中有机污染物,有机氟化物中C–F共价键的键能较大,因而很难通过传统的可见光光催化剂降解.因此,开发高效可见光光催化剂是实现在可见光照射下成功降解水中有机氟化物的关键.作为一种非金属半导体光催化剂,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)因具有可见光响应、环境友好及低成本等优点而广泛应用于水中有机污染物去除.然而,体相层状结构严重限制了g-C_3N_4的可见光活性.这是由于体相层状结构不利于光生电子的表面迁移,同时增加了光催化反应过程的传质阻力.为了开发一种可重复使用且具有优异可见光活性的光催化剂,进而实现在可见光照射下水中有机氟化物的高效降解及矿化,本文以氯铂酸和多孔氮化碳(pg-C_3N_4)为前驱体,运用简单的原位光还原法成功制备出一系列高分散铂沉积多孔氮化碳复合材料(Pt/pg-C_3N_4),而pg-C_3N_4则是以三聚氰胺为原料采用前驱体预处理法制备.与传统铂沉积石墨相氮化碳(Pt/g-C_3N_4)复合材料相比,由于多孔氮化碳前驱体具有暴露的几何内外表面,铂纳米粒子可高度分散于其上.因此,铂纳米粒子的电子捕获效应显著增强.另外,与其他传统还原法相比,原位光还原技术还可有效抑制铂纳米粒子的自凝聚.我们对制备的Pt/pg-C_3N_4复合材料的形貌、孔隙率、相结构、化学组成及光电性质进行了详细表征.结果显示,与传统Pt/g-C_3N_4复合材料相比,由于多孔微观结构的构建以及高度分散铂纳米粒子的沉积,制备的Pt/pg-C_3N_4复合材料的BET比表面积显著增大,光吸收能力明显增强,光催化量子效率显著提高.在可见光条件下,初步评价了该复合材料光催化降解水中偶氮染料甲基橙的活性,然后将其进一步应用于水中4-氟苯酚的降解及矿化.结果表明,由于多孔微观结构的构建以及高度分散铂纳米粒子的沉积,所制备Pt/pg-C_3N_4复合材料具有相当高的可见光光催化活性.结果还显示,所制复合材料具有很高的稳定性,连续使用4次均保持相似的活性.作为一种可见光催化剂,所制Pt/pg-C_3N_4复合材料有望广泛应用于水中持久性有机污染物的降解以及光催化劈裂水产氢、NO分解和CO_2还原等领域.     

磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂的制备及其光催化活性

 用溶胶－凝胶法在表面包覆了SiO2的磁基体Fe3O4上负载TiO2,从而得到了易于磁性固液分离的磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂,并通过IR,XRD,SEM和XPS等测试手段对催化剂进行了表征．研究了磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂对亚甲基蓝溶液脱色的性能,并考察了WO3掺杂量对样品催化活性的影响．结果表明,n（WO3）／n（TiO2）＝0．001时,磁载WO3－TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂的催化活性最高,循环使用3次时脱色率仍保持在98％．     

Synthesis of carbon nitride hollow microspheres with highly hierarchical porosity templated by poly (ionic liquid) for photocatalytic hydrogen evolution

Hydrogen, as a sustainable and clean energy, has been considered as a promising candidate to replace fossil fuels. And it is meaningful to fabricate the photocatalysts to drive photocatalytic water splitting leading to hydrogen production. Herein, a facile approach was developed by the means of the template effect of poly (ionic liquid) and self-assembly of cyanuric acid and melamine through hydrogen bonds, to obtain carbon nitride hollow microspheres with highly hierarchical porosity. The influence of poly (ionic liquid) concentration on the structure and photocatalytic activity of as-prepared carbon nitride was investigated. The optimized carbon nitride hollow microspheres possessed the multiple porous channels and improved surface area (71 m²/g) due to the decomposition of poly (ionic liquid) and cyanuric acid-melamine supramolecular aggregates. Moreover, the as-prepared carbon nitride hollow microspheres exhibited a remarkable catalytic activity in the photocatalytic hydrogen evolution reaction under visible light irradiation. Especially, the sample CN-0.02 exhibits the highest hydrogen evolution rate (90.1 μmol h⁻¹). The outstanding photocatalytic activity is attributed to the high specific surface area, broad light absorption range and fast separation rate of photogenerated electron–hole pairs. This novel method opens up a new way toward the development of highly-active photocatalysts for water splitting.     

水洗处理对Au/TiO2催化剂光催化活性的影响

以Au(S2O3)3-2为金前驱体, 分别采用水洗(W)和旋蒸(E)工艺制备了Au/TiO2催化剂. 用UV-Vis漫反射光谱(DRS)、X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和原子吸收光谱(AAS)对制备的催化剂样品进行了表征, 通过光催化降解甲基橙对催化剂光催化活性进行了评价. 结果表明, 通过水洗处理, 催化剂样品表面形成了具有较好分散性的金纳米粒子(2-5 nm), 而旋蒸工艺制备的样品表面形成一层金的包覆结构. Au/TiO2催化剂的光催化活性与制备工艺密切相关. 在相似的金负载量下, 水洗法制备的样品比旋蒸法制备的样品具有更高的光催化活性.     

Design of Single‐Site Photocatalysts by Using Metal–Organic Frameworks as a Matrix

Single‐site photocatalysts generally display excellent photocatalytic activity and considerably high stability compared with homogeneous catalytic systems. A rational structural design of single‐site photocatalysts with isolated, uniform, and spatially separated active sites in a given solid is of prime importance to achieve high photocatalytic activity. Intense attention has been focused on the design and fabrication of single‐site photocatalysts by using porous materials as a platform. Metal–organic frameworks (MOFs) have great potential in the design and fabrication of single‐site photocatalysts due to their remarkable porosity, ultrahigh surface area, extraordinary tailorability, and significant diversity. MOFs can provide an abundant number of binding sites to anchor active sites, which results in a significant enhancement in photocatalytic performance. In this focus review, the development of single‐site MOF photocatalysts that perform important and challenging chemical redox reactions, such as photocatalytic H₂ production, photocatalytic CO₂ conversion, and organic transformations, is summarized thoroughly. Successful strategies for the construction of single‐site MOF photocatalysts are summarized and major challenges in their practical applications are noted.     

Self-generated hierarchically porous titania with high surface area: photocatalytic activity enhancement by macrochannel structure

Various hierarchical porous titania with high surface area over 600 m(2)/g have been synthesized via a spontaneous self-formation process from titanium alkoxides by a water adjusting approach using acetonitrile as reaction medium. The reactivity of metal alkoxides and the water content in acetonitrile medium on the resultant structure have been investigated. The porosities of the products were characterized by SEM, TEM and N(2) adsorption-desorption measurements. The observation on the evolution of porous structure with increasing water content in reaction system is essential for a better understanding of hierarchical porous structure formation over different length scales by this self-formation process. The creation of macro/micropores in photocatalytic titania materials has been found to enhance the photocatalytic activity due to both the action of macrochannels as light harvester and the easy diffusion effect of organic molecules. The present work shows clearly that hierarchically porous titania with the presence of macroporous structure and high surface area can be very efficient photocatalysts, suggesting their potential applications in water treatment as decontamination materials.     

Effect of HF treatment on the activity of TiO2 thin films for photocatalytic water splitting

The effects of HF treatment on the activity of TiO₂ thin films for the photocatalytic water splitting reaction have been investigated. TiO₂ thin films treated with HF solution (HF-TiO₂) were found to exhibit a remarkable enhancement of the photocatalytic activity for H₂ evolution from a methanol aqueous solution, as well as efficient photoelectrochemical performance under UV light irradiation as compared with the untreated TiO₂. Moreover, Pt-loaded HF-TiO₂ thin films were found to act as efficient and stable photocatalysts for the decomposition of water under UV light irradiation. The mechanistic insights obtained in the present study will be useful in the design of highly efficient photocatalysts for the decomposition of water.     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO,ZIF,MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO₂、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的主要因素.尽管MOFs基光催化材料研究已经取得了令人瞩目的进展,但对MOFs基光催化剂进行可控设计制备仍然存在挑战.如何实现纳米MOFs基光催化材料的制备与规模化生产、可调缺陷MOFs基光催化材料的精准设计、开发高稳定性的MOFs基光催化材料等仍需进一步探索.因此,未来需要从MOFs的纳米化合成、复合材料界面结构的精准调控、催化活性机制与稳定性关系等方面对MOFs基光催化材料进行深入的研究.     

Highly efficient visible-light-driven photocatalytic hydrogen production of CdS-cluster-decorated graphene nanosheets

The production of clean and renewable hydrogen through water splitting using photocatalysts has received much attention due to the increasing global energy crises. In this study, a high efficiency of the photocatalytic H(2) production was achieved using graphene nanosheets decorated with CdS clusters as visible-light-driven photocatalysts. The materials were prepared by a solvothermal method in which graphene oxide (GO) served as the support and cadmium acetate (Cd(Ac)(2)) as the CdS precursor. These nanosized composites reach a high H(2)-production rate of 1.12 mmol h(-1) (about 4.87 times higher than that of pure CdS nanoparticles) at graphene content of 1.0 wt % and Pt 0.5 wt % under visible-light irradiation and an apparent quantum efficiency (QE) of 22.5% at wavelength of 420 nm. This high photocatalytic H(2)-production activity is attributed predominantly to the presence of graphene, which serves as an electron collector and transporter to efficiently lengthen the lifetime of the photogenerated charge carriers from CdS nanoparticles. This work highlights the potential application of graphene-based materials in the field of energy conversion.     

Ag/AgBr/graphene oxide nanocomposite synthesized via oil/water and water/oil microemulsions: a comparison of sunlight energized plasmonic photocatalytic activity

In this article, we report that Ag/AgBr nanostructures and the corresponding graphene oxide (GO) hybridized nanocomposite, Ag/AgBr/GO, could be facilely synthesized by means of a surfactant-assisted assembly protocol, where an oil/water microemulsion is used as the synthesis medium. We show that thus-produced nanomaterials could be used as highly efficient and stable plasmonic photocatalysts for the photodegradation of methyl orange (MO) pollutant under sunlight irradiation. Compared with the bare Ag/AgBr nanospecies, Ag/AgBr/GO displays distinctly enhanced photocatalytic activity. More importantly, the as-prepared nanostructures exhibit higher photocatalytic activity than that of the corresponding Ag/AgBr-based nanomaterials synthesized viaa water/oil microemulsion and than that of the corresponding Ag/AgCl-based nanospecies synthesized by an oil/water microemulsion. An explanation has been proposed for these interesting findings. Our results suggest that thus-manufactured Ag/AgBr/GO plasmonic photocatalysts are promising alternatives to the traditional UV light or visible-light driven photocatalysts.     

高稳定性的氮掺杂氧化钽光催化甲醇C−H活化和直接C−C偶联制乙二醇

乙二醇是非常重要的基础化学品,不仅可以作为合成聚合物(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)的重要单体,也可以用作防冻剂和燃料添加剂等,具有广泛的用途.乙二醇的年产量超过2500万吨,目前主要的工业合成路线是由石油衍生的乙烯通过环氧化制环氧乙烷,环氧乙烷再水解制乙二醇.甲醇是一种清洁的平台化合物,不仅可以由天然气和煤炭通过传统的合成气过程生产,也可以由生物质和CO2直接合成.直接以甲醇为原料是合成乙二醇的理想过程,但目前热催化还未实现该过程.通过太阳能驱动的C?H活化和C?C偶联过程,可以实现甲醇直接偶联制乙二醇的理想反应过程.光催化甲醇制乙二醇可以在十分温和的条件下进行,目前已报道的甲醇制乙二醇光催化剂均为硫化物半导体材料,如CdS,ZnS和Zn2In2S5,但硫化物存在的光腐蚀和毒性等问题迫使我们去发展一种更加稳定和环境友好的光催化剂.氧化物基半导体材料,如Ta2O5,TiO2,ZnO和WO3等,是一类相对硫化物半导体材料更加稳定的光催化材料,然而目前还没有氧化物基半导体光催化剂用于光催化甲醇制乙二醇的报道.本文率先将金属氧化物光催化剂Ta2O5,用于甲醇制乙二醇的光催化反应,实现了乙二醇的选择性合成.在单纯的Ta2O5催化剂上,乙二醇选择性可达73％.Ta2O5十分独特,可以实现甲醇的光催化C?C偶联制乙二醇,而其他金属氧化物光催化剂(如TiO2,ZnO,WO3和Nb2O5)光催化转化甲醇只生成甲醛和甲酸等C1产物.进一步通过简单、方便的氨气焙烧法,制备了一系列不同氮掺杂量的氧化钽(N-Ta2O5)催化剂.在未经助催化剂修饰的氮含量为2.3％的2％N-Ta2O5光催化剂上,乙二醇选择性为71％,生成速率可达4.0 mmol gcat?1 h?1,约为Ta2O5的9倍,同时显著高于已报道的未经助催化剂修饰的CdS催化剂性能.通过光电流、表面光电压谱和理论计算等方法系统地研究了氮掺杂氧化钽具有高的光催化甲醇制乙二醇性能的重要原因,发现氮掺杂氧化钽高的电荷分离能力是决定其具有高活性的关键因素.另一方面,氮掺杂氧化钽表现出了非常高的反应稳定性,在超过160 h的循环测试过程中,乙二醇的生成速率基本保持不变,这是目前已报道的金属硫化物光催化剂所未能实现的.在长达60 h的反应过程中,未经助催化剂修饰的2％N-Ta2O5催化剂上乙二醇生成量基本随时间线性增长,收率可达3.6％.进一步研究发现,钽基半导体材料(Ta2O5和N-Ta2O5)可以在保持甲醇羟基不变的情况下优先活化甲醇C?H键,生成羟甲基自由基(?CH2OH),随后羟甲基自由基经C?C偶联生成乙二醇.钽基半导体光催化剂是一种环境友好且十分稳定的甲醇光催化偶联制乙二醇的优异催化剂,未来基于该类催化剂不仅有希望发展出更加高效、稳定的甲醇制乙二醇光催化剂,还有希望为更广的羟基存在下的C?H键选择性活化反应过程设计高效稳定的催化剂提供借鉴和指导.