新型钯-铜纳米点析氢助催化剂:优化界面氢脱附以实现高效光催化活性

助剂修饰是提高单相光催化剂催化制氢活性的有效策略之一.贵金属Pt是光催化制氢体系中较为理想的助催化剂,但价格高、储量少,严重限制了其广泛应用.在过去几十年中,研究者研发了一系列低成本的非Pt助催化剂,如金属氧化物、碳化物、氮化物、硫化物和磷化物等,并应用于光催化制氢,但其催化活性与Pt助催化剂相比有较大差距.近年来,与...     

手性过渡金属(Mn, Co, Ni)-Salen配合物催化NaOCl不对称环氧化苯乙烯的反应研究

本文论述了由手性1, 2-二苯基乙二胺与适当取代的邻羟基苯甲醛生成的希佛碱作为过渡金属Co(II)、Ni(II)、Mn(II)的配体合成的6种过渡金属-Salen配合物在NaOCl下均相催化苯乙烯不对称环氧化反应的效果。对环氧化反应进行控制性研究, 我们发现环氧化反应与中心金属离子的相关性可能主要源于配体结构、金属离子的选择及二者结合形成的配合物的空间构型。好的不对称环氧化反应催化剂要求中心金属离子具有适当的氧化还原电位, 对底物烯烃因其取代基的大小, 催化剂结构的空间构型应有好坏之分, 我们得到的循环伏安数据及实验结果部分说明这一点。同时对手性镍(II)-Salen及手性锰(III)-Salen配合物的催化反应机理配合实验现象分别作出假设, 都经过自由基历程, 但却是截然不同的活性氧化物种, 同时, 由于起主要作用的不对称诱导因素不同, 不对称诱导方向有异。对同一催化剂在不同pH值下起作用的活性氧化物种类别也可能不同。     

Co（Ⅱ）-空穴和Pt-电子助催化剂协同作用增强P掺杂g-C3N4光催化产氢性能（英文）

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种新型的有机半导体材料,具有独特的层状结构、合适的能带位置、简单的制备方法以及出色的稳定性等特点,因而被广泛应用于光催化产氢领域.但是,较高的光生载流子的复合率和受限的迁移率大大地限制了g-C3N4的光催化产氢性能.目前,大量的研究证实块状g-C3N4的液相剥离、表面改性、元素掺杂、与其他半导体复合构筑异质结以及负载助催化剂等方法可以在一定程度上提高g-C3N4的光催化产氢性能.但是单一的g-C3N4改性方法往往并不能获得最理想的光催化产氢性能,因此,本文采用低温磷化法制备了二价钴(Co(II))修饰的磷(P)掺杂的g-C3N4纳米片(Co(II)/PCN),同时实现了掺杂P原子和负载空穴助催化剂Co(II),该催化剂表现出出色的光催化产氢性能.在光催化制氢过程中,铂(Pt)纳米颗粒作为电子助催化剂成功的负载在Co(II)/PCN上.光催化实验结果表明,最佳的Pt/Co(II)/PCN复合材料光催化产氢速率达到774μmol·g^?1·h^?1,比纯相的g-C3N4纳米片(89.2μmol·g^?1·h^?1)提升8.6倍.同时优化的光催化剂具有良好的光催化稳定性,并在402 nm处具有2.76%的量子产率.XRD,TEM,STEM-EDX和AFM结果证明,成功制备了纳米片状形貌的g-C3N4及其复合材料,催化剂中均匀的分布着Co和P元素.通过XPS证明了P-N的存在以及Co(II)的存在,并且Co(II)是以一种无定型的CoOOH的形式吸附在g-C3N4表面.光照后的TEM证明Pt颗粒成功的负载在Co(II)/PCN表面.UV-vis DRS表明,由于P的掺杂以及Co(II)的修饰,Co(II)/PCN相比于g-C3N4纳米片在可见光区域光吸收有了明显的增强.通过稳态和瞬态光致发光光谱分析,同时结合电化学分析表征(i-t、EIS)以及电子顺磁共振技术分析,证实了Co(II)/PCN高效光催化性能的原因可能是由于更高效的光生载流子分离效率.本文对Pt/Co(II)/PCN可能的光催化增强机理提出了设想.P的掺杂可以优化g-C3N4的电子结构,提高其光生载流子分离效率.而以Pt作为电子助催化剂,可以有效地捕获P掺杂的g-C3N4导带中的光生电子,进而发生水还原产氢反应;以Co(II)作为空穴助催化剂,可以捕获价带中的光生空穴,进而发生三乙醇胺氧化反应.通过采用不同功能的助催化剂,实现P掺杂g-C3N4光生电子空穴的定向分流,促进了P掺杂g-C3N4的光生载流子的分离,从而提高催化剂的光催化产氢性能.本文可以为设计具有空穴-电子双助催化剂的光催化产氢系统提供一个新的思路.     

面式、经式异构体的钴-氨基硫脲配合物作为催化剂应用于可见光催化分解水产氢（英文）

近年来,作为替代贵金属铂催化剂的铁、钴和镍等非贵金属配合物分子催化剂,由于合成容易、结构调控方便以及具有良好的催化活性等特点,成为均相光催化分解水产氢领域的研究热点.其中,钴配合物具有结构简单、成本低廉、容易合成以及具有理想的氧化还原电位等优势,更是光催化分解水产氢领域的优先研究对象.由于稳定性及溶解度的问题,在已报道的研究工作中,大部分钴配合物测试环境均在有机溶剂或有机溶剂/水混合溶剂中.因此,寻找水溶性良好的钴配合物催化剂成为了目前的均相光催化分解水产氢领域的研究焦点之一.在此之前,氨基硫脲配合物已经广泛用于生物和制药等研究,例如:抗氧化、抗菌以及抗病毒等领域.而在人工光合产氢领域采用氨基硫脲配合物作为催化剂的例子则比较罕见.在该项研究中,我们报道了一对水溶性较好(40 mg mL~(–1),20°C)且具有几何异构特征的八面体钴-氨基硫脲配合物作为光、电催化质子还原产氢的分子催化剂.这对几何异构体分别为:面式异构体[Co(Htsc)_3]Cl_3·3H_2O(C1,Htsc=氨基硫脲配体)和经式异构体[Co(Htsc)_3]Cl_3·4H_2O(C2).我们将几何异构体C1和C2作为水还原分子催化剂,与有机光敏剂荧光素一起构筑了不含贵金属成分的光催化分解水产氢体系.在三乙胺作为牺牲剂及纯水环境中,体系展现出了良好的光催化制氢性能.可见光照15 h后,体系产氢相对于催化剂的TON接近900.对比实验结果表明,具有这对几何异构的C1和C2具有相似的光催化产氢性能,暗示其催化机理的相似性.汞中毒实验结果表明,光催化分解水产氢过程中并没有钴纳米胶体形成,可以确定这是一个均相光催化分解水产氢体系.在纯水环境下,我们将C1和C2与传统的钴配合物(钴肟配合物:[Co(dmgH)_2pyCl](dmg H=丁二酮肟,py=吡啶);联吡啶钴配合物:[Co(bpy)_3Cl_2](bpy=2,2'-联吡啶))的催化活性进行对比.结果表明,催化剂C1和C2展现出了较强的光催化产氢活性.此外,电催化实验表明,在乙腈中且乙酸作为质子源的条件下,C1和C2具有相同的电催化活性,过电位接近640毫伏,催化转化频率(TOF)为每秒210.同时,在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中,C1和C2也同样表现出对水分子的电催化产氢性能,过电势为560毫伏.这是当前第一例具有几何异构体的分子催化剂对光、电催化产氢体系影响的工作.     

高效稳定的Al~(3+)偶联多层Eosin Y敏化TiO_2光催化制氢体系研究

通过Al3+偶联制备了多层EosinY敏化的TiO2催化剂,其光催化制氢性能优于Fe3+偶联的催化剂.在水体系、甲醇-水体系中,以三乙醇胺(TEOA)作电子给体,采用原位载Pt,考察了催化剂在可见光(λ420nm)下的制氢活性与稳定性.结果表明,含水0.5%(体积分数)的体系、载铂量为1.0%时,显示了较高的活性和良好的稳定性,20h的平均量子效率为20.5%,转换数为220.较高的活性和稳定性初步归结于Al3+水解趋势较Fe3+小,且催化剂在甲醇中比在水中更稳定,进一步的研究正在进行中.     

Pt/TiO2光催化重整降解2-氯乙醇水溶液制氢

在无氧条件下,进行了Pt担载的TiO2光催化有毒的2-氯乙醇(下文简称氯乙醇)重整制氢反应的研究.详细讨论了动力学因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、氯乙醇浓度等对产氢速率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等技术进行了表征,探讨了氯乙醇降解和产氢反应机理.研究表明,在光催化降解氯乙醇的同时产生氢是完全可行的.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氧;溶液pH值对产生速率影响也很大,而氯乙醇的浓度变化只是在开始略有影响,浓度的增加对产氢并没有明显的影响.研究得出Pt担载的TiO2光催化重整氯乙醇制氢反应的最佳条件是Pt的最佳担载量约为1.0%;氯乙醇溶液浓度范围为0.04～0.10 M;最佳溶液pH值范围为4～10.     

多联吡啶Pt(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)配合物的合成及制氢研究

把电子受体苄基紫精引入到多联吡啶中,设计合成了新型三齿多吡啶配体[HC∧N∧N(PhMV2+Ph)],并以其合成了新配合物[C1Pt{C∧N∧N(PhMV2+Ph)}](ClO4)、[C1Pd{C∧N∧N(PhMV2+Ph}](PF6)2。用核磁共振氢谱表征了配体和配合物的结构,证实所得合成产物与设计结构一致;利用UV研究了配体及配合物的光谱性质,两种配合物在可见光区有MLCT吸收;采用三组分的"S-R/D/C"体系,对配合物[C1Pt{C∧N∧N(PhMV2+Ph)}](ClO4)2的光解水制氢行为进行了初步研究,并与[ClPt{C^N^N(PhMV2+)}](PF6)2及没有实现敏化剂与电子中继体MV2+直接连接的四组分体系ClPt[C∧N∧N(PhCH3)]做了对比。结果表明对于光敏剂与电子受体共价连接的Pt(Ⅱ)多吡啶类配合物,制氢效果并没有提高。     

高压下TiSi2可见光光热催化分解水制氢的研究

系统地研究了高压下一系列TiSi2催化剂的可见光光热催化分解水制氢行为.研究结果表明,压力增加显著提高了TiSi2催化剂光催化分解水制氢速率.添加NaOH和Na2CO3有利于水分解制氢的反应进行,在一定范围内,NaOH和Na2CO3浓度增加,放氢速率增加.研究还发现,担载贵金属Pt或Ru对反应速率没有显著影响.本文还采...     

Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢

对无氧条件下Pt/TiO2光诱导催化重整乙醇制氢进行了系统的研究，结果表明，乙醇的光催化重整制氢反应受催化剂表面化学状态，反应体系的pH值，浓度的影响较大，而受反应体系温度的影响较小，在运动XRD，XPS，HNMR等技术手段对催化剂和反应产物进行表征，分析的基础上，提出了无氧条件下乙醇光催化重整制氢可能的反应机理。     

综述(215~229)基于石墨烯光催化剂研究进展

综述了新型二维碳材料石墨烯(Graphene)在光催化研究中的主要进展.重点讨论了以分解水制氢的研究体系发展和基于石墨烯为电子受体及传递介质的新型、高效的光敏化和半导体光催化制氢体系(催化剂)的构建,也对石墨烯在促进光诱导电荷分离和迁移过程中的作用机制进行了讨论.     

无氧条件下Pt/TiO2光催化重整降解一乙醇胺水溶液制氢

以一乙醇胺（以下简称乙醇胺）为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应, 实验表明,利用所制备的光催化剂, 可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在, 有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％～1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol•L－1;最佳溶液pH值范围为4～10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

Bi- and terpyridyl platinum(II) chloro complexes: molecular catalysts for the photogeneration of hydrogen from water or simply precursors for colloidal platinum?

Platinum(II) bi- and terpyridyl chloro complexes, Pt(dcbpy)Cl2 and [Pt(ttpy)Cl]+, where dcbpy = 4,4'-dicarboxyl-2,2'-bipyridine and ttpy = 4-tolyl-2,2':6',2'-terpyridine, are used to investigate the nature of the active catalyst for the photocatalytic production of hydrogen from water. In a Pt(II) chloro system that contains a sacrificial electron donor, either MeOH or triethanolamine (TEOA), and titanium dioxide (TiO2) as an electron relay, sizable amounts of H2 can be observed upon UV bandgap irradiation. The quantity of H2 can be significantly reduced in the presence of mercury under the same conditions. Using a known sensitizer, [Pt(ttpy)(phenylacetylide)]+ (1), combined with a Pt(II) chloro complex in a similar system, there is a substantial induction period until the evolution of H2, under visible light (lambda > 410 nm) irradiation. It is suggested that the Pt(II) chloro complexes are simply acting as precursors to Pt colloids that function as the H2 generating catalyst     

将铂(Ⅱ)-四(4-羧基苯基)卟啉组装到光捕获金属有机框架中增强可见光驱动的产氢效能

氢气析出反应的分子催化剂因能够将其整合到用于光催化水分解的光捕集复合物中而受到广泛关注.研究者期望通过构建吸光网络,提高分子催化剂的光催化产氢效能.本文报道了以[(TCPP)Pt^Ⅱ][TCPP=meso-四(4-羧基苯基)卟啉]络合物作为光催化产氢的分子催化剂.采用氯冉酸(CA)作为电子牺牲剂可以很好地稳定光催化剂,使CA被氧化为[CA-H·]自由基.当使用三乙醇胺作为电子牺牲剂时,[(TCPP)Pt^Ⅱ]分解形成Pt纳米颗粒.电化学循环伏安实验结果表明,光催化产氢的第一步是质子偶联电子转移,以获得[(TCPP)Pt+H]0.然而,第二个电子转移-1.02 V的氧化还原电位不随添加三氟乙酸而位移,表明该电子转移未与质子转移耦合,得到[(TCPP)Pt+H]-.此外,第二次电子转移的峰值处产生催化波,表明氢气是由[(TCPP)Pt+H]-的质子化生成,然后再生[(TCPP)Pt^Ⅱ]并释放氢气.密度泛函理论计算结果表明,[(TCPP)Pt^Ⅱ]分子催化剂光催化产氢的机理可能先经过质子耦合电子转移反应,形成[(TCPP)Pt^Ⅰ]-NH,然后依次经过电子注入和质子化形成[(TCPP)Pt^Ⅱ-H]-NH中间体,最终释放H2.由于整个催化循环过程涉及多个电子的注入,光捕获网络的引入有助于提供多个光电子.因此,本文通过将[(TCPP)Pt^Ⅱ]掺杂生长到主要由[(TCPP)Zn^Ⅱ]构筑的金属有机框架中,构筑了与分子催化剂连接的光捕获网络,从而将其活性提高了约830倍.纳秒瞬态吸收光谱和时间分辨的磷光光谱表明,向[(TCPP)Pt^Ⅱ]均相溶液中加入氯冉酸会因电荷转移而缩短3[(TCPP)Pt^Ⅱ]*寿命.同样现象在金属有机框架体系中也被观察到.然而,在磷光猝灭后,瞬态吸收光谱观察到均相溶液中[(TCPP)Pt+H]0及[CA-H·]自由基信号迅速衰减,在微秒时间尺度上衰减为0,表明大部分还原的[(TCPP)Pt+H]0迅速与氧化后的[CA-H·]复合,限制了光催化氢气析出的光量子效率.然而,在金属有机框架体系中,磷光猝灭后纳秒瞬态吸收光谱在较长时间尺度观察到残留吸收带,表明随后消耗CA,向反应体系中注入电子,推动了反应的完成.本文研究了能量转移对光催化H2析出的影响,并强调了光捕获网络在多电子注入中的重要性.     

Pt deposited TiO2 catalyst fabricated by thermal decomposition of titanium complex for solar hydrogen production

C, N codoped TiO₂ catalyst has been synthesized by thermal decomposition of a novel water-soluble titanium complex. The structure, morphology, and optical properties of the synthesized TiO₂ catalyst were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and UV–vis diffuse reflectance spectroscopy. The photocatalytic activity of the Pt deposited TiO₂ catalysts synthesized at different temperatures was evaluated by means of hydrogen evolution reaction under both UV–vis and visible light irradiation. The investigation results reveal that the photocatalytic H₂ evolution rate strongly depended on the crystalline grain size as well as specific surface area of the synthesized catalyst. Our studies successfully demonstrate a simple method for the synthesis of visible-light responsive Pt deposited TiO₂ catalyst for solar hydrogen production.     

Eosin Y/Pt/SiO2催化剂光催化还原水制氢

构建了具有较高可见光还原水制氢性能的Eosin Y/Pt/SiO₂催化体系, 详细考察了二氧化硅性质、曙红Y与二氧化硅的混合方式以及光照强度等因素对光敏化催化剂制氢性能的影响. 实验结果表明: 二氧化硅的比表面积增大, 析氢速率随之提高; 光照强度过高或过低都不利于提高光量子效率; 与曙红Y浸渍法吸附在二氧化硅表面制备的催化剂相比, 原位物理混合制备的催化剂光敏化析氢速率和稳定性均有显著提高.     

Pt/TiO2光催化分解四硼酸钾水溶液制氢

研究了以四硼酸钾溶液作反应体系，在1%Pt／TiO2光催化剂的作用下光催化分解水制氢的反应，发现该体系能使放氢速率明显提高．放氢速率还随B4O7^2-浓度的增大而增大．在此基础上，还对B4O7^2-的作用机理进行了探讨，BRO7^2-在该反应体系中主要是通过物理作用有效的阻止了逆反应的发生，从而使放氢速率得以提高．     

New pyridinium based ionic dyes for the hydrogen evolution reaction

The presented work comprised the synthesis and characterization of new ionic organic dyes as potential photosensitizer (PS) in the photocatalytic H₂ evolution reaction. The presented dyes are consisting of donor-π-acceptor (D-π-A) structures that are commonly used for organic dyes for organic solar cells. The acceptor is based on a cationic pyridinium moiety. Furthermore, a complex was synthesized, in which a D-π-A photosensitizer is linked as ligand to cobaloxime. The latter is a common proton reduction catalyst. The attached ligand enabled a fast intramolecular electron transfer to the cobalt center. The resulted complex showed high stability and potential in the homogeneous photocatalytic H₂ evolution reaction. Finally, one ionic dye showed a high activity when combined with TiO₂ and Pt in a heterogeneous hydrogen evolution reactions with a TOF of up to 407 h^?1.     

Ag(I)与Co(II)离子对阳极析氧过程的电催化作用

Influence of Ag(Ⅰ), Co(Ⅱ) and Ni(Ⅱ) ions on oxygen anodic evolution at Pt and Ti/Pt/PbO2 electrodes was investigated in surphuric acid solutions. The oxygen evolution reaction at Ti/Pt/PbO2 electrode in surphuric acid solutions is characterized by two linearφ~ lgi relationships. At low c.d. it is close to 2.303RT/(1+β)F, whereas at high c.d. it is close to 2.303RT/βF. In the presence of Ag(Ⅰ) or Ni(Ⅱ) ions in the electrolytic solution the Tafel slope of oxygen evolution tends to be low, 2.303RT/(1+β)F (withβ=0.5). However, the oxygen evolution reaction at Pt electrodes in H2SO4 or CoSO4﹢H2SO4 solutions is characterized by one linearφ~ lgi relationship. The Tafel slope is close to 2.303RT/βF. In the presence of Ag(Ⅰ) or Ni(Ⅱ) ions in the electrolytic solution the Tafel slope of oxygen evolution tends to be low, 2.303RT/(1+β)F. The oxygen anodic evolution reactions are catalyzed by Ag(Ⅰ), Co(Ⅱ) and Ni(Ⅱ) ions in the electrolytic solution. When Ag(Ⅰ) or Ni(Ⅱ) was mixed with Co(Ⅱ), a promising catalyst for oxygen anodic evolution with higher catalyst activity than either of them alone was found. A comparison of the PbO2 electrode and the Pt electrode has also been given.     

Pt—TiO2光催化还原罗丹明B

报道了罗丹明B（RhB)在TiO2催化剂上的吸附过程及加氢反应结构。当草酸作为电给体时,光催化反应产生的氢气,可使RhB发生快速地氢反应,生成无色的加氢产物。该加氢过程与催化剂的种类、表面化学状态和担载催化剂的种类有密切关系。