分级孔结构的Fe-N-C催化剂用于高效电催化氧还原

氧还原反应（ORR）是金属空气电池以及质子交换膜燃料电池（PEMFCs）系统重要的阴极反应,研究具有高活性与高稳定性的非贵金属催化剂具有重要意义。本研究使用了一种具有分级孔结构的MIL-101-(Al-Fe)作为金属前驱体模板,成功制备出具有分级多孔结构的Fe-N-C催化剂。电化学测试结果表明,在0.1 mol/L KOH电解液中,Fe-N-C-MIL-900催化剂表现出最优的氧还原性能（半波电位0.905 V以及5000圈CV测试后半波电位仅下降5 mV）,远高于纯碳基N-C-MIL-900催化剂（0.845 V）。通过旋转环盘电极测试发现,Fe-N-C-MIL-900催化剂ORR电子转移数为3.98,H2O2产率低于3%,表现出明显的4电子ORR路径。这一工作为制备具有高ORR活性的Fe-N-C催化剂提供了一种新的途径。     

室温快速合成Ag基金属有机骨架材料用于电催化还原CO2

选择具有强给电子能力的1,2,4-三唑为配体,成功合成了银基金属有机骨架材料(Ag-MOF)并用于电催化还原CO₂反应(CO₂RR)。借助粉末X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、计时电流法等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电催化CO₂RR性能进行了系统的研究。与商品化的纳米Ag颗粒对比,Ag-MOF展现出更优异的电催化CO₂RR产物选择性、催化活性和稳定性,在-0.9 V (vs RHE)时,CO的法拉第效率高达96.1%。当电压为-1.1 V (vs RHE)时,电流密度可达17 mA·cm^-2,且电极可以稳定运行300 min。这说明通过选择合适的配体结构,可以改变催化位点周围的化学环境,从而高效将CO₂转化为目标产物。     

光催化还原二氧化碳全反应的研究进展

通过光催化将二氧化碳(CO₂)还原为可持续的绿色太阳能燃料是同时解决环境问题和能源危机的极具前景的方案.尽管迄今为止已经进行了广泛的研究,但实现高转化率、高选择性和高稳定性的光催化二氧化碳还原仍有许多障碍.如将水作为电子供体而非牺牲试剂,能够使反应的吉布斯自由能变ΔG>0,这对于真正实现理想化的人工光合作用至关重要,但同时也会为光催化还原CO₂体系带来更多的挑战.我们首先简要介绍了光催化还原CO₂的机理与挑战,而后根据目前光催化还原CO₂在无牺牲剂体系中出现的问题总结了对应的策略以及最新的研究进展,包括能带结构的调整、助催化剂的负载、异质结的构建、 MOFs与COFs材料的设计等方面,最后对目前仍未解决的问题以及未来实现工业化应用的阻碍进行了总结.     

氧化还原媒介体分子调控锂-硫电池硫正极性能研究进展

锂-硫(Li-S)电池具有较高的理论比容量(约1 675 mAh·g^-1)和能量密度(约2 600 Wh·g^-1),被认为是继锂离子电池之后最有前途的下一代高能量密度电池.Li-S电池在实现产业化之前需要克服硫正极诸多技术瓶颈,主要有硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应与硫电极体积膨胀等.本文着重梳理了氧化还原媒介体分子在硫正极改性研究上的进展,并对硫正极的未来发展趋势进行了展望.     

光催化剂活性位点调控及其光还原CO2制C2 产物研究进展

工业发展与人类活动导致大气中CO₂浓度逐年升高, 引发一系列生态环境问题. 将CO₂光催化转化为高附加值化学物质不仅有利于缓解环境压力,也可以带来额外经济价值. 然而, 由于多电子利用效率低和C―C偶联动力学缓慢, 光还原CO₂制多碳产品面临产率低和选择性差等挑战. 光催化剂活性位点调控能够有效解决上述问题. 我们综述了近几年用于光还原CO₂催化剂表面活性位点设计的研究进展, 主要包括缺陷位点、 金属位点以及掺杂位点等, 从活性位点的角度为光还原CO₂催化剂设计提供新视角, 并对开发高效光催化剂具有启发意义.     

电化学促进的二苯基亚砜还原制备二苯基硫醚——推荐一个半微量绿色有机化学实验

有机电合成具有绿色、高效、可控等优点,近年来已成为有机合成发展的热点领域。但是有机电合成反应目前尚未在本科生有机化学实验教学中予以推广。硫醚化合物广泛存在于天然产物和药物活性分子中,也是有机合成的重要中间体,传统合成方法需要使用还原剂且反应条件剧烈,最近我们发展了一种电化学促进亚砜还原的新方法来合成硫醚化合物,在此基础上,设计了一个以易得的二苯基亚砜为原料,在电化学促进室温条件下合成二苯基硫醚的绿色有机化学实验。本实验通过将科研成果转化为有机化学实验教学,有助于激发学生的创新意识,树立“绿色合成”理念。     

3D ZnIn2S4微球/1D TiO2纳米带异质结构的光催化降解和还原性能

首先采用溶剂热法和高温煅烧法制备1D TiO₂纳米带,其次利用溶剂热法将1D TiO₂纳米带均匀地穿插到片层结构组装而成的3D ZnIn₂S₄微球中,所形成的异质结构能有效抑制光生电子-空穴的复合。二元ZnIn₂S₄微球/TiO₂纳米带复合光催化剂在高浓度染料罗丹明B(RhB)的光降解和Cr(VI)的光还原实验中表现出优异的性能。在模拟太阳光照射下,ZnIn₂S₄/TiO₂纳米带光催化降解RhB和还原Cr(VI)的效率相较于纯TiO₂颗粒(10%,22%)、TiO₂纳米带(45%,40%)、ZnIn₂S₄(62%,65%)、ZnIn₂S₄/TiO₂颗粒(90%,91%)分别提高至100%和100%。最后,通过紫外-可见...     

基于中空多孔金纳米/石墨烯复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学及其生物传感研究

采用溶液相牺牲模板法制备中空多孔金纳米粒子（HPAuNPs）,并将该材料与还原氧化石墨烯（rGO）复合,用于葡萄糖氧化酶（GOx）在玻碳电极（GCE）表面的有效固定,构建GOx/HPAuNPs/rGO/GCE传感界面。利用扫描和透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、红外光谱及电化学等方法对材料的形貌与结构,GOx的固定化过程,以及传感器的直接电化学和电催化性能进行表征。结果表明,HPAuNPs和rGO的协同作用能有效促进GOx与电极之间的直接电子转移（DET）。基于GOx/HPAuNPs/rGO/GCE对葡萄糖的良好电催化性能,该方法有效实现了对葡萄糖的高灵敏度检测,其电流响应的线性范围为0.05～7.0 mmol/L,检出限（S/N=3）为16μmol/L。该传感器具有良好的选择性、重现性及稳定性,对实际样品血清中血糖的测定结果令人满意,回收率为98.0%～103%,相对标准偏差不大于5.0%。     

基于制备接枝型分子印迹膜构建农药电位型电化学传感器及其检测性能研究

基于分子设计,以氯甲基化聚砜(CMPSF)为基膜,阴离子单体对苯乙烯磺酸钠(SSS)为功能单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,在表面引发体系-NH2/S2O2-8的作用下,采用"接枝聚合与分子印迹同步进行"的分子表面印迹新技术,制备了接枝型农药抗蚜威分子印迹膜(MIM)。采用红外光谱(FITR)和光学显微镜(OM)对该分子印迹膜进行表征,通过等温结合实验与竞争吸附实验,考察了抗蚜威分子印迹膜的分子识别性能与机理。以该印迹膜作为敏感膜,构建了抗蚜威电位型传感器,并对其检测性能进行了考察。结果表明,所制备的接枝型印迹膜对模板抗蚜威分子具有特异的识别选择性和优良的结合亲和性,结合容量高达92μg/cm2,相对于分子结构与抗蚜威相似的阿特拉津,印迹膜对抗蚜威的选择性系数为4.537。在p H 4.0的水介质中,传感器膜电极的电位响应与抗蚜威浓度对数在1.0×10-6~1.0×10-3mol/L范围内呈良好的线性关系(r=0.999 9),其检出限为2.5×10-8mol/L;以抗蚜威分子印迹膜为敏感膜所构建的电位型传感器,其构建过程简捷,检测灵敏准确,电位响应快速(t10 s)。     

游离芳香氨基酸和半胱氨酸对光诱导高铁肌红蛋白还原的影响

肌红蛋白(Myoglobin,Mb)中血红素辅基不仅具有储氧功能,也能吸收特定波长的光而影响蛋白功能表达。实验发现,部分游离的氨基酸对光诱导高铁肌红蛋白(metM b,Fe(III)-Mb)的还原过程及还原程度都有重要作用,因此,本文采用紫外-可见吸收光谱、圆二色谱、三维荧光光谱法,在光照体系中加入拥挤试剂来模拟细胞内拥挤环境,研究芳香氨基酸[色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、酪氨酸(Tyr)、半胱氨酸(Cys)]对metM b还原的影响。结果表明,含-OH或-SH的氨基酸(Tyr、Cys)能使metM b发生较好的光还原,无-OH或-SH基团的氨基酸(Trp、Phe)对metM b的光还原作用较弱,氨基酸促进metM b光还原的整个过程可能是分子间电子转移的过程。metM b在拥挤环境聚蔗糖70(Ficoll 70)中的光诱导还原程度比在稀溶液中高,拥挤试剂Ficoll70对蛋白的二级结构起保护作用,能够稳定血红素微环境。