电解水金属单原子催化剂的研究进展

氢能因其能量密度高、清洁无污染等特点,作为替代化石燃料的能源载体得到了广泛的研究.如何清洁高效地制备氢气受到了大量研究者的关注.当前,以化石能源的热反应所得副产氢气是主要来源.然而,采用该类方法不仅不能摆脱化石能源的使用以及温室气体的排放,还会造成生产氢气的纯度不高,碳氧化物杂质浓度过高的问题,严重影响氢气的后续使用.采用可再生能源(太阳能、风能等)所产富余电,进行电解水制氢,产生的氢气不含碳氧化合物杂质,纯度很高,可以真正实现碳的零排放,被认为是未来氢气来源的重要方式.目前,电解水制氢在制氢市场的所占份额较小,而造成这样局面的主要因素是该过程中的高能耗问题.为了降低能耗,开发高效催化剂加速两个电极上的电解反应的动力学尤为重要.近年,金属单原子催化剂(SACs)因其独特的结构,在很多研究中被用作电解水催化剂,进而开发出大量高性能的金属单原子电解水催化剂.本文综述了近年SACs在电解水催化方面的应用.首先,针对电解水反应本身,总结了阴阳极两侧的电极反应机制以及影响电极催化性能的关键吸附中间物种;然后,根据载体的不同,即合金、碳以及其它化合物将SACs分为三类,总结了相关电解水催化研究现状,并且针对不同类型SACs目前的发展情况,提出了它们各自存在的问题.其次,进一步总结了影响SACs电解水催化活性的因素,提出了四种决定SACs催化性能的影响因子,分别为金属原子的固有元素性质、配位环境、几何结构和负载量;同时讨论了这四类影响因素对SACs催化活性的影响机制,总结了调控各类影响因素的方法,为SACs的设计提出了一些建议.最后,展望了SACs在电解水催化中的应用,探讨了SACs在催化剂设计及催化机制研究方面的问题,提出了SACs在电解水催化中的未来发展方向.     

锂金属电池用高浓度电解液体系研究进展

锂金属二次电池具有极高的能量密度,是下一代储能电池的研究热点。然而,金属锂负极在传统碳酸酯电解液1 mol·L^?1 LiPF6-EC/DEC(ethylene carbonate/diethyl carbonate)中充放电时,存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题,阻碍了其商业化应用。因此,开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比,高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性,并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性,因而格外受到关注。本文综述了高浓度电解液及局部高浓电解液体系的最新研究进展,分析了其溶液化学结构和物化性质,对其与锂负极的界面相容性、枝晶抑制效果、效率提升能力及界面稳定性机制进行了探讨;文章着重介绍了高浓与局部高浓电解液体系在锂金属二次电池中的应用,同时从基础科学研究和应用研究两个层面对高浓电解液和局部高浓电解液存在的主要问题进行了简要分析,并对其未来发展方向进行了展望。     

全无机卤化铅钙钛矿的结构、热力学稳定性和电子性质

有机-无机杂化卤化铅钙钛矿因具有独特的电子和光学特性,已经成为光电领域最有前途的材料。但是,有机-无机钙钛矿材料及器件稳定性差,限制了其实际应用。与杂化钙钛矿相比,全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃(X=Cl,Br,I)显示出更强的热稳定性。全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃具有多个晶型,在不同的温度下呈不同相结构。目前,关于CsPbX₃的结构和物理性质仍存在争议。本文我们针对三个晶相α-,β-和γ-CsPbX₃的结构,热力学稳定性和电子性质进行了全面的理论研究。第一性原理计算表明,从高温α相到低温β相,然后再到γ相的相变伴随着PbX₆八面体的畸变。零温形成能计算表明,γ相最稳定,这与实验中γ相为低温稳定相的结论一致。电子性质计算表明,所有CsPbX₃钙钛矿都表现出直接带隙性质,并且带隙值从α相到β相再到γ相逐渐增加。这是由于相变发生时,Pb-X成键强度逐渐减弱,使价带顶能量降低,进而带隙增加。在所有相中,α相结构中较强的Pb-X相互作用,导致了较强的带边色散,使其具有较小的载流子有效质量。     

溶液法生长大面积超薄钙钛矿单晶薄膜

卤化物钙钛矿由于其独特的光电性质,在薄膜光电子器件领域具有极大潜力1。虽然许多工作都集中在多晶钙钛矿材料上,但单晶钙钛矿比多晶具有更低的缺陷态密度、更好的载流子输运能力和更高的稳定性2,3,可以有有效减少甚至消除载流子输运过程中的散射损失以及在晶界处的非辐射性复合4。采用单晶钙钛矿薄膜作为器件活性层被认为是进一步提高钙钛矿光电子器件性能的理想方案。目前,研究报道的钙钛矿单晶薄膜生长方法主要通过化学气相沉积和溶液空间限制法5,6,然而,所制备的薄膜厚度往往较厚,相应的器件性能也没有多晶薄膜的器件高7,因此,生长高质量的超薄大面积钙钛矿单晶薄膜至关重要。     

基于配位键和次级作用力协同效应构建的两个Co (Ⅱ)/Cd (Ⅱ)配位超分子网络的结构及荧光性质

以3-羧基-1-（4-羧基苄基）吡啶溴酸盐（（H₂L） Br）分别与Co （Ⅱ）和Cd （Ⅱ）金属盐反应,制备了2个配合物[Co （L）₂（H₂O）₄]·2H₂O （1）和[Cd （L）2（H₂O）]·3H₂O （2）。晶体结构分析揭示配合物1是一个中性的单核配合物,其拥有丰富的并可作为超分子合成子的氢键和π-π作用力组分。对于1,单核的[Co （L）₂（H₂O）₄]实体首先通过氢键形成具有孔道结构的二维层,该二维层进一步通过π-π堆积作用形成三维的多孔配位超分子。配合物2具有一维的“之”字形链状结构,该链通过悬挂的L配体之间的π-π作用力形成一维梯形结构。该一维梯形链进一步通过梯形边之间存在的2种π-π堆积作用形成波浪状的二维层。二维层进一步通过8种类型的O—H…O氢键连接形成三维的超分子结构。根据拓扑的观点,配合物2中的一维链采取胶合板排列。此外,配合物2显示了强的紫外荧光发射,平均寿命为2.54 ns。     

双功能化磁性纳米修复剂对多重金属的快速、高效钝化行为

采用“一锅法”制备了四氧化三铁/半胱氨酸（Fe₃O₄/Cys）磁性纳米微球,随后对Fe₃O₄/Cys进行亚氨基二乙酸（IDA）修饰得到Fe₃O₄/Cys/IDA磁性双功能化纳米微球。研究发现Fe₃O₄/Cys中的L-Cys是通过—SH基团接枝到Fe₃O₄表面的,随后IDA分子中的羧基与Fe₃O₄/Cys中的—NH₂形成酰胺键,最终形成多支链多羧基的Fe₃O₄/Cys/IDA磁性纳米修复剂。基于修复剂表面短支链-长支链交替的多羧基结构,实现了羧基基团的高密度接枝。同时,Fe₃O₄/Cys/IDA磁性纳米微球对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为专性吸附,而对Hg²⁺属于非专性吸附,且吸附重金属后得到的钝化产物均表现了良好的稳定性。另外,Fe₃O₄/Cys/IDA对重金属离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层均相吸附,其吸附过程符合准二级动力学模型,最大吸附量为49.05 mg·g^-1。     

基于原位配体反应的锰(Ⅱ)配位聚合物的合成、结构和催化性质

采用水热方法,选用含2个氰基的醚氧桥联羧酸配体(Hdbna)和2,2′-联吡啶(2,2′-bipy)与MnCl2·4H2O反应,合成了一个二维配位聚合物[Mn(μ3-Hdpna)(2,2′-bipy)]n (1),并对其结构和催化性质进行了研究。在配合物1中,配体Hdbna在水热反应条件下,通过原位反应被转化成醚氧桥联三羧酸配体(H3dpna)。结构分析结果表明配合物1的晶体属于三斜晶系,P■空间群。配合物1具有二维层结构。研究表明,配合物1在硅腈化反应中表现出较高的催化活性。     

过渡金属-配体σ键键能在碳-氢键活化中的应用

过渡金属催化的碳-氢(C-H)键活化因其优异的原子经济性及步骤简便性在过去几十年间蓬勃发展,已成为当前构建复杂化合物最常用的策略之一.对该过程中活性中间体的热力学研究有助于加深人们对反应机理的理解,指导新催化剂、新反应的理性设计.然而,近年来该领域的发展颇为缓慢,相应的报道十分零散,缺少系统的归纳和总结.本综述简要梳理了过渡金属-配体σ键键能的研究历程,并举例阐述了这些热力学参数在分析反应可行性、判断反应选择性等方面的应用,旨在推动过渡金属络合物相关的热力学研究的快速发展.     

生物质热解制备木醋液及其性质研究

对杉木屑、棉杆、竹屑三种生物质热解制得的木醋液产率、基本理化性质及其有机成分进行了分析研究。结果表明,三种生物质原料在350℃下热解制得的粗木醋液、精制木醋液产率相差不大,相同条件下氯化钾浸渍处理后的杉木屑热解所得的粗木醋液、精制木醋液的产率有所降低。三种原料制得的精制木醋液的理化性质不同,杉木屑木醋液的pH值最小,密度最大,竹屑和棉杆木醋液的有机酸含量相对较高。采用GC-MS对精制木醋液中的有机成分进行了分析,结果表明,杉木屑木醋液中的主要组分为酸类、酚类和酮类化合物,棉杆和竹屑木醋液中的主要组分除这三类有机物质外,还含有相对含量较高的醇类化合物。酸类和酚类化合物在三种木醋液中的相对含量依次是竹屑 >棉杆 >木屑;酮类的相对含量依次是木屑 >棉杆 >竹屑。氯化钾处理后的木屑热解所得的木醋液中主要组分酚类和酮类化合物的相对含量有所降低,酸类化合物的相对含量增加,主要表现为乙酸相对含量的增加。与杉木屑木醋液相比,KCl处理后的杉木屑木醋液中的醇类化合物相对含量增加了1倍左右。     

氟化银促成两个烯烃的氟化-偶联:简易合成α-CF_3烯烃和β-CF_3酮的新方法

<正>Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,638~642三氟甲基(CF3)官能团的引入通常能显著改变母体分子的物理、化学和生物性质,因此含三氟甲基的有机化合物在药物、材料和生物化学等诸多领域被广泛应用.由于自然界中的氟元素绝大多数以无机物的形式存在,如何向有机分子引入三氟甲基便成为一个重要研究命题.目前有机化学家们主要采用直接三氟甲基化法或含三氟甲基的砌块法实现向目标分子中引入三氟甲基.但是这两种方法都必须预先获得含三氟甲基官能团的前体,然后再拼接.中国