Remarkably improved cycling stability of 3D porous Cu–Sn anode for lithium-ion full cells by adjusting working voltage range

Numerous studies confirm that three dimensional porous Cu–Sn (3DP Cu–Sn) anode possesses good application prospect in light of its desirable electrochemical performance on lithium ion half cells, but there are a few related systematic researches on lithium ion full cells until now, which is indispensable before its commercialization. Herein, the effects of galvanostatic charge-discharge voltage range on the cycling stability of 3DP Cu–Sn anode for lithium ion full cells are investigated systematically. The results show that the suitable charge-discharge voltage range plays a key role in improving the reversible capacity and cycling stability of the 3DP Cu–Sn||LiCoO₂ full cell, which is closely related to maintaining the electrode structure stable by controlling the amount of Li⁺ extracted and inserted. Especially, in the voltage range of 1.2–3.9 ​V, the full cell exhibits remarkably improved electrochemical properties with the high initial reversible capacity of 2.71 ​mAh cm⁻² and 71.95% capacity retention upon 80 cycles. We believe that this work can provide a significant reference for the practical application of porous Sn-based anodes.     

超浸润形状记忆海绵的制备及油-水分离性能

基于反式 1,4-聚异戊二烯(TPI)的形状记忆性能, 以聚氨酯海绵为基底, 包覆TPI制备出了一种具有疏水超亲油特性的三维多孔形状记忆海绵. 由于这种海绵具有良好的形状记忆特性, 可以通过反复按压/恢复过程, 实现对海绵孔径在微米尺寸(约875 μm)与纳米尺寸(约450 nm)间可逆调控. 利用材料特殊的浸润特征及其可控的孔尺寸, 进一步研究了其在油-水分离中的应用. 研究结果表明, 微米尺寸大孔径海绵有利于对不相溶油-水混合物进行快速高效分离, 而纳米尺寸小孔径海绵则有利于对乳液混合物进行分离, 实现了同一材料同时满足不相溶油-水混合物及乳液体系的分离要求.     

酰胺连接的共价有机骨架的制备及其在水中高效光催化性能

光催化是将太阳能转换为化学能的绿色可持续发展途径,有望解决日益严重的能源危机和环境污染问题.在光催化过程中,半导体材料作为光催化剂,负责可见光的捕获、光生载流子的生成和传输以及氧化还原反应,在整个光催化系统中起着决定性的作用.共价有机骨架材料(COFs)是一类新兴的半导体光催化剂,已被证明在可见光诱导的水分解、二氧化碳还原、有机转化反应和水中污染物降解方面具有应用前景.然而,大部分COFs是通过可逆反应构筑的,在水中及苛刻条件下的稳定性差.因此,提升基于COFs的光催化剂在水相中的光催化活性和循环稳定性仍然面临巨大挑战.本文提出了一种新策略,即通过实现多重协同效应,设计和开发2D-COFs作为在水中的高效非均相光催化剂.通过后合成策略将亚胺键连接的2D-COFs氧化,制备了两种具有丰富三嗪结构单元的以酰胺键连接的2D-COFs(命名为COF-JLU18和COF-JLU19).结果表明,COF-JLU18和COF-JLU19具有高比表面积和孔体积,其比表面积分别为1156和541 m2/g;COF-JLU19具有比相似拓扑结构的亚胺COF-JLU17更好的水蒸气吸附性能.此外,COF-JLU19表现出了极高的化学稳定性,在水中、盐酸和氢氧化钠溶液中浸泡两天,其结构和结晶性均没有发生明显变化.由此可见,酰胺键不仅可以增加材料骨架的亲水性,还能够提高COFs对水的稳定性.本文制备的酰胺键连接的COF-JLU19材料,在光降解罗丹明B水溶液(RhB)反应中可以获得高达0.69 min?1的光降解速率常数,活性明显优于其他光催化剂,如C3N4等.COF-JLU19具有较好的催化活性主要归因于以下两方面:一方面,良好的亲水性和固有孔隙率之间的协同效应可以增强COFs在水中对染料的吸附能力,使其光催化活性得到有效提升;另一方面,高的结晶度和优秀的稳定性使酰胺键连接的COFs在多相光催化中实现稳定循环利用.为了扩展COFs的应用前景,本文还制备了一种基于酰胺键连接COFs的静电纺丝膜,在以太阳光为光源的光降解罗丹明B水溶液实验中表现出较高的光催化活性和重复使用性.综上,本文提出的多重协同效应为基于COFs的高效光催化剂的设计提供了一种有效策略.     

通过"双离子键"固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I3]2–物种在多相乙醇羰基化中的应用

贵金属物种(Rh或Ir络合物)在均相羰基化和氢甲酰化催化过程得到了广泛的应用,但始终存在分离繁琐等问题,其均相多相化可很大程度上简化分离操作,故一直广受重视.单位点催化剂因其具有可与均相相比拟的较高金属利用率和选择性而成为均相多相化的重要研究方向之一.研究发现,在碘物种存在的情况下用于固载金属物种的配位键容易断裂,进而导致金属物种的流失,而通过离子键固载的[Rh(CO)₂I₂]^–物种更加稳定,比如著名的甲醇羰基化“Acetica^TM”工艺中,[Rh(CO)₂I₂]^–负一价阴离子物种是以离子键的方式固定在带有阳离子骨架的甲基化聚乙烯吡啶树脂上.与甲醇羰基化过程类似的乙醇羰基化过程是生产重要化工中间体丙酸的主要途径之一,但该过程的均相多相化始终存在着稳定性差这一关键问题.为了解决这一问题,基于之前将固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I₃]^2–应用于甲醇羰基化的工作,我们将类似的季鏻盐聚合物固载Rh基催化剂Rh-TPISP用于多相乙醇羰基化过程,通过多种表征进一步证明了Rh物种和P物种结构,并提出了“双离子键”模型.P的K边XANES证明了聚合物TPISP的季鏻化阳离子骨架特征.HAADF-STEM测试表明Rh-TPISP中的Rh呈现单位点分散的状态.Rh的XPS和XANES结果证明了Rh-TPISP中Rh物种的价态介于0~+1.通过EXAFS的拟合解析给出了[Rh(CO)I₃]^2–活性中心结构.由于[Rh(CO)₂I₂]^–为经典的羰基化活性中心,为了进一步证明该结构的正确性,我们将Rh-TPISP的EXAFS和IR谱图与标样[PPh3Et]⁺[Rh(CO)₂I₂]^–对比发现:在EXAFS谱图中,Rh-TPISP中的Rh-C峰高低于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-C峰高,而Rh-TPISP中的Rh-I峰高高于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-I峰高,这就说明Rh-TPISP中Rh物种的Rh-C配位数小于2,而Rh-I配位数大于2;在IR谱图中,标样[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–中有两个羰基振动峰,与该物种的两个Rh-C配位键相符,而Rh-TPISP中的只有一个羰基振动峰,说明Rh-C配位数为1.因此,Rh-TPISP催化剂的季鏻盐骨架中的每个P物种带有一个正电荷,每个带有两个负电荷的[Rh(CO)I₃]^2–通过与两个[P]⁺的静电作用进行固载,形成“双离子键”结构.该催化剂在固定床乙醇羰基化过程中表现出优异的羰基化活性、选择性和稳定性.在3.5 MPa、195 oC反应近1000 h后,Rh-TPISP催化剂TOF保持在约350 h–1,丙酰基选择性为95%以上,高出所有文献报道的均相和多相乙醇羰基化活性.其较高的活性主要是因为[Rh(CO)I₃]^2–比传统Rh活性相[Rh(CO)₂I₂]^–具有更强的富电子性,而较高的稳定性主要是由于“双离子键”这种强静电作用比“AceticaTM”工艺中“单离子键”更有利于Rh物种的固载.故Rh-TPISP催化剂中的“双离子键”对其优异的催化性能具有极其重要的作用,对后续多相乙醇羰基化的发展具有重要意义.     

The synergistic catalysis on Co nanoparticles and CoN_x sites of aniline-modified ZIF derived Co@NCs for oxidative esterification of HMF

An efficient sustainable and scalable strategy for the synthesis of porous cobalt/nitrogen co-doped carbons(Co@NCs) via pyrolysis of aniline-modified ZIFs,has been demonstrated.Aniline can coordinate and absorb on the surface of ZIF(ZIF-CoZn3-PhA),accelerate the precipitation of ZIFs,thus resulting in smaller ZIF particle size.Meanwhile,the aniline on the surface of ZIF-CoZn3-PhA promotes the formation of the protective carbon shell and smaller Co nanoparticles,and increases nitrogen content of the catalyst.Because of these prope rties of Co@NC-PhA-3,the oxidative esterification of 5-hydroxymethylfurfural can be carried out under ambient conditions.According to our experimental and computational results,a synergistic catalytic effect between CoN_x sites and Co nanoparticles has been established,in which both Co nanoparticles and CoN_x can activate O_2 while Co nanoparticles bind and oxidize HMF.Moreover,the formation and release of active oxygen species in CoN_x sites are reinfo rced by the electronic interaction between Co nanoparticles and CoN_x.     

碱活化多孔碳用于分离甲苯及活化/吸附机理

采用生物质木质素磺酸钠(SLS)为碳源, 先与硬模板NaCl混合预碳化, 再加入活化剂NaOH在氮气保护下升温至850 ℃碳化, 得到SLS基碱活化的多孔碳吸附剂(SPCN). 将SPCN用于吸附液体石蜡中芳香烃甲苯, 对比研究了不同活化剂加入量对SPCN结构、 性质及吸附效果的影响. 结果表明, SPCN表面具有丰富的官能团和发达的微/介孔结构, 活化剂加入量对比表面积的影响为先增大后减小, 碱/碳质量比为1∶1时比表面积达到最大值(710.4 m ²/g); 吸附量与比表面积呈正相关, 样品SPCN-1的最大吸附量为2875.17 mg/g, 远高于商业吸附剂, 经5次吸附-解吸循环后仍保持92.5%的吸附效率. 探究了活化机理, NaOH、 碳质和气体发生氧化还原反应释放气体留下孔隙, 经充分酸洗、 水洗后得到永久孔道. 最后, 结合扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 拉曼光谱(Raman)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积分析等结果证明了吸附机理主要是孔隙填充效应、 范德华力、 π-π相互作用及电子供/受体作用的共同作用. 首次报道了SPCN应用的新方向并探究了活化与吸附机理, 制备方法简易、 经济, 产品循环稳定性好、 无污染, 有望用于工业化生产.     

水热反应条件对多孔球状Bi2WO6光催化剂结构及性能的影响

采用水热法制备了Bi₂WO₆光催化剂, 考察了水热反应温度、 水热反应时间及前驱体溶液pH值等条件对其对乙烯可见光催化活性的影响, 并通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和比表面积分析等对催化剂的晶相组成、 微观形貌和光学性质等进行表征. 结果表明, 在水热反应温度为120 ℃、 水热反应时间为12 h、 前驱体溶液pH=0.5条件下, Bi₂WO₆光催化剂经过各向异性生长以及自组装奥斯特瓦尔德成熟(Ostwald ripening)过程, 形成由二维纳米薄片自组装的多孔微球状结构, 有效增大了与乙烯气体的接触面积, 禁带宽度降至2.86 eV, 可见光响应范围拓宽, 表现出优异的光催化性能, 在可见光下240 min内对乙烯的降解率达到13.69%.     

Porous surfur-doped hard carbon for excellent potassium storage

Hard carbon is promising anode for potassium-ion batteries(PIBs),however,the poor rate capability hinders its development as potential anode.To address this question,we design a sulfur-doped porous hard carbon(S-HC)for PIBs through the combination of structural design and composition adjustment.The as-designed S-HC exhibits a long cycling life with^191 mAh/g after 300 cycles at 1 A/g,and an excellent rate capability with^100 mAh/g at 5 A/g,which was attributed to its structural characteristics and compositions.The S-HC demonstrates to be promising anode in the future.     

Facile synthesis of palladium nanoparticles supported on urea-based porous organic polymers and its catalytic properties in Suzuki-Miyaura coupling

By using urea linked porous organic polymers as template, a new nano palladium catalyst with low Pd loading can be easily prepared (1.0 wt% Pd only). Although such less amount of Pd was contained in this new catalyst, it is still an effective catalyst for the Suzuki-Miyaura coupling of aryl iodines and aryl boric acids, affording biphenyl products in excellent yields with outstandingly enhanced turnover numbers (up to 10,536) under green solvent (water).     

ZIF‐8‐Nanocrystalline Zirconosilicate Integrated Porous Material for the Activation and Utilization of CO2 in Insertion Reactions

The conversion of CO₂ to useful chemicals, especially to atom economical products, is the best approach to utilize an excess of CO₂ present in the atmosphere. In this study, a metal‐organic framework (ZIF‐8) is integrated with nanocrystalline zirconosilicate zeolite to develop an integrated porous catalyst for CO₂ insertion reactions. The catalyst exhibits excellent activity for the CO₂ insertion reaction of epoxide to produce cyclic carbonate in neat condition without the addition of any co‐catalyst. The catalyst is stable and recyclable during the cyclic carbonate synthesis. Further, the catalyst also exhibits very good activity in another CO₂ insertion reaction to produce quinazoline‐2,4(1H, 3H)‐dione.