高可见光催化降解污染物和产氢活性的Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4异质结

随着人口增长和全球工业化进程加快,人们饱受环境污染和能源短缺问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、可持续、环境友好、有潜力的新技术,在环境净化和能源开发方面有着广阔的应用前景.到目前为止,人们已开发出多种半导体光催化剂,并广泛应用于污染物降解、氢气制备和二氧化碳还原等领域.其中,化合物K4Nb6O17具有典型的层状结构、合适的电子能带结构、结构易改性以及良好的电荷传输性能等特点,在光催化领域得到了广泛研究.然而,单纯K4Nb6O17仍存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,限制了K4Nb6O17的进一步应用.因此,需要对K4Nb6O17进行改性,拓宽其光吸收范围,提高其光生载流子分离效率,从而提高其光催化活性.本研究通过简单焙烧法制备Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4(KCN)异质结光催化剂,其中石墨相氮化碳(g-C3N4)在复合材料中质量比约为50%.层状K4Nb6O17层板的电子结构通过N掺杂进行调控,拓宽其光响应范围,使其具有可见光响应;同时,形成的g-C3N4位于N-掺杂K4Nb6O17的外层以及内层空间,在这两种组分之间形成异质结,有利于提高光生载流子的分离效率.荧光光谱、时间分辨荧光光谱和光电化学测试表明,N掺杂和异质结的形成有利于增强光生电子-空穴对的传输和分离效率.通过在可见光照射下降解罗丹明B(RhB)和产氢来评估材料的光催化性能.相比g-C3N4(8.24μmol/h)和Me-K4Nb6O17(~1.30μmol/h),KCN复合材料光催化产氢效率(~16.91μmol/h)得到了极大提高,并显示出极好的光催化产氢稳定性能.对于光催化降解RhB体系,KCN复合材料也显示出较好的光催化活性和稳定性,并能很好地将RhB矿化.鉴于KCN复合材料具有较小的比表面积(9.9 m^2/g)且无孔结构,认为比表面积对光催化活性影响较小.因此,与单组分相比,KCN复合材料光催化产氢和RhB降解活性都得到了极大提高,活性的增强主要归功于N掺杂和异质结形成的协同效应,其中N掺杂可以拓宽光捕获能力,异质结形成可提高电荷载流子的分离效率.电子自旋共振(ESR)谱表明,在KCN降解RhB体系中,超氧自由基(·O2^?)、羟基自由基(·OH)和空穴(h^+)作为主要活性物质都参与了反应.结合实验结果可以推测KCN复合材料满足了Z型光催化体系,该体系具有高效的光生载流子分离效率和较高的氧化还原能力.     

新型γ-聚谷氨酸吸水树脂的合成

以γ-聚谷氨酸(γ-PGA)为原料,乙二醇缩水甘油醚为交联剂,采用溶液聚合法合成了新型γ-PGA吸水树脂(1),其结构经IR表征.研究了反应体系的pH,反应温度和反应时间对1吸水率和透光率的影响.结果表明,在反应体系pH 4.3,于70℃反应36 h的最佳反应条件下合成1,吸水率220 g·g-1,透光率99.6％,分解温度334.9℃.     

四氢异喹啉衍生物的合成研究

以间甲氧基苯乙胺和氯甲酸乙酯为原料,通过亲核取代、关环、铝锂氢还原、脱甲基以及在N位上Boc保护及脱保护等9步反应得到一系列重要的1,2,3,4-四氢异喹啉及其衍生物.产物的结构经核磁共振氢谱、红外光谱及元素分析确证.与传统四氢异喹啉衍生物的合成工艺相比,该工艺反应条件温和、简便、经济、产率高且对环境友好.     

ZIF67衍生硫化钴/多孔碳复合催化剂的制备及其电催化性能

采用离子交换法与热处理相结合的方法,以ZIF67为前驱体,硫代乙酰胺为硫源,制备出硫化钴/多孔碳(CoS/C)复合催化材料,并探讨了硫化时间对复合催化剂的形貌、结构及其氧还原(ORR)性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N2吸附-脱附测定仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和旋转圆盘电极(RDE)技术表征催化剂的物理特征和电催化性能。研究结果显示,在碱性条件下该复合催化剂具有与20%(w/w)的商业Pt/C催化剂相媲美的ORR活性,其半波电位仅比Pt/C催化剂低31 mV。随着硫化时间的增加,硫化钴颗粒逐渐增大,催化剂中碳材料的无序程度出现先减小后增大的趋势。在硫化时间为10 min时,复合催化剂在0.1 mol·L-1KOH中表现出良好的电催化活性,且在ORR过程中复合催化剂的平均转移电子数可达到3.72,接近于4,说明氧气在该催化剂表面发生的是四电子转移过程。     

点击反应在糖聚肽及其类似物合成中的应用

糖聚肽是一类由聚肽/聚氨基酸与糖类化合物共价相连构成的高分子化合物,因其良好的生物相容性及独特的生物学性能,在自组装、组织工程、药物输送等领域均显示出广泛的应用前景,成为近年来蓬勃发展的热点领域.高效合成结构规整可控的糖聚肽是该领域的热点和难点.点击化学的快速发展为糖聚肽的合成提供了高效便捷的途径.系统综述了点击反应在糖聚肽两种合成策略中的应用——通过聚合后修饰法将糖分子引入到聚氨基酸前体侧链上以及对糖苷化的α-氨基酸-N-羧酸酐(glyco-NCA)"可点击"化学单体的开环聚合反应,同时也总结了通过点击反应将含糖功能基元化学偶联到聚氨基酸链末端合成糖聚肽类似物的策略,并对其优缺点和发展方向进行了简要讨论.     

AIC多晶硅薄膜的制备与其上HWCVD低温外延生长多晶硅薄膜的研究

铝诱导晶化法(AIC)是一种低温制备大晶粒多晶硅薄膜的重要方法.本文分别基于Al/Al2O3/a-Si叠层和a-Si/SiOx/Al叠层制备了AIC多晶硅薄膜,前者表面粗糙,后者表面光滑.以后者为籽晶层,在其上用HWCVD法300℃低温下外延生长了表面形貌与籽晶层相似的多晶硅薄膜.铝诱导晶化过程中,在原始非晶硅层中会形成多晶硅、非晶硅和铝的混合层,去除铝后残留的硅将使表面粗糙,而在原始铝层中则形成连续的多晶硅薄膜.Al/Al2O3/a-Si 叠层和a-Si/SiOx/Al叠层的上层分别是非晶硅层和铝层,发生层交换后,前者上层是硅铝混合层,因此表面粗糙,后者上层是连续的多晶硅薄膜,因此表面光滑.在AIC多晶硅薄膜表面外延生长多晶硅薄膜等效于铝诱导多晶硅的晶核在垂直于薄膜方向上的继续生长,因此外延生长的薄膜与AIC多晶硅薄膜呈现相似的枝晶状形貌.     

还原氧化石墨烯/TiO2纳米线复合膜的制备及对Cu2+吸附性的影响

以石墨烯和自制TiO₂粉末为原料,通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO₂纳米线(rGO/TiO₂ NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO₂ NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明,还原氧化石墨烯和TiO₂ NWs成功地复合在一起,复合材料中TiO₂ NWs分散性较好。Cu²⁺吸附实验结果表明,复合材料中TiO₂ NWs所占比例、pH值是影响Cu²⁺吸附效果的重要因素,研究复合材料对Cu²⁺的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO₂ NWs含量为50%时,复合膜对Cu²⁺的吸附量最高,达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性,重复使用5次后,吸附率是原吸附量的91%。     

Au@g-C3N4支架的制备及其光催化性能

以三聚氰胺、甲醛、尿素等原料合成具有可塑性的三聚氰胺树脂,通过发泡法构建前驱体支架,并通过磁控溅射法在支架表面沉积金,550℃下热聚合后,成功制备得到负载Au的石墨相氮化碳(Au@g-C₃N₄)支架,其比表面积可达1 480 m²·g^-1。负载6%Au后,Au@g-C₃N₄支架的紫外吸收光谱在550nm处出现了新的吸收峰,吸收带边红移至507nm,禁带宽度缩小至2.45eV,Au@g-C₃N₄支架荧光强度和阻抗显著降低,光电流从0.28μA·cm^-2提升至0.62μA·cm^-2。负载Au既拓宽了Au@g-C₃N₄支架可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合,光催化性能稳定,光催化降解罗丹明B的降解率提高近1倍。此外,Au@g-C₃N₄支架强度适中,具有一定韧性,在光催化领域应用中便于回收和再利用。     

六角氮化硼纳米带的几何和电子结构理论研究

本文采用密度泛函B3LYP方法在6-31G*水平上，对一系列不同宽度的锯齿型和扶手椅型六角氮化硼纳米带进行了理论研究。结果表明纳米带宽度对体系的性质有规律性的影响。随着宽度的增加，纳米带不同位置的硼氮键键长差异逐步减小从而提高了整个体系的共轭性；锯齿型纳米带的能隙单调减小而扶手椅型纳米带的能隙在减小的同时出现振荡，且振幅随宽度逐渐减小。锯齿型氮化硼纳米带的化学势在特定宽度出现了极值点。前线分子轨道的分布随着宽度的增加出现了非均匀分布，呈现出向边界偏移的现象。     

新型含螺噁嗪聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备与光致变色性能

以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料,螺噁嗪（SPO）为光致变色染料,经悬浮聚合法制备了光致变色微球（PMMA SPO）,其结构经红外光谱、扫描电镜和差热分析表征。研究了SPO浓度对微球转化率和环境温度对光致变色开环体热稳定性的影响。结果表明：在SPO的空间位阻效影响下,微球的玻璃化转变温度由82.4 ℃升高至85.3 ℃,随着SPO浓度下降,微球转化率由89%降低至15%,光致变色开环体的热稳定性随环境温度增大而增强,微球在淡粉色和黄绿色之间可逆转化20次以上未见明显的疲劳现象。