以阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束为模板合成有序介孔二氧化硅

基于静电作用, 阴离子表面活性剂可与阳离子聚铵组装形成复合胶束. 借助阳离子聚铵,复合胶束可以作为模板与硅源协同组装, 形成高度有序的介孔二氧化硅. 本文通过调变不同种类阴离子表面活性剂、合成体系pH值、合成温度及阳离子聚铵和硅源用量等因素, 合成了具有不同介观结构和形貌的介孔二氧化硅. 实验证实阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束模板法是合成介孔二氧化硅的一种通用方法.     

带有吸电子-Cl基团的供体-受体氮化碳的构建及其光催化性能

聚合物氮化碳(C₃N₄)因具有可见光响应特性、良好的化学稳定性、无毒性等优点而成为一类极具吸引力的光催化剂.遗憾的是,由于本征库仑相互作用,C₃N₄中的光生电子和空穴通常以激子的形式存在,导致迁移到表面的光生电子和空穴数量减少,从而降低了光催化活性,因此人们做了大量的研究工作来促进激子解离成自由电子和空穴.D-A体系可以诱导内部电场的产生,从而促进激子解离成自由电子和空穴,因此,构建供体-受体(D-A)体系是一种有效地促进激子解离的方法.然后在内电场作用下,自由电子和空穴也能够更加容易地转移到共聚物表面,从而发生相应的光催化还原和氧化反应.本文选择了2-氨基-4,6-二氯嘧啶(C₄H₃Cl₂N₃)作为单体,与三聚氰胺共聚形成分子内共聚物(CNCl_x)来构建D-A体系.由于分子结构相似,C₄H₃Cl₂N₃与C₃N₃(NH₂)₃分子具有良好的化学相容性.在共聚过程中,C₄H₃Cl₂N₃在219~222℃升华,三聚氰胺在300℃升华,在温度继续升高到550oC的过程中,气相混合物充分混合并发生共聚反应.在共聚过程中,如果C₄H₃Cl₂N₃分子与C₃N₃(NH₂)₃反应,那么三聚氰胺沿着这个方向的聚合将终止,因此吸电子-Cl基团将全部位于共聚分子的末端.相较于体相C₃N₄,CNCl_x样品活性均有所提高,且随着-Cl基团数量的增加,CNCl_x样品活性先提高后降低,其中CNCl_0.15样品活性最高.CNCl_0.15在可见光下的析氢速率是体相C₃N₄的15.3倍,在420 nm处的表观量子效率为13.6%.对RhB,MO和苯酚的降解速率分别为体相C₃N₄的5.82,7.93和9.53倍.构建分子内D-A体系以后,C₃N₄活性提高主要是因为随着末端-Cl基团的增加,材料的吸光能力和激子解离效率提高.而且-Cl基团也可以充当电子的俘获位点,浓度进一步升高会降低电荷转移的效率使活性降低.EIS的奈奎斯特图和i-t曲线结果表明,CNCl_0.15的电弧半径最小,光电流最大,说明其具有最低的电阻和最高的载流子传输效率.紫外光电子能谱测试结果表明,CNCl_x功函数值较小,电子更容易在内部电场的作用下移动到表面,而过量的-Cl基团增加了CNCl_0.2的功函数值,导致CNCl_0.2样品的光催化活性降低.     

自支撑NiFe LDH-MoSx集成电极在工业电解水条件下实现高效电解水

化石燃料的枯竭和不断增长的能源需求给人类带来巨大的挑战,加之能源消耗过程带来的环境问题使得开发清洁可再生绿色能源迫在眉睫.氢能具有零排放、可再生、能量高和来源广等特点,且可通过化石能源和电解水制取,是未来人类最理想的替代能源之一.相较于化石能源制氢,电解水制氢被认为是一种最有前途的清洁制氢技术,能够将可再生能源(例如太阳能和风能)产生的剩余电能以化学能的形式存储起来.电解水反应由发生在阴极的析氢反应与发生在阳极的析氧反应组成.其中,析氧反应涉及多个质子和电子转移,反应动力学缓慢严重限制了其水分解的整体效率.为满足实际应用,亟待开发低成本、高催化活性和在工业电解条件(60～80℃,20％～30％ KOH,400 mA·cm-2)下长期稳定性强等特性的析氧催化剂.本文报道了一种用于析氧反应的自支撑泡沫镍铁自支撑的镍铁层状双金属氢氧化物-二硫化钼(NiFe LDH-MoSx/INF)集成电极,在正常碱性测试条件(25℃,1 M KOH)和模拟工业电解条件(65 ° C,5 M KOH)下均表现出优异的催化性能.优化后的电极在一般碱性测试条件下,过电势仅需195和290 mV即可达到100和400 mA·cm-2的电流密度.在模拟工业电解条件下达到相同的电流密度,过电势只需156和201 mV.在两种条件下进行长期稳定性测试,催化剂均未观察到明显的失活现象.在两电极体系(NiFe LDH-MoSx/INF ‖ 20％Pt/C)全解水测试中,达到100 mA·cm2的电流密度仅需1.72 V的电压.还使用NiFe LDH-MoSx/INF作为阳极催化剂构建膜电极并评价其阴离子交换膜电解水的性能:在400 mA·cm-2的电流密度下能量转换效率(60℃,1 M KOH)为71.8％.综上,原位生长策略保证了此类电极的长期稳定性.硫化基底的存在可以控制NiFe LDH的生长厚度,从而提高集成电极的整体导电性.另外,MoSx的引入进一步调节了NiFe LDH的电子结构,进而优化了反应中间体的吸附能及状态.在模拟工业操作条件下进行的电化学测试进一步证实了多孔三维自支撑NiFe LDH-MoSx/INF集成电极具有在工业电解水中大规模应用的前景.本文为合理设计用于工业阴离子交换膜水电解的非贵金属析氧催化剂提供新的策略.