中空MOFs材料制备及电催化应用的研究进展

水分裂、金属-空气电池和燃料电池等能源转换技术对解决未来的能源危机和环境问题至关重要.氧还原反应(ORR)、氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)作为其核心反应,存在反应动力学速率较慢的问题,因此,开发研制高效的非贵金属电催化剂具有重要意义.金属有机骨架(MOFs)材料因具有高度可调的组成和多孔晶体结构,在不同的应用领域引起了越来越多的关注.中空MOFs纳米材料具有MOFs材料高度可调的组成和结构优势,又具有中空结构纳米材料的优点(如更快的物质传输、更丰富的孔隙率、灵活多变的活性组分、更多的暴露活性位点及对苛刻条件的更好相容性等),在电催化领域显现出巨大的应用潜力.本文对近几年来基于中空结构MOFs材料的制备及在电催化方面应用的研究进展进行了综合评述,并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结和展望.     

超薄骨架有序介孔CdS/NiS的制备及光催化产氢性能

采用有序介孔氧化硅为硬模板, 通过纳米浇筑法制备了由螺旋骨架构建的有序介孔硫化镉(CdS)光 催化材料. 该光催化材料具有约5 nm厚的超薄骨架和大的比表面积(238 m²/g), 能有效缩短光催化反应中 光生电荷迁移到表面进行反应的距离并同时提供更多的反应活性位点, 从而增强光催化性能. 通过原位化学沉积法将不同量的助催化剂硫化镍(NiS)沉积到有序介孔CdS表面, 得到了一系列超薄骨架有序介孔CdS/NiS复合光催化材料. 可见光照射下的光催化产氢活性测试结果表明, 负载适量NiS的有序介孔CdS具有显著增强的光催化产氢活性(3.84 mmol?h^-1?g^-1), 约为负载相同量NiS的普通商业化CdS材料(0.22 mmol?h^-1?g^-1)的17.5倍.     

有序宏孔-介孔TiO_2薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

我们使用表面活性剂P123和聚苯乙烯球双模板技术,合成了多级有序的宏孔/介孔TiO2薄膜,并将其与P25多孔薄膜复合形成双层结构的染料敏化太阳能电池光阳极.实验结果表明,宏孔/介孔TiO2薄膜层的引入,有效地提高了光阳极对太阳光的散射以及捕获能力,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率.与使用单一P25光阳极的染料敏化太阳能电池相比,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池所产生的短路光电流密度从7.49上升到了10.65mA/cm2,开路电压也从0.65提高到了0.70V.在太阳光强度为AM1.5时所测得的光电转化效率表明,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率为5.55%,比单层P25结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率提升了83%.     

中空多壳层结构材料的制备及气体传感应用研究进展

先进气体传感器技术在现代社会安全生产生活中扮演着极为重要的角色, 而高效敏感材料的设计与开发是其中的关键. 中空多壳层结构材料因其独特的层层嵌套的多壳层与多腔体结构而表现出特别的物理化学性质, 在气体传感领域显现出巨大的应用潜力. 传统的硬模板法、 软模板法以及基于奥斯特瓦尔德熟化和柯肯德尔效应的无模板法在中空多壳层纳米结构材料的普适制备及壳层结构的精确调控等方面存在诸多限制. 次序模板法的出现突破了上述限制, 促进了该领域的迅速发展. 本文简要回顾了中空多壳层结构材料制备方法的发展历程, 介绍了其在甲醛、 乙醇、 丙酮、 甲苯及二氧化氮等有害气体检测中的具体应用, 分析了其在气体传感领域的独特优势, 最后对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结与展望.     

具有结晶孔壁介孔镁锌氧复合物(英文)

以介孔碳为硬模板经过二次填充制备了介孔镁锌氧复合物.采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),N2吸附脱附等手段对材料的结构及形貌进行了表征.结果表明,所制备的材料在具有高有序介孔结构的同时还具有结晶的孔壁.孔径尺寸均为4.0nm,比表面积均为114.5m2.g-1.广角XRD结果初步表明,材料中氧化镁和氧化锌复合形成了固溶体.该材料作为一种半导体材料有望在光学器件领域获得新的应用价值.