基于g-C3N4的Z型光催化体系研究进展

导电聚合物型光催化材料g-C₃N₄有着独特的电子结构、稳定的化学性能和显著的可见光催化活性。基于g-C₃N₄的Z型光催化体系(Z-g-C₃N₄)的催化效率高、电子-空穴复合率低而备受关注,在光催化领域展现出了巨大的应用潜力。本文阐述了Z-g-C₃N₄型光催化反应体系的作用机理,综述了Z-g-C₃N₄在光催化领域的研究进展,介绍了Z-g-C₃N₄在产氢、转化CO₂、降解有机物等光催化领域的应用,讨论了pH值、导电介质等因素对Z-g-C₃N₄光催化性能的影响。最后指出了Z-g-C₃N₄光催化体系在研究过程中面临的问题和研究方向。     

具有光催化与光芬顿反应协同作用的2D/2D α-Fe2O3/g-C3N4 S型异质结用于高效降解四环素

构建具有高效电荷迁移效率和丰富活性位点的异质结光催化体系是提升光芬顿反应速率的有效途径。本研究通过简单的水热法合成了2D/2D结构的α-Fe₂O₃/g-C₃N₄ S型异质结光芬顿催化剂,并使用X射线衍射仪技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等分析手段对α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的晶体结构、微观结构、化学组分和光学性质进行了详细的表征。通过在可见光照射下降解四环素,评测了α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的催化活性。结果表明,光催化反应与芬顿反应的协同作用使α-Fe₂O₃/g-C₃N₄ (1 : 1)展现出了优异的光芬顿催化活性：在可见光照射下,仅加入微量的双氧水便可辅助催化剂在20 min内对四环素的降解率达到78%,其降解速率分别是单一的α-Fe₂O₃和g-C₃N₄的3.5倍和5.8倍。α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复合材料优异的催化活性得益于在2D/2D S型电荷迁移机制上构建的光芬顿催化体系。2D/2D S型异质结能够显著促进电子和空穴的传输与分离,并为催化剂提供较大的比表面积和丰富的活性位点,同时还能保持复合材料最佳的氧化还原能力。此外,光催化反应促进了Fe³⁺的还原,从而加速了芬顿反应中羟基自由基的产生。总之,本研究为构建高效、稳定的光芬顿催化体系提供了一条简单有效的途径。     

氮化碳聚合物半导体光催化

半导体光催化技术通过太阳光驱动一系列重要的化学反应,将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解和矿化有机污染物,在解决能源短缺和环境污染等问题方面具有重要的应用前景。最近,聚合物半导体石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,由于优异的化学稳定性和独特的电子能带结构,被作为一种廉价、稳定、不含金属组分的可见光光催化剂广泛应用于太阳能的光催化转化,如光解水产氢产氧、有机选择性光合成和有机污染物的降解等,引起人们的关注。本文将围绕g-C₃N₄光催化剂的改性研究,综述国内外近年来在g-C₃N₄光催化领域所取得一些重要进展,比如理论研究g-C₃N₄的组成结构及化学性质、金属/非金属掺杂调控g-C₃N₄的半导体能带结构、软/硬模板法优化g-C₃N₄的纳米结构、表面化学修饰改进g-C₃N₄的表面反应动力学过程及半导体复合提高光生载流子的分离效率等。最后,本文还对g-C₃N₄光催化的未来发展趋势进行展望。     

三维磁性复合材料ZnFe2O4/g-C3N4/rGO@Ag的制备及高效光催化降解罗丹明B的研究

光催化降解有机染料被认为是目前解决染料污染问题的一种理想策略。首先以三聚氰胺、氧化石墨烯(GO)和中空ZnFe₂O₄为前驱体通过热处理来构建3D结构ZnFe₂O₄/g-C₃N₄/rGO骨架;然后将银(Ag)作为助催化剂固定在ZnFe₂O₄/g-C₃N₄/rGO骨架上,制备了3D结构ZnFe₂O₄/g-C₃N₄/rGO@Ag复合光催化剂。并采用傅里叶变换红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对材料的结构、形貌与化学组成进行了表征。结果表明,ZnFe₂O₄/g-C₃N₄/rGO@Ag复合催化剂在可见光的照射下对罗丹明B (RhB)的降解活性显著增强,在可见光照射下20...     

具有高效界面电荷转移的0D/2D Bi4V2O11/g-C3N4梯形异质结的设计合成及抗生素降解性能研究

随着工业技术的飞速发展,大量有机污染物被应用于生活的各个领域,由此带来了严重的环境问题。众所周知,半导体光催化技术是一种有效且环境友好的降解去除典型污染物的方法,而光催化剂在该技术的应用中起着关键作用。因此,在光催化污染物降解领域,人们已经尝试研究了各种半导体材料。其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是近年来公认的“明星”材料之一。因其独特的二维层状结构和良好的可见光响应而引起了人们的极大兴趣。由于带隙较窄(~2.7 eV)、能带结构可调以及良好的物理化学稳定性,g-C₃N₄对太阳光谱的吸收可达450 nm,具有一定的可见光光催化性能。然而,g-C₃N₄在去除抗生素和染料方面的降解效率仍然存在不足,例如光生电荷的快速复合以及空穴的氧化能力弱等。为了优化这种有前景的光催化材料,人们尝试了多种方法来改善g-C₃N₄的电子能带结构,例如金属/非金属元素掺杂、形貌调控和官能团修饰等。最近,人们提出了由两种N型半导体光催化剂组成的梯形异质结理念,它可以利用半导体材料更正的价带和更负的导带。相关结果表明,构筑梯形异质结是提高g-C₃N₄光催化活性的最有效方法之一。因此,本文通过简单的原位溶剂热生长法制备了新型0D/2D Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄梯形异质结光催化剂。Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄复合材料对去除土霉素(OTC)和活性红染料展示出了优异的光催化活性。尤其是BVCN-50复合材料对OTC和活性红的降解效率高达74.1%和84.2%,该过程的主要活性物种为·O₂^-。大幅增强的光催化性能归因于Bi₄V₂O₁₁和g-C₃N₄之间形成的梯形异质结保持了光催化体系的强氧化还原能力(Bi₄V₂O₁₁的强氧化能力和g-C₃N₄的强还原能力),并促进了光生电荷的空间分离。此外,金属Bi⁰的表面等离子共振效应可以拓宽异质结系统的光吸收范围。此外,基于高效液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析,我们研究了OTC降解过程中可能的中间体和降解路径。这项工作为设计和制备g-C₃N₄基梯形异质结用于抗生素和活性染料降解提供了一种新的策略。     

TiO2(110)表面负载W3O10团簇构型和电子结构的理论研究

采用基于第一性原理的分子动力学和量子力学相结合的方法, 对非化学计量比富氧型钨氧化物团簇W₃O₁₀在TiO₂(110)表面负载的构型和电子结构进行了系统研究. 研究结果表明, 热力学最稳定的负载构型为W₃O₁₀团簇通过端氧原子和W原子形成四根Ti-O键和两根W-O键吸附在TiO₂(110)表面. 负载W₃O₁₀团簇后, 有较多电子从TiO₂表面转移到团簇上, TiO₂表面不再保持半导体性质, 相应地, 表面功函上升. 比较负载前后团簇的稳定性可知, 可以通过沉积在合适的固体表面来稳定气相中的不稳定构型.     

超小纳米Co3O4耦合高含氮碳复合材料的电催化析氧性能研究

过渡金属氧化物是一种具有高效催化活性的电解水析氧反应催化剂,但低电子电导率限制了其催化活性,将活性纳米材料与导电基质材料复合,是构筑高性能电极材料或电化学催化剂的有效途径。采用溶剂热法制备了负载在C₃N₄上的聚合卟啉,经Co元素修饰和热处理后得到Co₃O₄/NC催化剂,采用XRD、SEM、TEM、XPS和FT-IR等方法对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,Co₃O₄/NC-600具有超小纳米Co₃O₄结构,且其含氮量高,吡啶N与Co之间产生了协同作用,催化剂在OER反应中表现出良好的催化性能,其Tafel斜率仅为66.4 mV/dec,达到10 mA/cm²的电流密度所需的过电势为343.3 mV。     

原位光沉积制备Z型α-Fe2O3/g-C3N4异质结及其可见光驱动光解水产氢性能

采用原位光沉积-煅烧法制得了Z型α-Fe₂O₃/g-C₃N₄异质结复合光催化剂。分别采用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、荧光光谱以及电化学测试对样品进行了表征,并考察了可见光下光解水产氢活性。结果表明:当α-Fe₂O₃的负载量为2.9%时,α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有最优的产氢催化活性,产氢速率高达1841.9μmol·g^-1·h^-1,约为g-C₃N₄的3.3倍。光催化性能的提高主要归因于3方面:(1)高温煅烧过程中α-Fe₂O₃的形成,有效促进了氮化碳片层的热剥离,增大了比表面积,从而为光催化反应提供了更多反应活性位;(2)超细α-Fe₂O₃颗粒(5~8 nm)高度均匀地分散在g-C₃N₄表面,并且与其紧密结合,形成了高质量的Z型异质结;(3)Z型异质结不仅有效抑制地了光生载流子的复合,同时极大地保留了g-C₃N₄导带电子的强还原性和α-Fe₂O₃价带空穴的强氧化性。     

Fe/g-C3N4表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C₃N₄),经H₂O₂、NH₃·H₂O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C₃N₄,对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO₂-TPD、CO-TPD、H₂-TPR、接触角测试和N₂物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C₃N₄催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C₃N₄具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C₃N₄相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H₂O₂、 NH₃·...     

石墨相氮化碳的改性及在环境净化中的应用

利用半导体光催化剂技术可以将环境污染物进行分解、转化和矿化,是解决环境污染问题的一条有效途径.聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有独特的电子结构和化学性质,是一种新型的非金属功能性材料,在利用太阳能转化清洁能源和化学合成领域受到广泛关注.近几年,g-C₃N₄的开发使得利用半导体光催化技术进行环境净化的研究取得了进一步发展.本文围绕g-C₃N₄作为催化材料在环境净化中的应用,包括对水体有机污染物、细菌、大气污染物、重金属离子、CO₂等的分解转化等,综述国内外近年来的一些重要研究进展.并以在降解有机污染物中的应用为例对g-C₃N₄性能优化的各种改性措施进行了总结.最后,本文对g-C₃N₄在光催化环境净化反应过程的反应机理进行总结,并对未来发展趋势进行展望.     

烧绿石型复合氧化物结构及离子导电性

本文结合这两年来作者的研究工作,综述了烧绿石型复合氧化物的结构及离子导电性研究进展.系统介绍了烧绿石型复合氧化物的结构特点,分析了其传导机理、离子传导特性及国内外研究现状、应用前景和发展趋势.     

Synthesis, Crystal Structure and Band Structure of EuMg6Sn3.67

EuMg6Sn3.67 has been synthesized by reacting the mixture of the corresponding pure elements at high temperature, and structurally characterized by single-crystal X-ray diffraction study. EuMg6Sn3.67 crystallizes in hexagonal space group P63/m (No. 176) with a = 11.7259(4), c = 4.5507(2), V = 541.88(4)3 , Z = 2, Mr = 734.60, Dc = 4.502 g/cm3 , μ = 14.348 mm-1 , F(000) = 638, the final R = 0.0128 and wR = 0.0378 for 464 observed reflections with Ⅰ > 2σ(Ⅰ). EuMg6Sn3.67 is closely related to the Ba2Mg12Ge7.33 structure type and features a three-dimensional Mg6Sn3.67 framework with one-dimensional hexagonal tunnels along the c-axis occupied by the Eu atoms. Electronic structure calculation indicates that the title compound is metallic.     

Synthesis, Crystal Structure and Band Structure of Sm3In5

A new intermetallic compound, Sm3In5, has been synthesized by solid-state reaction of the corresponding pure elements in a welded niobium tube at high temperature. Its crystal structure was established by single-crystal X-ray diffraction. Sm3In5 crystallizes in orthorhombic, space group Cmcm with a = 10.0137(8), b = 8.1211(7), c = 10.3858(8) , V = 844.60(1) 3, Z = 4, Mr = 1025.15, Dc = 8.062 g/cm3, μ = 33.791 mm-1, F(000) = 1724, the final R = 0.0346 and wR = 0.0775 for 533 observed reflections with I > 2σ(I). The structure of Sm3In5 belongs to the modified Pu3Pd5 type. It is isostructural with La3In5 and β-Y3In5, containing one-dimensional (1D) [In5] cluster chains along the c-axis, which are weakly interconnected via In-In bonds (3.345 ) to form a three-dimensional (3D) structure. The samarium cations are located at the voids between the 1D [In5] cluster chains. Band structure calculations based on Density Function Theory (DFT) method indicate that Sm3In5 is metallic.     

A Study on Molybdenite Electronic Structure

ＡＳｔｕｄｙｏｎＭｏｌｙｂｄｅｎｉｔｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒｅＬＯＮＧＸｉａｎｇ－ｙｕｎａｎｄＷＡＮＧＦｅｎｇ－ｚｈｅｎ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｈｅｍ．，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａｈ...     

Crystal and Molecular Structure of Cyanuric Acid

ＣｒｙｓｔａｌａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣｙａｎｕｒｉｃＡｃｉｄＣｈｅｎＣｈａｎｇ－Ｚｈａｎｇ；ＳｈｉＪｉａｎ－ＱｉｕＬｉｎＺｈｏｕ－Ｂｉｎ；ＧａｏＤｏｎｇ－Ｓｈｏｕ；ＨｕａｎｇＸｉａｏ－Ｙｉｎｇ；ＬｉＤｉｎｇ（ＦｕｊｉａｎＩｎｓ...     

二维网状铜(Ⅱ)配合物的合成及晶体结构表征

A Cu(Ⅱ) complex [Cu(L)_1.5(OSO₃)]·3H₂O (1) [L=1,4-bis(imidazol-1-yl)benzene] was synthesized by reaction of ligand L with CuSO₄·5H₂O using solvothermal method and its structure was determined by X-ray crystal structure analysis. The structure indicates that the complex crystallizes in triclinic, space group P1 with a=0.948 8(2), b=1.078 5(2), c=1.108 4(2) nm, α=74.820(2), β=81.331(2), γ=72.638(2)°, V=1.041 5(3) nm³, Z=2, D_calc=1.687 g·cm^-3, F(000)=544, μ=1.205 cm^-1, the final R=0.062 3 and wR=0.132 8. The Cu(Ⅱ) atom has distorted square-pyramidal environment with a N₃O₂ donor set. Each L ligand links two Cu(Ⅱ) atoms using its imidazole groups to form an infinite one-dimensional (1D) ladder-like chain, which further linked by SO₄^2- to form a two-dimensional (2D) network structure. The 2D sheets are further connected by C-H…O hydrogen bonds to give a three-dimensional (3D) structure. CCDC: 650388.     

Preparation,Crystal Structure,Physical Properties,and Electronic Band Structure of TlTaS3

TlTaS₃ was prepared by applying a sequence of two melting processes with mixtures of Tl₂S, Ta, and S having different molar metal to sulphur ratios. TlTaS₃ crystallises in space group Pnma with a = 9.228(3)Å, b = 3.5030(6)Å, c = 14.209(3)Å, V = 459.3(2)ų, Z = 4. The structure is closely related to the NH₄CdCl₃‐type. Characteristic features of the structure are chains of edge‐sharing [Ta(+5)S₄S_2/2]₂ double octahedra running along [010]. These columns are linked by Tl⁺ ions. The Tl⁺ ion is surrounded by eight S^2— anions to form a distorted bi‐capped trigonal prism. The Tl⁺ ions are shifted from the centre of the trigonal prism toward one of the rectangular faces. This is discussed in context with other isostructural compounds. TlTaS₃ is a semiconductor. The electronic structure is discussed on the base of band structure calculations performed within the framework of density functional theory.     

The Gutman Formulas for Algebraic Structure Count

The concept of ASC (algebraic structure count) is introduced into theoretical organic chemistry by Wilcox as the difference between the number of so-called even and odd Kekulé structures of a conjugated molecule. Precisely, algebraic structure count (ASC-value) of the bipartite graph G corresponding to the skeleton of a conjugated hydrocarbon is defined by where A is the adjacency matrix of G. In the case of bipartite planar graphs containing only circuits of the length of the form 4s+2 (s=1,2,...) (the case of benzenoid hydrocarbons), this number is equal to the number of the perfect matchings (K-value) of G. However, if some of circuits are of the length 4s (s=1,2,...) then the problem of evaluation ASC-value becomes more complicated. The theorem formulated and proved in this paper gives a simple and efficient algorithm for calculation of algebraic structure count of an arbitrary bipartite graphs with n+n vertices. Three recurrence formulas for the algebraic structure count – the Gutman formulas, which are closely analogous to the well-known recurrence formula K{G}=K{G–e}+K{G–(e)} for the number of perfect matchings (G–e is the subgraph obtained from the graph G by deleting the edge e and G–(e) is the subgraph obtained from G by deleting both the edge e and its terminal vertices) are obtained as a simple corollary of the theorem.     

Synthesis,Crystal Structure and Band Structure of Tb3Co4Sn（13）

A new intermetallic compound,Tb3Co4Sn13,has been synthesized by solid-state reaction of the corresponding pure elements in a welded tantalum tube at high temperature.Its crystal structure was established by single-crystal X-ray diffraction.Tb3Co4Sn13 crystallizes in cubic,space group Pm3n(No.223) with a = 9.5072(2) ,V = 859.33(3) 3,Z = 2,Mr = 2255.45,Dc = 8.717 g/cm3,μ = 34.369 mm-1,F(000) = 1906,and the final R = 0.0140 and wR = 0.0312 for 199 observed reflections with I > 2σ(I).The structure of Tb3Co4Sn13 belongs to the Yb3Rh4Sn13 type.It is isostructural with RE3Co4Sn13(RE = La,Ce),featuring a 3D [Co4Sn12] framework based on [CoSn6] trigonal prisms.The [CoSn6] trigonal prisms are interconnected via corner-sharing and Sn-Sn bonds to form a 3D [Co4Sn12] framework.The other Sn and Tb atoms are located in the spacers of the 3D framework.Band structure calculations indicate that Tb3Co4Sn13 is metallic.     

具有类白钨矿结构的KGd(MoO_4)_2的晶体结构和能带结构(英文)

以Gd2O3、K2CO3、MoO3为原料,采用高温熔盐法,合成了一个含钾的稀土钼酸盐KGd(MoO4)2。通过X射线单晶衍射法测定了它在室温下的晶体结构,并测定了它的光学性质。结构分析表明它属于三斜晶系,空间群为P1,a=0.529 23(6)nm,b=0.692 10(6)nm,c=1.068 89(7)nm,α=75.79(8)°,β=76.79(5)°,γ=67.60(4)°,Z=2,R1(all data)=0.025 8。结构中的K和Gd原子位于各自的晶体学位置,不存在调制结构的现象。此外,我们用得到的晶体学数据,通过密度泛函理论研究了化合物的能带结构、态密度、介电常数,其结果和实验数据相吻合。