钼酸铋在光催化技术中的改性与应用

目前,生态污染和能源短缺成为威胁人类生存的全球性问题,绿色、低碳的光催化技术对解决环境及能源问题具有战略性意义。作为三元奥里维里斯型(Aurivillius)化合物,Bi₂MoO₆凭借独特的层状结构引起研究者的广泛关注。然而,由于高的载流子复合率限制了其在光催化技术中的应用。本文重点总结概括对Bi₂MoO₆基光催化剂性能改性的策略,如表面结构调控、缺陷工程、金属沉积、构建异质结及光敏化处理。在诸多改性策略中重点论述Bi₂MoO₆基异质结的构建对光催化性能的影响。并对Bi₂MoO₆基光催化剂当前在光催化技术中面临的挑战及未来的发展前景进行展望,为加快Bi₂MoO₆基光催化剂的发展提供新思路。     

Ag/Ag2MoO4/Bi2MoO6复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用水热、化学沉积和原位光还原的方法成功制备了新型Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆三元复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术对材料的组成、形貌、光吸收特性和光电化学性能等进行系统分析。以四环素为目标污染物,研究Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆在可见光下的光催化性能。研究结果表明,相比于纯Ag₂MoO₄和Bi₂MoO₆,Ag的表面等离子体共振(SPR)效应显著拓宽了催化体系对可见光的吸收能力及响应范围。当Ag₂MoO₄理论负载量(质量分数)为24.6%时,Ag/Ag₂MoO₄/Bi₂MoO₆复合材料在20 min内可将四环素完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性,表现出良好的循环稳定性。     

氧化石墨烯调控钼酸铋在可见光下选择性光催化降解环境水中的抗生素

以氧化石墨烯(GO)作为增强光催化剂活性的调节剂, 采用一步水热法制备钼酸铋/氧化石墨烯(Bi₂MoO₆/GO)异质结光催化剂, 其可见光响应拓展至570 nm, 带隙能降至2.56 eV. 当m_Bi2MoO6/m_GO=100∶1时, Bi₂MoO₆/GO(100∶1)光催化剂在可见光的辐射下, 对水溶液中四环素和喹诺酮类抗生素选择性的高效催化降解去除能力为Bi₂MoO₆的2.1倍. Bi₂MoO₆/GO(100∶1)光催化剂活性的提高依赖于范德华力作用下的二维Bi₂MoO₆纳米片-二维GO纳米片界面的紧密接触. 有效的界面接触改善了光生电子的转移和光生载流子的分离. 自由基清除实验结果表明, ?OH起主要作用. 结合高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)法对降解产物的分析, 提出了不同光催化剂催化降解恩诺沙星具有相似的降解途径和降解产物.     

可见光响应型Bi2WO6光催化剂

Bi₂WO₆作为一种新型半导体光催化剂,具有较窄的带隙宽度和特殊的层状结构,因而显示出良好的可见光催化性能。本文综述了围绕提高Bi₂WO₆的光催化活性和实用性而开展的相关研究成果,包括:纳米结构Bi₂WO₆材料;分级超结构Bi₂WO₆材料;Bi₂WO₆光催化剂的系列修饰改性,如金属氧化物复合、碳烯和金属单质的表面沉积,以及金属离子和非金属离子的掺杂等。此外,还从回收角度综述了Bi₂WO₆的固定化技术。最后对Bi₂WO₆光催化剂的发展趋势进行了展望,强调对Bi₂WO₆进行带隙调控,并加强对其异质结构界面状态的研究,通过理论计算可深入理解光催化机制,以从制备入手指导现有催化剂的改良和设计新型光催化剂。     

MOF-808/Bi2MoO6复合材料的构筑及其光催化性能

采用简单的两步水热法制备出了锆基金属有机骨架和钼酸铋的复合材料MOF-808/Bi₂MoO₆。通过X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、N₂吸附-脱附测试和电化学测试对所制备材料的组成、微观结构、光学性质以及光生载流子的复合效率进行了分析。与纯Bi₂MoO₆和MOF-808相比,0.5%-MOF-808/Bi₂MoO₆复合材料展示出了较高的光催化活性,在可见光照射120 min时对抗生素环丙沙星(CIP)的降解率达89.7%。通过自由基捕获实验,证明了·O₂^-是主要活性物种,基于此我们提出了可能的光催化降解机理。     

Variable valence Mo5+/Mo6+ ionic bridge in hollow spherical g-C3N4/Bi2MoO6 catalysts for promoting selective visible light-driven CO2 photoreduction into CO

Herein, the catalysts of ultrathin g-C₃N₄ surface-modified hollow spherical Bi₂MoO₆(g-C₃N₄ /Bi₂MoO₆,abbreviated as CN/BMO) were fabricated by the co-solvothermal method. The variable valence Mo⁵⁺/Mo⁶⁺ ionic bridge in CN/BMO catalysts can boost the rapid transfer of photogenerated electrons from Bi₂MoO₆ to g-C₃N₄ . And the synergy effect of g-C<...     

β-Bi2O3修饰Bi2WO6光催化降解苯酚及其可能机理

采用简单混合法制备了一系列Bi₂O₃/Bi₂WO₆复合光催化剂. 在紫外光降解水中苯酚的过程中, Bi₂O₃/Bi₂WO₆的光催化活性随Bi₂O₃含量的增加呈现先增大后减小的趋势. 当Bi₂O₃最佳负载量等于12.5% (质量分数, w)时, 该复合光催化剂的活性大约是单一Bi₂WO₆的4 倍. 固体样品表征表明, Bi₂O₃主要以β-Bi₂O₃存在, 复合光催化剂是Bi₂O₃和Bi₂WO₆的简单混合物. 此外, 在电催化氧化水的过程中, β-Bi₂O₃/Bi₂WO₆薄膜电极的光电流远大于β-Bi₂O₃和Bi₂WO₆薄膜电极的光电流之和. Bi₂O₃对Bi₂WO₆光催化的促进作用是由于前者接受后者的光生空穴, 提高Bi₂WO₆光生载流子的分离效率, 从而加快了O₂的还原和苯酚的降解.     

溶剂热合成可调控氧空位的Bi2MoO6纳米晶及其光催化氧化制喹啉和抗生素降解

近年来,半导体光催化在环境净化和有机合成领域的研究引起了广泛的重视.其中,在有机合成领域中,光催化技术已经应用在醇类、环己烷以及芳香族化合物的选择性氧化研究.而另一类具有特殊结构的有机物——N-杂环芳烃,在药物化学和材料科学中具有重要意义.而传统用于合成N-杂化芳烃的脱氢催化氧化反应通常需要高温高压的苛刻环境,传统方法通常还需要使用贵金属催化剂,这也增加了N-杂化芳烃的合成成本;另外,如果合成是均相催化过程,则催化剂难以实现回收利用.因此,开发室温常压条件下的非贵金属多相光催化技术具有巨大的应用前景.本文以能够被可见光驱动的钼酸铋半导体为催化剂,利用氧缺陷策略来提升钼酸铋的光催化氧化性能.不同于传统氧缺陷制备方法(氢气还原热处理、离子掺杂等),本文采用一种低成本的乙二醛辅助溶剂热的方法合成具有可调控的含氧空位Bi₂MoO₆催化剂(OVBMO).通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜、透射电镜、紫外可见漫反射吸收光谱、氮气物理吸附脱附、X射线光电子能谱(XPS)、电子自旋共振光谱、光致发光光谱及电化学测试等技术对制备的OVBMO材料进行了物理化学性质及能带研究.XPS,XRD,Raman和FT-IR结果表明,氧空位存在于[Bi₂O₂]²⁺和MoO₆八面体的层间.紫外可见漫反射结果表明,随着氧空位的引入,Bi₂MoO₆的光吸收范围扩大,带隙变窄.结合莫特肖特基和VBXPS分析获得OVBMO的能带位置,发现氧空位的存在不仅会导致禁带中出现缺陷带能级,还会导致价带顶位置上移,促进光生空穴的迁移.PL和电化学结果表明,氧空位的存在使得载流子浓度、载流子的分离能力与界面电荷迁移能力都有较大提升,这是因为氧空位引入的缺陷能级可以浅势捕获电子,抑制光催化剂中的电子与空穴的复合,改变化学反应的速率.同时,氧空位有助于捕获分子氧,分子氧与捕获的光生电子发生反应,产生更多的超氧自由基(·O₂)和空穴(h⁺),从而极大地提升光催化剂的氧化性能.因此,OVBMO在1,2,3,4-四氢喹啉脱氢氧化产生喹啉及系列抗生素(环丙沙星、四环素、盐酸土霉素)的降解反应中,表现出较好的光催化氧化性能.结合多种表征分析,本文还进一步阐明了OVBMO催化剂将1,2,3,4-四氢喹啉脱氢氧化为喹啉的自由基参与的多相催化反应机理.     

原位制备具有增强光催化活性的S型Bi2Se3/g-C3N4光催化剂

光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi₂Se₃)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi₂Se₃还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi₂Se₃价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi₂Se₃的光催化性能.因此,一直以来,Bi₂Se₃很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi₂Se₃的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C₃N₄复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi₂Se₃纳米颗粒,从而制得Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂(Bi₂Se₃含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi₂Se₃纳米颗粒较均匀地分布在g-C₃N₄表面.表面功函数分析发现,Bi₂Se₃与g-C₃N₄结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C₃N₄的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi₂Se₃和g-C₃N₄之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合物的光催化活性明显优于单一的Bi₂Se₃和g-C₃N₄.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi₂Se₃/g-C₃N₄的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C₃N₄导带中光生电子向Bi₂Se₃的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi₂Se₃导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi₂Se₃/g-C₃N₄的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.     

固溶体内电场调控增强Bi24O31ClxBr10-x体相电荷流动和光催化活性

光催化是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术,在光照射下可将有机污染物彻底降解为二氧化碳和水,但因缺乏精确调控电荷流动的方法,导致大多数光催化剂活性不高.因此,促进光生电荷的高效分离一直是光催化研究的重要方向.目前多数电荷分离调控研究集中于表面修饰、表面缺陷设计、异质结构建等表面电荷分离改善策略,而对于体相电荷分离调控研究相对较少.卤氧化铋固溶体光催化材料由于独特的层状晶体结构、可调节的带隙结构和优化的电荷分离效率,近年来受到广泛关注.目前对固溶体的体相电荷分离机理尚不清楚.内电场作为一种新的增强光催化反应活性的有效调控途径,通过定向促进体相电荷的分离和转移,使光生载流子快速参与氧化还原反应.然而,通过调控内电场来增强卤氧化铋固溶体光催化活性的报道较少,且缺乏从理论和实验的角度对固溶体内电场大小以及电荷分离机理的分析.本文构建了具有相同形貌和晶体结构的Bi₂₄O₃₁Cl_xBr_10-x固溶体光催化剂,并考察了其催化性能.密度泛函理论计算、开尔文探针力显微镜(KPFM)和Zeta电位测试结果表明,通过改变卤素类型和比例可增加晶体结构单元的不对称性,从而调节[Bi₂₄O₃₁]和[X]层之间的电势差,增强光催化材料的内电场强度,促进体相电荷分离和转移效率,进而提高酚类有机污染物的降解活性.光电化学测试发现,相较于Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体体相电荷分离效率显著提高,表面和界面上的电荷转移效率以及载流子密度增加.Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆的载流子密度分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的33.1倍和4.7倍,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体降解双酚A活性分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的6.21倍和2.71倍.此外,其它酚类的降解实验也证明了光催化活性和内电场强度以及电荷分离效率成正相关.综上所述,本文从内电场的角度揭示了固溶体策略对光催化性能增强的内在机理,这些发现将进一步加深对体相电荷运动行为的理解,为设计高活性光催化剂提供一条新的途径.     

二氧化碳和丙烯直接合成甲基丙烯酸的NiPMo/TiO2催化剂的研究

用溶胶-凝胶法以磷钼酸(MPA)的镍盐溶液水解钛酸四丁酯制备了NiPMo/TiO2催化剂.使用ICP、 XRD、 TG-DTA、 IR、 TPD-MS和微反应技术研究了催化剂的化学组成、热稳定性、化学吸附性质和催化反应性能.杂多钼酸盐与TiO2通过O2-在TiO2表面发生了键合.在623 K下,杂多阴离子仍保持原有的Keggin结构.CO2在Lewis酸位Ni(Ⅱ)和Lewis碱位Ni-O-Mo的桥氧协同作用下生成CO2卧式吸附态Ni(Ⅱ)←O-(CO)←(O--Ni).丙烯有多种吸附态在催化剂上吸附.在563 K、 1 MPa和空速1500 h-1的反应条件下,丙烯的摩尔转化率为3.2%,产物MAA选择性为95%.     

Toward new camptothecins. Part 6: Synthesis of crucial ketones and their use in Friedländer reaction

In the context of the preparation of camptothecin and luotonin A analogs, the synthesis of some key keto-precursors and their use in Friedländer condensation are described. This paper also focuses on the stability of these keto intermediates and emphasizes the major differences between indolizinones and pyrroloquinazolinones series. Noteworthy is also the report of some original structures isolated as by-products of some experiments.     

CoFe2O4自形成磁性液体场致结构化对磁化的影响

The Langevin paramagnetic theory can’t describe the relation between magnetization of ferrofluids and applied magnetic field. The structuralization of ferrofluids, which is considered the main influence factor of the magnetization, is regarded. The part of magnetization works is deposited when the structure is forming. This action influences the magnetization of ferrofluids directly or indirectly. On the base of the “compressing” model, the Langevin function that usually describes the magnetization of ferrofluid is modified, and a well-fitted curve is obtained. An equation of the relation between the equivalent volume fraction after being “compressed” and the intensity of magnetic field is discovered, which approximately describes the process of magnetization. The relation between the approximate initial susceptibility and the volume fraction can be obtained from modified formula.     

Highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of 2,4-dichloropyridine enabling a novel approach to 2,4-bisanilinopyridine (BAPyd) libraries

The highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of the cheap and readily accessible reagent, 2,4-dichloropyridine with a range of anilines and heterocyclic amines is described. This new methodology is robust and provides a facile access to 4-chloro-N-phenylpyridin-2-amines on 0.25 mol scale. These intermediates undergo a further Buchwald–Hartwig amination at higher temperature to enable rapid exploration of the chemical space at C-4 and to provide a library of 2,4-bisaminopyridines.     

KMnO4-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines: Synthesis of amides and sulfonamides

KMnO₄-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines producing secondary amine was introduced, which was trapped by electrophiles (acyl chloride and sulfonyl chloride) to form amides and sulfonamides. The reaction could take place at mild condition, tolerating a wide range of function groups and affording products in moderate to excellent yields.     

Chemistry of heterocyclic compounds at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, over 50 years (Review)

The review contains a concise historical account and information on the most significant researches undertaken by the staff at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences on the Chemistry of Heterocyclic Compounds. Dedicated to Academician of the Russian Academy of Sciences B. A. Trofimov on his 70th jubilee. Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 10, pp. 1443–1502, October, 2008.     

Sulfur-directed metal-free and regiospecific methyl C(sp3)–H imidation of thioanisoles

Regiospecific and direct imidation of the methyl C(sp³)–H bond of thioanisoles is realized under mild and metal-free conditions with N-fluorobis(benzenesulfonyl)imide as an oxidant and nitrogen source. Proposed mechanism suggests that thionium ion intermediates and a Pummerer-type reaction are involved. The imidation has advantages such as high step-economy, excellent functionality tolerance, and regiospecificity, giving structurally diverse imidation products.     

Selective syntheses of 2H-1,3-oxazines and 1H-pyrrol-3(2H)-ones via temperature-dependent Rh(II)-carbenoid-mediated 2H-azirine-ring expansion

The Rh(II)-catalyzed reaction of 2-carbonyl-substituted 2H-azirines with ethyl 2-cyano-2-diazoacetate or 2-diazo-3,3,3-trifluoropropionate provides an easy access to 2H-1,3-oxazines and 1H-pyrrol-3(2H)-ones. These compounds can be selectively prepared from the same starting material using temperature as the only varied parameter. The 2-azabuta-1,3-diene intermediate, a common precursor for both heterocyclic products, isomerizes into 2H-1,3-oxazine under kinetic control, while 1H-pyrrol-3(2H)-one is the sole product of the reaction at elevated temperatures. According to DFT-calculations a one-atom oxazine ring contraction involving ring-opening to a 2-azabuta-1,3-diene intermediate, followed by a 1,5- and 1,2-prototropic shift leads to the consecutive formation of imidoylketene and azomethine ylide, which then further undergo cyclization to the pyrrole derivative.     

Synthesis of 1-benzyloxypyrazin-2(1H)-one derivatives

Different approaches for the synthesis of 1-benzyloxypyrazin-2(1H)-one derivatives from simple amino acids have been investigated. A library of 33 precursors for the preparation of N-hydroxy pyrazinones was obtained in moderate to good yields.