硫醇-烯/炔点击化学制备有机/无机杂化材料

有机/无机杂化材料因其独特、优异的结构和性能已经成为目前材料领域的研究热点,硫醇-烯/炔点击化学是近年发展起来的一类新型点击化学,以其反应条件温和、速率快、产率高、产物容易分离以及高度选择性等优点受到国内外研究者的广泛关注。本文综述了近年来硫醇-烯/炔点击化学制备有机/无机杂化材料的研究进展,重点介绍了利用硫醇-烯/炔点击化学制备硅类、碳类、金属及金属氧化物类有机/无机杂化材料,并归纳了这些有机/无机杂化材料在生物医用、环境保护、光电材料等方面的应用,最后展望了硫醇-烯/炔点击化学制备有机/无机杂化材料未来的发展方向。     

电催化产氢:从原理到应用

全球人口增长及对能源需求的不断增大使能源安全问题日益严峻,开发可持续的非化石燃料能源是解决问题的有效途径.氢能具有无二氧化碳排放、能量密度高等特点,因此氢气被认为是理想的能源载体.在能量转换过程中,氢气可经由电能从再生能源中产生,以化学键的形式储存能量,亦可在需要时通过燃料电池或其他设备转换回电能并输送给终端.因此,探...     

聚合物纳米杂化高性能光功能材料

近年来材料科学与技术的不断发展,对光学材料提出了高性能化和多功能化的需求,为此,研究者们结合传统有机聚合物光学材料和无机光学材料的优势,提出了备受关注的聚合物纳米粒子杂化的策略.本文首先概述了针对杂化材料透光性进行控制的杂化方法,指出杂化方法的选择很大程度上与材料性质尤其是纳米相的性质相关,而杂化方法的目的则在于实现纳米杂化材料的透光性控制,纳米杂化光功能材料实现功能的前提即为透光性.随后,分别介绍了聚合物纳米杂化策略在高折射率材料与发光材料中的应用.对于高折射率材料,总结了提升材料折射率的不同策略.对于发光材料,总结了基于聚合物相和纳米相之间不同的相互作用而采用各种杂化方式以及相关的性能提升.接下来,讨论了聚合物纳米杂化光功能材料在光学和机械、热学、表面性能方面的调控手段和性能提升的策略.最后,提出了下一代光学杂化材料所面临的困难与挑战,以进一步推动这一领域的发展.     

卟啉-石墨炔衍生物的光热/光动力联合治疗

在本研究中,我们设计合成了两种卟啉修饰的新型石墨炔衍生物GDYO-TPP和GDY-TPP,它们在有机溶剂和水中具有良好的分散性及优异的生物相容性.研究发现GDYO-TPP和GDY-TPP不仅具有优异的光热转换性能,还具有优异的产生单线态氧能力,并可用于肿瘤的光热/光动力联合治疗,在动物体内表现出优异的肿瘤细胞生长抑制作...     

二维石墨炔/金属氢氧化物异质结用于高效析氧反应

析氧反应(OER)是能量转换过程中重要的半反应,开发高效、稳定、低成本的析氧反应催化剂具有重要的意义.本文报道了 一种简单的原位可控生长的方法,在铜双金属氢氧化物纳米片表面原位生长石墨炔薄膜,形成了新型石墨炔/金属氢氧化物异质结界面结构,并通过改变化学组成的方法,实现对其电催化OER活性和稳定性的有效提升.研究结果显示...     

锌掺杂NiCoP多孔双层阵列电极材料的制备及电催化产氢性能

通过水热、 原位磷化及HCl选择性刻蚀的方式构建了一种在泡沫镍上生长的新型Zn掺杂NiCoP多孔双层阵列结构, 与传统的单层阵列相比, 顶层纳米叶片阵列在泡沫镍载体上的底层纳米线阵列上均匀生长, 最大限度地暴露出催化的活性位点, 提供了较大的电解液接触面积. 多孔等级结构也加速了氢气泡的释放. 结果表明, 优化后的多孔H-Zn-NiCo-P催化剂在碱性电解液(1 mol/L KOH)中展现出优异的电解水产氢性能. 该材料驱动电流密度10和100 mA/cm²所需要的过电位仅为59和156 mV, Tafel斜率为66 mV/dec, 且表现出良好的电化学稳定性.     

无电沉积硼化镍材料对水氧化的电催化性能

通过无电沉积/化学镀的方法分别制得石墨烯(Graphene)、 镍网(Ni foam, NF)、 钛网(Ti mesh, TM)、 碳布(Carbon cloth, CC)负载的硼化镍材料. 其中在石墨烯基底上生长的硼化镍层由规则的纳米颗粒构成, 且均匀致密. 对几种材料在碱性条件下(1.0 mol/L KOH电解质中)的水氧化电催化性能进行了研究, 结果表明, 石墨烯基底上生长的硼化镍材料(NiB_x/graphene)具有最佳的水氧化电催化性能. 电流密度达到10 mA/cm²时的过电位仅为277 mV, 相应的Tafel斜率为57 mV/dec. 对石墨烯负载的硼化镍材料进行烧结, 测得过电位为330 mV, 与未烧结的样品相比电催化活性下降. 该方法所制的石墨烯负载的硼化镍材料兼具高电催化活性和稳定性, 为低成本、 高效率的水氧化非贵金属电催化剂的制备提供了新思路.     

原位组装在碳纸上的有机金属骨架材料衍生的NC/Co/CoP催化剂用于碱性环境水分解（英文）

随着世界工业经济的发展,作为不可再生能源的化石燃料消耗日趋增大并带来严重的环境污染.氢能具有能量密度高、燃烧无污染等优点,被认为是替换传统化石燃料的理想能源之一.通过电化学方法实现水裂解制氢是既满足环境要求又符合氢气生产需要的一种潜在有效方法,受到人们广泛关注.基于铂、钌等贵金属的电催化剂在水裂解中具有很高的活性,然而其稀缺性和高成本是阻碍其大规模实际应用的重要因素.水裂解制氢包括二电子转移的质子还原和四电子转移的水氧化两个过程.相对于质子还原,水氧化反应动力学过程缓慢,是决定水裂解速率的关键.通常,质子还原反应倾向于在酸性条件下进行,而水氧化反应在碱性环境下更有利,反应条件的差异阻碍了水裂解制氢的发展.因此,制备在碱性环境下具有高催化性能、高稳定性和低成本的催化剂是促进水裂解制氢能源技术进一步发展的关键.金属有机骨架(MOF)衍生的复合催化剂具有良好的催化性能和广阔的应用前景,在催化反应中得到越来越多的重视.传统的催化剂组装方式是通过全氟磺酸聚合物等辅助剂将催化剂组装到工作电极上,这些辅助剂具有较强的酸性,而且会覆盖催化剂表面的催化活性位点,降低催化剂比表面积,阻碍催化剂活性的进一步提升.本文通过电泳的方法,将ZIF-67负载到碳纸上,进一步通过碳化、部分磷化过程得到NC/Co/Co P/CP催化电极.研究发现,在碱性环境(1 mol/LKOH)下,催化电流达到10 m A/cm^2的析氢过电位只有208 m V,析氧反应的过电位为350 m V,在二电极体系中所需的电压也只有1.72 V,催化活性明显高于通过传统方法组装的电极.在长时间的电化学稳定性测试中,经过20h的电流测试和1000次的CV测试后,该电极的催化活性没有明显下降.我们报道了一种基于MOF材料的复合电极组装新方法,为MOF材料在能源储存与转化领域应用提供了新思路.     

MoS2-石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

本文利用改进的Hummers方法合成层状的石墨烯,并用原位合成法在石墨烯上负载了颗粒状二硫化钼。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱分析仪(XPS)、粉末X-射线衍射仪(XRD)、比表面及孔隙度分析仪对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;使用电化学工作站测试催化剂的线性循环伏安和Tafel曲线来分析所合成催化剂的电化学析氢性能。结果表明在所有样品中石墨烯/二硫化钼-21.7复合物的电催化性能最好,其在电流密度为-10 mA·cm~(-2)时过电位为-193 mV。     

Ni/AC电催化剂在中性溶液中的析氢电催化性能

The Ni/active carbon (AC) electro-catalyst was prepared by chemical reduction method using coconut carbon as the support. Morphologies and structures of Ni/AC were measured and characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The activity of the Ni/AC membrane electrodes were studied in the neutral electrolyte using Tafel polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the average size of nickel particles on the active carbon were in nano-size range. The exchange current density of hydrogen evolution reaction (HER) of Ni/AC electro-catalysts was seventy-five times more than pure nickel, so Ni/AC electro-catalysts had better electro-catalytic activity. In 1 mol·L^-1 NaCl electrolyte, the Tafelian behavior′s hydrogen evolution reaction (HER) of Ni/AC electro-catalyst at high over-potential existed in two Tefal regions. These two regions were named as “regionⅠ:0.318～0.456 V” and “regionⅡ: 0.120～0.288 V”. The rate step of regionⅠ was electron transference step. The rate step of region Ⅱ was concentration polarization.     

Nickel(hydro)oxide/graphdiyne Catalysts for Efficient Oxygen Production Reaction

The transition metal-based materials have been regarded as promising electrocatalysts for oxygen evolution reaction(OER).However,achieving higher efficiency is largely limited by the valence states of metal species.Herein,different graphdiyne(GDY)-nickel composites were designed and synthesized[Ni(OH)2/GDY,NiOOH/GDY and NiOx/GDY]as the electrocatalysts for OER.The NiOx/GDY possessing the mixed valence states can drive the OER more efficiently than Ni(OH)2/GDY and NiOOH/GDY.NiOx/GDY gives the smallest overpotential of 310 mV at 10 mA/cm2 for OER,which is even superior to commercial RuO2 electrocatalyst.Experimental results reveal that not only the fast charge transfer induced by GDY but also the prominent roles of mixed Ni2+/Ni3+valence states boost the OER electrocatalytic performances.The presence of the mixed valence state was demonstrated to be helpful for the charge transfer,resulting in the enhancement of the catalytic activity.This work may provide a new direction to design and fabricate high-performance materials for OER and beyond.     

In situ synthesis of a Prussian blue nanoparticles/graphdiyne oxide nanocomposite with high stability and electrocatalytic activity

Herein we report an in situ synthesis of Prussian blue nanoparticles (PB) on graphdiyne oxide (GDYO) which acts as an excellent substrate. The hybrid was then used as an electrode with high electrochemical catalytic activity towards hydrogen peroxide. The PB/GDYO hybrid was prepared by simply adding FeCl₃ to GDYO solution, and then mixing with Fe(CN)₆^3 − at room temperature. The GDYO was able to anchor PB in nanoparticle form and stabilize it in neutral and weakly basic solutions. The hybrid was investigated by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and electrochemical measurements. The PB/GDYO hybrid showed high electrochemical catalytic activity and stability for the detection of hydrogen peroxide.     

表面Co2CrO4电化学转化为CoOOH/CrOOH及其增强电催化析氧中的性能

以清洁能源发电为动力的水分解技术是一种很有应用前景的制氢方法,可以缓解日益增长的能源消耗和公众高度关注的环境问题.水分解的氧化过程,即析氧反应(OER),是一个四电子-质子耦合反应,其动力学缓慢,是实现高效电解水的技术难题.以RuO2和IrO2为代表的贵金属氧化物表现出极高的催化活性,但受限于储量低及价格昂贵,很难广泛...     

MoSe2/Co-MOF/NF复合材料的制备及电催化产氧性能

设计高效的催化剂对于电解水制氢至关重要。基于过渡金属硒化物(TMSe)的高催化活性和金属有机骨架(MOFs)的灵活结构,我们提出了一种将MOFs与TMSe复合的策略,在导电基底泡沫镍(NF)上生长的复合材料不仅继承了2种单体的优点,还有效地改善了MOFs导电性差、TMSe易团聚的缺点。MoSe₂/Co-MOF/NF在碱性溶液中展示出优异的电催化产氧活性,在电流密度为10 mA·cm^-2时其过电位仅为242 mV,塔菲尔斜率仅为50.64 mV·dec^-1。此外,该材料在碱性溶液中经1 000圈循环伏安(CV)循环测试和30 h的恒电压电解测试均表现出良好的稳定性。     

MoSe2/Co-MOF/NF复合材料的制备及电催化产氧性能

设计高效的催化剂对于电解水制氢至关重要。基于过渡金属硒化物(TMSe)的高催化活性和金属有机骨架(MOFs)的灵活结构,我们提出了一种将MOFs与TMSe复合的策略,在导电基底泡沫镍(NF)上生长的复合材料不仅继承了2种单体的优点,还有效地改善了MOFs导电性差、TMSe易团聚的缺点。MoSe₂/Co-MOF/NF在碱性溶液中展示出优异的电催化产氧活性,在电流密度为10 mA·cm^-2时其过电位仅为242 mV,塔菲尔斜率仅为50.64 mV·dec^-1。此外,该材料在碱性溶液中经1 000圈循环伏安(CV)循环测试和30 h的恒电压电解测试均表现出良好的稳定性。     

溶剂热一步法制备二硫化钼/亚氧化钛电解水析氢催化剂

通过水热法一步合成了系列二硫化钼/亚氧化钛（MoS₂/Ti_xO_y）复合催化剂,研究了溶剂、硫源和钼源等合成条件对所合成的催化剂电催化析氢活性的影响以及亚氧化钛的作用。结果表明,溶剂、硫源、钼源、亚氧化钛等因素都对催化剂的结构和电解水析氢性能有重要影响。溶剂水、水解可产生铵根离子的硫源和钼源以及亚氧化钛的加入有利于获得具有高析氢活性的催化剂。其中,以水为溶剂、硫代乙酰胺为硫源、钼酸铵为钼源得到的催化剂析氢活性最高,电解水析氢测试中达到10 mA/cm²电流密度时需要的过电势仅为280 mV。     

Towards the application of 2D metal dichalcogenides as hydrogen evolution electrocatalysts in proton exchange membrane electrolyzers

The electrolysis of water using renewable power inputs has tremendous potential for storing renewable energy in the form of hydrogen fuel. Proton exchange membrane electrolyzers are amongst the more promising classes of electrolyzer for renewables-driven hydrogen production, but these devices require expensive and scarce precious metal electrocatalysts (such as platinum) that add considerably to device costs and lifecycle carbon footprints. Replacing platinum in proton exchange membrane electrolyzers with cheaper and more abundant alternatives will thus make renewables-to-hydrogen devices more viable. Two-dimensional metal dichalcogenides have the required stability, electronic and catalytic properties to challenge platinum's position as the electrocatalyst of choice in proton exchange membrane electrolyzers. In this minireview, we give an overview of recent progress in the development of two dimensional metal dichalcogenides as hydrogen evolution electrocatalysts, with a particular focus on studies from the last two years.     

In situ PEI and formic acid directed formation of Pt NPs/MWNTs hybrid material with excellent electrocatalytic activity

A hybrid material based on Pt nanoparticles (Pt NPs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) was fabricated with the assistance of PEI and formic acid. The cationic polyelectrolyte PEI not only favored the homogenous dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in water, but also provided sites for the adsorption of anionic ions PtCl₄²⁻ on the MWNTs’ sidewalls. Deposition of Pt NPs on the MWNTs’ sidewalls was realized by in situ chemical reduction of anionic ions PtCl₄²⁻ with formic acid. The hybrid material was characterized with TEM, XRD and XPS. Its excellent electrocatalytic activity towards both oxygen reduction in acid media and dopamine redox was also discussed.     

基于镧和铬共掺杂钛酸锶产氢光催化剂构建Z机制全分解水体系（英文）

光催化剂的晶体结构、电子结构、表面结构等都会对自身性质产生决定性的作用,因此认识和理解光催化材料自身结构和光催化性能之间的内在联系有助于设计合成更高效的光催化剂以及光催化复合体系.本文通过聚合络合法和溶胶凝胶水热法分别制备了镧和铬共掺杂的光催化剂,标记为和在碘化钠或甲醇作为牺牲试剂的产氢反应中,担载Pt的样品显示了光催化活性,而担载Pt的样品活性很低,甚至无活性.我们将这两种材料分别作为产氢光催化剂与三氧化钨耦合构建Z机制全分解水体系.研究发现,只有体系观察到了氢气和氧气的产生.在第一个10 h的循环反应中,产生的摩尔比为3.7,明显高于水分解为2的化学计量比.这是因为在反应起始时加入的是Na I,质子还原产氢反应占据了主导.随着氢气的不断产生,部分I-被氧化成了IO_3-,而IO_3-的存在就可以驱动氧气的产生,由于溶液中氧化还原电的共存就可以持续驱动氢气和氧气的同时生成.为了测试体系的稳定性,我们将前面产生的气体完全抽空后又进行第二次10 h的循环反应,总共进行三次循环反应.在第一次循环过程中氢气、氧气生成速率分别为9.1和2.4mmol h~(–1),第二次循环其速率分别为9.9和3.7mmol h~(–1),第三次循环速率分别达到10.4和4.9mmol h~(–1).此外,通过三次循环后摩尔比为2.1,接近水分解的化学计量比.结合紫外可见漫反射光谱和Mott-Schottky曲线可以确定两种样品的能带位置.从能带位置示意图可知,两种样品都具有足够负的导带电势还原质子产氢以及足够正的价带电势氧化水产氧.需要指出的是样品的导带电势比样品的导带电势更负,这意味着前者的导带电势更有利于还原质子产氢.霍尔效应测试的结果表明,两种样品均显示出n型半导体的特征,此外样品显示出比样品更快的载流子迁移率以及更高的载流子浓度.因此,两种样品不同的导带位置以及不同的载流子迁移率和载流子浓度很可能是造成两者光催化性能具有显著差异的主要原因.