前言

<正>21世纪以来,能源短缺和环境污染是当前人类所面临的重大挑战。实现可持续发展,开发清洁可再生的资源已迫在眉睫。太阳能清洁无污染、分布广泛、取之不尽、用之不竭,但是其能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效、低成本、大规模利用的有效手段。因此,将太阳     

太阳能光催化制氢研究进展

随着人类社会的快速发展和传统能源的急剧消耗,能源紧缺和环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的重要因素,构建清洁的环境友好的可再生新能源体系是当前各国高度关注的焦点和重大战略.在众多绿色环保、可持续新能源选项中,半导体光催化制氢因其可利用清洁可再生的太阳能制取高效清洁氢能,有望完全解决能源紧缺和环境污染问题,成为最有应用前景的技术之一. 本文通过概述半导体光催化制氢原理、半导体光电化学及光电稳定性、半导体光催化制氢效率,重点介绍半导体光催化剂、光生电荷分离及光催化制氢体系等方面若干新进展,并对太阳能光催化制氢技术的发展加以评述和展望.     

光催化制氢的助催化剂

随着能源和环境问题的日益突出,构建可持续发展、绿色环保和新型高效的能源体系,成为当今世界关注的焦点.由于太阳能清洁、低成本和环境友好等特性,利用太阳能光催化制氢成为解决能源问题的有效策略.单一的半导体光催化剂由于光的利用率低、电荷空穴易复合和缺少充足的活性位点等缺点,很难满足光催化的所有要求,常引入助催化剂来解决这一问...     

初中化学教学中培育社会责任素养*——以“燃料及其利用”复习教学为例

在分析“社会责任”素养内涵和研究现状的基础上,制订了初中化学“燃料及其利用”复习教学课的“社会责任”素养目标,并设计了以“秸秆综合利用的变迁”以及“历史悠久的薪柴燃料-使用方便的化石燃料-清洁环保的新型燃料”的燃料“进化史”为主线的教学流程。从“燃料及其利用”复习教学来看,初中化学教学可以通过真实情境、创新实验和有意义的学习经历等实践路径让学生获得“社会责任”体验,形成“社会责任”素养。     

《能源与环境》专辑序言——催化在能源与环境中的机遇与挑战北大核心CSCD

能源与环境是现代社会发展的基础与技术变革的前沿阵地。受“碳达峰,碳中和”伟大目标牵引,清洁能源的安全获取与生态环境的改善治理是我国当下科学发展的重要议题。通过催化不但可以清洁能源的高效制造,还能实现废水、废气和废物的循环利用,是解决现有能源与环境问题的关键。近年来,面向能源和环境的热催化、光催化以及电催化技术取得了长足进步。特别是绿氢生产、燃料电池、温室气体转化利用、污染物降解、航空催化转化器等领域迎来了重大发展机遇,并取得了一些重要原创性突破。     

S型异质结H2O2光催化剂的研究进展(英文)

随着现代经济和工业的快速发展,传统化石能源的过度开发和消耗造成了日益严重的环境污染和能源危机,极大地威胁着我们的健康和生活。我们需要开发新的可持续技术来解决日益恶化的环境和能源问题。太阳能作为一种绿色、可持续的清洁能源,在过去几十年中受到了广泛的关注。因此,开发和利用太阳能对解决当前面临的问题具有重要意义。半导体光催化技术是一种太阳能驱动的半导体材料表面催化反应过程,可利用太阳能并将其转化为其他能源,用于进一步的能量存储和应用。目前,制备高效稳定的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。最近,为了解决传统异质结光催化剂电荷转移过程中的缺点和不足,一种新型梯形(S型)异质结概念被首次提出。S型异质结不仅有效地解决了电荷转移问题,实现了载流子的快速分离,而且保留了光催化体系最强的氧化还原能力,提高其光催化性能。到目前为止,各种S型异质结已被开发并应用于太阳能转化可用化学燃料领域以减少化石燃料的使用。此外,S型异质结也可用于降解污染物,以减少化石燃料的消耗所造成对环境恶化的影响。过氧化氢(H₂O₂)作为一种有效、多用途、绿色的氧化剂,已应用于诸多领域,包括污...     

新能源科学与工程特色班人才培养探索与实践*

大力发展新能源、实现能源清洁利用将成为解决能源问题、兑现“碳中和”承诺的根本出路。当前,真正毕业进入新能源产业工作的专业人才普遍匮乏,总量不足,人才培养规模尚不能支撑“中国制造、中国创造”的需求。南开大学主动布局国家战略需求,启动新能源科学与工程“新工科”特色班,通过整合化学和电光两大学科师资力量、优化专业课程设置、完善实践实训体系,推动应用理科向工科延伸,实化南开新工科体系建设。特色班实行导师制、小班化、个性化、国际化培养模式,培养面向国家急需的新能源产业方向,在清洁能源领域科学研究、技术开发、工程应用等方面具有扎实的理论基础和较强实践与创新能力的专门人才。     

高活性抗CO2中毒中温固体氧化物燃料电池阴极

正过度开发和使用化石能源造成了目前世界能源短缺,并且导致了严重的环境污染。为了实现人类的可持续发展,开发和利用经济、洁净的新能源是21世纪世界能源科技的主题。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁、环境友好、燃料选择范围宽广的能源转换技术1。其中阴极材料是SOFC的一个重要组成部分,涉及氧还原反应(ORR)过程,其性能的好坏直接影响电池的性能。目前开发的一些经典中温(500-800°C)SOFC     

绿色有机合成化学专辑 前言

随着社会不断进步,如何使化学在创造物质财富的同时保护人类赖以生存的环境,确保人身健康和安全,实现可持续发展已成为无法回避的问题,这也是对化学工作者提出的严峻挑战。为此,化学家在20世纪90年代初,提出了与传统的治理污染完全不同的“绿色化学”的概念,即如何从源头上减少、甚至消除污染的产生,因此要求任何一个化学活动,包括化学原料的使用、化学和化工过程以及最终的产品,对人类的健康和环境都应该是友好的。近20年来,绿色化学得到了飞速的发展,已成为一个多学科交叉的新的研究领域,是“科技引领可持续发展”的重要内容。其中,符合“绿色化学”基本原理和目标的“绿色有机合成化学”的发展尤为引人关注。最近,Chemical Reviews,Accounts of Chemical Research等国际著名期刊相继以“绿色化学”为主题出版了专辑。 近年来,随着国家对绿色化学的日益重视,我国绿色有机合成化学领域的专家学者在包括不对称催化反应在内的高选择性及原子经济性有机反应、惰性化学键如C-H的活化及反应、均相催化剂的负载化以及绿色介质中的合成反应等研究方面取得了长足的进展,并在某些方面达到了国际领先的水平,在清洁的有机合成工艺及技术开发方面也显示了很好的发展势头。受《化学进展》编委会的委托,我们组编了这期“绿色有机合成化学”专辑。一方面是为了及时总结绿色有机合成化学研究领域的最新成就和发展趋势,另一方面也尽量全面反映我国科学家在这一领域已经取得的具有特色的研究成果以及面临的挑战,以期为推动我国绿色化学研究向更高和更深层次发展起到积极作用。 本专辑涵盖了绿色有机合成化学的多个方面,诸如水、离子液体和超临界流体等非传统反应介质中的有机催化反应;金属配合物、有机小分子和酶催化的不对称合成;基于C-H键活化的C-C键偶联反应;有机、无机及其杂化体负载的均相催化剂;环境友好的聚合反应以及绿色介质离子液体的应用等。这些内容体现了绿色化学关于有机合成反应的“原子经济性”、“催化性试剂优于当量性试剂”、“尽量避免不必要的衍生化步骤”、“尽量使用无毒的辅助物质”和“采用无毒或低毒的反应底物”等原则。既对当前绿色化学研究的一些热点问题及重要进展进行了讨论、总结和展望,也基本能够反映我国目前在这一领域的工作特色和主流发展趋势。 参与本专辑撰写的作者都是在有机合成化学一线长期从事相关研究工作的专家,尽管他们工作十分繁忙,但都尽心尽力地在很短的时间内完成了撰写任务。本专辑是所有参与作者的辛勤劳动和共同努力的结果,在此向所有的作者及期刊编辑部的辛勤工作表示衷心感谢。同时,受编者学识所限,在本专辑的组稿和编写过程中可能出现的一些差错,我们深感歉意,望读者不吝赐教。 范青华 王东 2010年6月于北京     

太阳能光催化制氢研究进展*

由于化石燃料本身的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量CO₂ 产生的温室效应、环境污染等严重的全球性问题,构建洁净的、环境友好的、非化石燃料的、可再生新能源体系,已经成为世界各国高度关注的焦点和重大战略。太阳能由于其取之不竭、洁净无污染、可再生等优点,必将在未来的新能源开发中占据举足轻重的地位。而氢能具有高燃烧值、燃烧产物是水因此无环境污染等优点,因此,利用自然界丰富的太阳能光催化制氢作为可持续发展的新能源途径之一,正日益受到国际社会的高度关注。本文简要综述了近年来这一研究领域的一些重要进展,总结了本课题组在半导体光催化制氢研究方面所取得的最新结果,并对太阳能光催化制氢的未来发展进行展望。     

氮杂穴醚双核钴配合物用于高效可见光催化二氧化碳还原

<正>能源短缺和二氧化碳排放引起的全球变暖是人类社会可持续发展所面临的主要问题。同时解决这两大问题的一条理想途径是利用催化剂和太阳能,通过人工光合作用将二氧化碳转化为有用的化学燃料或原料~1。要实现这一过程,关键在于设计合成高效、高选择性的CO2还原催化剂,并与光敏剂耦合构建高效光催化反应体系~2。目前文献报道的光催化CO_2还原生成CO催化剂的催化效率不高3-5,其催化转化数(TON)和转化频率(TOF)分     

非均相氮配位单原子光催化剂和电催化剂（英文）

随着能源危机和环境问题的日益突出,人们对可再生能源的开发和利用越来越关注.其中,通过能源转换技术,如光催化、电催化或光(电)催化析氢反应、析氧反应、固氮反应和二氧化碳还原反应等,将清洁、丰富的太阳能和电能转化为化学能是解决能源和环境问题的有效策略之一.能源转换技术实现实际应用的关键在于催化剂的活性、稳定性、选择性和成本等,然而目前催化反应大多采用生产成本高的贵金属基催化剂.因此,亟需开发高效、低成本的非贵金属基催化剂来替代贵金属催化剂.单原子催化剂由于可最大限度地利用结构可控、位置明确的金属活性位点,在多相催化中得到了广泛应用.近年来人们发现,通过单个金属原子与氮配位构建的氮配位单原子催化剂表现出有趣的物理、光学和电子性质,其在光催化和电催化领域的应用研究发展迅速.尽管已经有了大量的相关文献报道,但目前有关氮配位单原子催化剂活性位点的内在光催化和电催化性能的调节原理和催化机理的研究尚不充分.本文综述了近年氮配位的单原子催化剂的合成方法和检测技术,总结了氮配位的单原子催化剂在光催化和电催化领域(如光催化或电催化水裂解、二氧化碳还原及固氮等)的应用,结合高角度环形暗场扫描透射电子显微镜、原...     

CdS/聚合物梯形产氢光催化剂及其原位光照电子转移机制

氢气是公认的洁净、高效、可再生的能源载体,有望替代目前广泛使用的化石燃料.太阳能光催化产氢是实现高效、低成本、可持续生产氢能的一种途径.然而,单一组分光催化剂的性能受限于光生电子-空穴的快速复合,并且不能同时满足宽的太阳光吸收范围和强的氧化还原能力的要求,因此需要构建异质结来增强光生载流子的分离并保持高效光吸收和强氧化...     

自旋电子学-光催化产氢交叉学科研究中的测试表征技术进展

清洁能源的研究和开发为解决化石燃料的日益枯竭问题带来了希望.氢能燃烧热值高,产物零污染,是理想的清洁能源.利用太阳能,通过光催化反应从水中制取氢气,是一条极有发展前景的制氢途径.然而,太阳能光催化制氢的发展受到许多因素的限制,特别是光电子传输过程中的电子-空穴复合及能量损失导致的电子输运效率低以及高的产氢产氧过电位导致水分解过程的势垒增大.自旋电子学的发展,为太阳能光催化制氢中的这些问题提供了解决之道.通过将自旋电子学的思路及原理应用于太阳能光催化制氢,借助自旋输运及电子隧穿可有效提高电子的输运效率,光电子的自旋极化还可降低产氢产氧过电位并抑制副产物的生成.测试表征技术的发展为揭示自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学的内秉机理做出了重要贡献.然而,目前尚无相关文籍对此类测试表征技术的发展进行总结和评述.考虑到这些测试表征技术在自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学研究中的重要作用,对它们进行归纳和总结,评述其发展面临的问题与挑战,探索并合理预测其未来的发展方向.     

构建S型异质结COF/CdS以增强太阳光产氢

高效利用太阳能是解决当前能源危机和环境问题的有效途径.光催化制氢技术具有绿色环保、成本低等优势,且氢气可作为能源载体,其燃烧产物仅为水,因此被认为是实现高效利用太阳能的最佳途径之一.为更好地利用太阳能,研究者们致力于开发具有良好可见光活性的光催化剂.CdS因具有良好的电荷转移能力和在可见光区域强吸收的特性,在光催化制氢...     

自旋电子学-光催化产氢交叉学科研究中的测试表征技术进展（英文）

清洁能源的研究和开发为解决化石燃料的日益枯竭问题带来了希望.氢能燃烧热值高,产物零污染,是理想的清洁能源.利用太阳能,通过光催化反应从水中制取氢气,是一条极有发展前景的制氢途径.然而,太阳能光催化制氢的发展受到许多因素的限制,特别是光电子传输过程中的电子-空穴复合及能量损失导致的电子输运效率低以及高的产氢产氧过电位导致水分解过程的势垒增大.自旋电子学的发展,为太阳能光催化制氢中的这些问题提供了解决之道.通过将自旋电子学的思路及原理应用于太阳能光催化制氢,借助自旋输运及电子隧穿可有效提高电子的输运效率,光电子的自旋极化还可降低产氢产氧过电位并抑制副产物的生成.测试表征技术的发展为揭示自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学的内秉机理做出了重要贡献.然而,目前尚无相关文籍对此类测试表征技术的发展进行总结和评述.考虑到这些测试表征技术在自旋电子学-太阳能光催化制氢交叉科学研究中的重要作用,对它们进行归纳和总结,评述其发展面临的问题与挑战,探索并合理预测其未来的发展方向.     

新型二维碳材料——石墨烯在光催化分解水制氢中的研究进展

能源危机和日益严重的环境污染问题是目前人类生存和发展面临的严峻挑战,在化石能源日益枯竭的今天,清洁太阳能的转化、储存和利用成为当前研究的热点.利用太阳能光催化分解水制氢,并将太阳能以氢能的形式储存是解决能源问题最理想     

磁性NiFe2O4基复合材料的构筑及光催化应用

随着社会经济的快速发展,能源短缺与环境污染已成为当前人类面临的两大难题。人们一直致力于开发新的清洁可再生替代能源, 其中,太阳能被认为是理想且具有发展潜力的清洁能源。光催化作为一种新型的“绿色技术”,可直接利用太阳能将环境中的有机污染物降解为无害物质,进而有效解决上述问题。然而,要实现这个过程关键在于合理地设计和构筑高性能的光催化剂。铁酸镍(NiFe₂O₄)作为一种磁性材料,兼具快速的磁响应性和良好的光化学稳定性,将其与能带匹配的半导体光催化剂复合,不仅能够获得活性高的光催化剂,而且实现了光催化剂的磁分离, 从而使其在光催化领域展现出极为广阔的应用前景。本文主要综述了近5年来国内外NiFe₂O₄基复合材料的制备和光催化应用方面的最新研究进展, 这将为新型高效磁性复合光催化材料的合成及应用提供新方法和新思路。最后,对NiFe₂O₄基复合光催化材料未来的发展前景做了展望。     

中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室(筹)诚聘高层次人才

洁净能源国家实验室（Dalian National Laboratory for Clean Energy,DNL）以中国科学院大连化学物理研究所为依托单位,以国家能源重大战略需求为导向,紧密围绕我国能源发展战略目标,立足于战略层面支撑和引领能源相关行业的技术进步和相关学科领域的发展,凝练重大科学问题,组织实施国家级能源科技重大项目,攻克化石能源高效清洁利用、节能减排等关键技术,突破可再生能源创新技术,为国家重大项目实施提供技术支撑,为国家能源可持续发展提供战略咨询,为国民经济可持续发展做出不可替代的贡献,为能源领域创新型人才培养基地汇聚、培养一批国际知名的领军人才和高素质创新团队．     

铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展（英文）

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类：碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属...