具有增强电荷转移驱动的磺酸基功能化g-C3N4光催化剂的设计合成及应用

随着全球环境问题日益严重以及能源需求的不断增长,人们对高效环境修复与能源转换技术的需求日益增强.以半导体材料为光催化剂,可将可再生的太阳能转化为化学能,有望成为解决人类面临的能源和环境问题的有效途径.其中,开发高效稳定的光催化剂是该技术得以实际应用的关键.近几十年,研究人员开发出多种半导体材料并应用于光催化研究.其中,具有可见光响应的有机非金属光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其稳定的分子结构,较小的禁带宽度(~2.7 e V)以及合适的能带结构而备受关注.然而,与大多数半导体光催化剂相似,由于传统g-C₃N₄上的光生电子和空穴极易复合,表面催化活性位点较少,可见光响应范围较窄,使得其催化效率不高.基于g-C₃N₄独特的有机分子结构,通过引入功能化的特定基团以优化g-C₃N₄的电子能带结构,促进载流子传输,拓展可见光响应范围,是提高其光催化效率的有效途径.已有研究表明,在各种功能化官能团中,具有强电负性的含氧基团对g-C₃N₄的Melon单元优化是非常有效的.因此,本文通过g-C₃N₄与氨基磺酸间的简单固相热反应成功合成了磺酸基功能化的g-C₃N₄纳米片(SACN),并实现了同步增强的相互作用.根据固体强酸特性,氨基磺酸可以在热处理的辅助下对g-C₃N₄进行酸刻蚀,从而增加其比表面积以及表面催化活性位点.更重要的是,理论计算与实验表征结果表明,磺酸基团的吸电子诱导效应所产生的电荷驱动力可极大改善g-C₃N₄的电荷转移动力学,有效抑制了它们的再结合.此外,吸电子诱导效应还可促进g-C₃N₄的局域电子再分布,进而降低g-C₃N₄的导带电位,增强光诱导电子的还原能力.光催化性能测试结果表明,SACN-400样品(前驱体中氨基磺酸加入量为400 mg)在光催化分解水制备氢气以及光降解传统污染物领域展现出较好的性能,其在入射光波长为420±15 nm时的产氢表观量子效率为11.03%.综上,本文为设计合成具有较高产氢性能以及污染物降解效率的石墨相氮化碳基光催化剂提供了一种简便有效的策略.     

Porous multicomponent chitosan/poly(ε-caprolactone)-block poly (ethylene glycol)/SiO2 aerogel@polydopamine membrane for Congo red adsorption

A composite adsorbent, chitosan//poly (ε-caprolactone)-block poly (ethylene glycol)/SiO₂ aerogel@polydopamine (CS/PCL-b-PEG/SA@PDA) membrane was prepared for the adsorption of organic dyes. The matrix polymer materials of this novel adsorbent were eco-friendly. SiO₂ aerogel with nanoporous network construction was fixed in the multicomponent polymer fibers through simultaneous electrospinning-electrospray technology followed by modification of polydopamine (PDA). The composite adsorbent had a maximum adsorption capacity of 598.8 mg/g for Congo red (CR) and possessed good reusability performance. This adsorbent showed excellent performance for the selective adsorption of relatively large molecule CR dyes even under high concentration of small molecule methyl orange (MO) dyes or 1 M of salt solution. The adsorption mechanism indicated that the –NH₂ and –OH groups in adsorbent could generate the stronger electrostatic attraction with the –SO₃^- groups in CR. Meanwhile, the sufficient adsorption spaces of the adsorbent were constructed by the porous network structure of SiO₂ aerogel, the accumulation of PDA particles and the porous structure of the multicomponent composite membrane. The work provided a proactive study in designing an adsorbent for the selective adsorption of organic dyes.     

钠离子电池用铁基正极材料的研究进展

气候变化和化石燃料枯竭等问题将促进新型绿色能源的开发和利用。因此,高效率、低成本、安全的储能系统,得到了越来越多的关注和研究。在各类储能系统中,二次电池是存储电能、为电子设备供电的最理想选择。目前,锂离子电池(LIBs)的应用最广泛。然而,地球上锂资源的短缺和分布不均造成的成本较高,急需研究和开发其他高性能的新型二次电池。钠元素具有地壳中储量丰富、均匀且与锂具有相似化学性质等优势,使得钠离子电池(SIBs)成为了取代LIBs最有前景的备选二次电池之一。然而,钠离子的体积较大、离子传导动力学更缓慢、导电性更差等问题,限制了SIBs高性能的实现,这是目前研究的难点和重点。此外,铁具有储量丰富、环境友好的特点,其在SIBs中的应用引起了电池领域科研工作者的广泛关注。因此,寻找良好的铁基正极材料成为SIBs高性能电极材料开发的一个重要研究方向。本综述对近年来SIBs铁基正极材料方面的研究进展进行了总结,并按照聚阴离子型化合物、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及类似物和氟化物分类,进行了系统的阐述和分析。     

Preparation and Properties of Poly（ether ether ketone）/Carbon Nanotube Modified Polypropylene Janus Composite Separator北大核心CSCD

Lithium-ion batteries （LIBs）have attracted wide attention because of their broad prospects in electric vehicles. However,the safety problems and low multiplier performance of the commercial polyolefin separator limit their further development,due to the poor dimensional thermal stability and low electrolyte absorption rate. Poly（ether ether ketone）（PEEK）and carbon nanotube（CNT）are compounded to coat on polypropylene （PP） to prepare Janus composite separator （PP@C） through the phase inversion method. PP@C composite separator does not deform at 180 ℃ for 0. 5 h（only slight deformation）,illustrating excellent thermal stability. The electrolyte absorption rate of PP@C2 is 193. 8%. The electrolyte uptake rate of the PP@C2 composite membrane was 193. 8%,which was 64. 5% higher than the PP membrane,showing a superduper electrolyte permeability. As a result,the specific discharge capacity of LIBs assembled with PP@C2 composite separator is 157. 6 mA·h/g at 0. 2 C and 129. 8 mA·h/g at 2 C,showing good rate performance with the capacity recovery rate of more than 99%. This might be attributed to the ultra-high thermal stability of PEEK,the good affinity of the electrolyte,the high conductivity of CNT,as well as the uniform dispersion of Li+ ,so that the separator can have excellent electrochemical performance while improving safety. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

物理化学教材中表格数据的深度分析与教学实践——以电解质溶液一章为例

以电解质溶液一章为例,将物理化学教材中的表格数据进行多样化处理,结合离子电迁移率、迁移数以及平均活度因子等知识点,尝试运用数据补充、图象曲线处理、数据差值计算等方法,并进行综合应用,引导学生从更直观的角度主动思考和深入分析,从而加强对理论知识的理解。     

Electronic properties of polyoxometalate derivatives [(C2B9H11) M'M5O18]n‐ (M' = TiIV,MoVI, WVI; M = MoVI,WVI): Protonation,Electronic Spectra,and Redox Properties

Density functional theory is used to study the electronic structures and properties of Lindqvist‐type polyoxometalates‐supported organometallic compounds [LM'M₅O₁₈]^n– (L = [C₂B₉H₁₁]^2– (Cb), [C₅H₅]^– (Cp); M' = Ti^IV, Mo^VI, W^VI; M = Mo^VI, W^VI). [(Cb)M'M₅O₁₈]^n– are a series of novel compounds designed in this work, based on related experiment. The calculated results reveal that the Cb ligand is able to form a σ, 2π triple bond with M', which is similar to the bond character in [(Cp)M'M₅O₁₈]^n–. However, comparing with the protonation, electronic spectra and redox properties of [(Cp)M'M₅O₁₈]^n– and [M'M₅O₁₉]^n–, [(Cb)M'M₅O₁₈]^n– species show the advantageous electronic properties owning to the superior electron donating ability of the Cb ligand. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

氨基酸在乙醇/磷酸氢二钾双水相体系中分配行为

研究了5种结构和性质各异的氨基酸(谷氨酸,半胱氨酸,苯丙氨酸,赖氨酸,精氨酸)在亲水性有机溶剂乙醇和磷酸盐溶液形成的乙醇/K2HPO4双水相体系中的分配行为及其影响因素。当双水相体系中乙醇的质量分数从22%增加到30%时,半胱氨酸和苯丙氨酸的分配系数明显增大,其它三种氨基酸的分配系数变化幅度不大;当磷酸盐的质量分数从14%增加到22%时,氨基酸的分配系数的变化均不明显;双水相体系的pH值对氨基酸的分配系数影响较大,当pH增加时,5种氨基酸的分配系数均增加,但是当pH约为9.5时,苯丙氨酸、半胱氨酸的分配系数接近相等但与其它3种氨基酸的分配系数相差较多,当pH为6.0~8.0时,苯丙氨酸的分配系数远远大于另外4种氨基酸。氨基酸的支链结构中含有非极性基团将导致其分配系数的增加。     

偏最小二乘法用于研究酚类物质的竞争吸附

将偏最小二乘法(PLS)用于紫外-可见分光光度分析,同时测定水溶液中苯酚、对甲氧基苯酚和α-萘酚三种组分,并将此方法用于研究苯酚、对甲氧基苯酚和α-萘酚在水溶液中的竞争吸附.结果表明:合成样本的回收率在96%~107.6%之间,结果比较令人满意.采用PLS法计算三种酚类物质吸附后的平衡浓度和吸附量,其结果与采用LCA(Langmuir Competitive Adsorption)模型预测的结果较为接近.     

新颖的[CuI(dpq)2]+配合物阳离子修饰的砷钒酸盐[Cu(dpq)2]4[As8V14O42(H2O)]·2H2O的水热合成与结构表征

采用水热方法制备了一个新颖的[CuI(dpq)2]+配合物阳离子修饰的砷钒酸盐[Cu(dpq)2]4[As8V14O42(H2O)]·2H2O, X射线单晶衍射结果表明, 该化合物的结构是由4个[CuI(dpq)2]+阳离子和1个[As8V14O42(H2O)]4-簇阴离子以及2个结晶水组成的, 簇阴离子内部包含一个孤立的水分子.     

二氧化钛纳米粒子和纳米管的合成、表征及对硝基苯的光催化性能研究

采用水热合成法, 通过改变反应条件, 控制反应参数, 成功地合成了粒径可控的球形TiO2纳米粒子和长径比、比表面积均比较大的纳米管. 用XRD, TEM, SAED和BET等手段对产物进行了表征. 为了测试产物的光催化性能, 以高浓度的硝基苯(NB)溶液为模拟水样, 进行了一系列提高降解效率的优化实验和光催化降解的对比实验. 通过对硝基苯溶液初始浓度、TiO2加入量和降解体系pH值等条件的考察, 得出硝基苯溶液的质量浓度为300 mg/L, TiO2的加入量为0.4 g/L, 体系的pH值为6~7时, 降解效果最好; 通过对比实验发现, 由于纳米管的大比表面积, 使得其光催化性能明显优于球形纳米粒子, 3 h后的降解率达到90%以上, 3.5 h左右硝基苯几乎被完全降解.