应用于染料敏化太阳能电池的基于染料R6的含有不同吸电子基团的有机染料的理论研究

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are the most promising alternatives to traditional fossil energy because of their advantages of low production cost, facile structure, relatively low environmental impact, relatively high photoelectronic absorption efficiency, and overall high efficiency. In addition, several studies on sensitizers as vital components have been conducted over the last three decades. Compared to metal dyes, metal-free organic dyes have been considered as promising candidates because of their simple fabrication, multiple structures, high molar absorption coefficients, easily tunable properties, and environmental friendliness. In this study, we systematically investigated the optoelectronic properties of six metal-free organic donor-acceptor dyes (RD1–6) derived from the known dye R6 by using the density functional theory (DFT) and time-dependent DFT methods. Cell performance parameters were discussed, including the geometrical and electronic structures, absorption spectrum, adsorption energy, light harvesting efficiency (LHE) curve, predictive short circuit current density (J_sc^Pred.), predictive open circuit voltage (V_oc^Pred.), and theoretical power conversion efficiency (PCE). Results revealed that all the designed dyes exhibited high theoretical PCE. In particular, dyes RD1, 2, and 4–6 showed greater conjugations, and dyes RD1–3 had smaller energy gaps than those of the reference dye. In addition, dyes RD1–3, 5, and 6 exhibited better light harvesting capacities that covered the entire visible region and extended to the near-infrared region with obviously red-shift maximum absorption wavelengths (λ_max), wider LHE curves, and higher J_sc^Pred. as compared to the reference dye. It was critical that dyes RD1 and 2 not only have greater conjugations and narrow band gaps but also good light harvesting capacities with more than 56-nm red-shift maximum absorption wavelengths and broadened LHE curves than those of the reference dye. Notably, mainly because of an average increment of 12.0% of J_sc^Pred., a remarkable increment of the theoretical power conversion efficiency was observed from 12.6% for dye R6 to 14.1% for dyes RD1 and 2. Thus, dyes RD1 and 2 exhibited superior cell performances and could be promising sensitizer candidates for highly efficient DSSCs. These results could be used to guide effective synthetic efforts in the discovery of efficient metal-free organic dye sensitizers in DSSCs.     

Mn-MOF衍生的Mn2O3微马达用于水中甲基蓝的去除

以锰金属有机框架(Mn?MOF)为前驱体制备了Mn₂O₃微球。所得微球大小约为4μm,尺寸均匀,具有完美的球形结构,表面粗糙,结晶度好,产率较高。同时,研究了Mn?MOF衍生的Mn₂O₃微马达在不同条件下的运动性能以及对甲基蓝的降解性能。Mn₂O₃微马达运动性能优异,在10%的H₂O₂溶液中,其运动速度可达81.32μm·s^-1。实验结果表明,加入H₂O₂后,Mn₂O₃微马达在5 min内通过降解作用可有效去除MB。     

一维TiO2锐钛矿/金红石异相结的制备及光催化降解甲醛性能

TiO₂异相结主要通过高温方法制备,所制备材料的形貌和组成较难控制,尤其是在较低温度下一步制备一维TiO₂异相结仍具有一定的挑战性。采用简单、方便的一步水热法,在较低温度下(180℃)制备了一维纳米TiO₂异相结材料。X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明,制备的材料以一维金红石相TiO₂纳米棒(长度：(400±50) nm,直径：(60±5) nm)为基本结构,粒径分布均匀的锐钛矿相TiO₂纳米粒子(直径：(9.5±0.5) nm)高密度、单分散地负载在纳米棒上。通过控制水热反应时间成功调控了异相结中锐钛矿相TiO₂的含量(20%～50%),进而实现了其光催化降解HCHO性能的调控。实验结果表明,当锐钛矿相TiO₂的含量为33%时(TiO₂-24,水热时间24 h制备的样品),异相结光催化剂表现出最佳的HCHO降解性能：在低光强LED灯(波长为365 nm,光强为12.26 mW·cm     

纳米Ag/TiO_(2)纳米管阵列基底构建及表面增强拉曼散射光谱检测与降解盐酸四环素北大核心CSCD

将阳极氧化与光还原法结合,在TiO_(2)纳米管阵列(TiO_(2)NTAs)表面修饰Ag纳米粒子,获得一种均匀有序、稳定性高且可循环的TiO_(2)NTAs/Ag活性基底。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、表面增强拉曼散射光谱(SERS)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对TiO_(2)NTAs/Ag的组成和结构进行了表征。进一步研究了该TiO_(2)-NTAs/Ag阵列对盐酸四环素(TC-HCl)的SERS响应,结果表明,该复合基底对TC-HCl具有较高的检测灵敏度,在水中检测限可达1×10^(−14) mol/L,而TiO_(2)-NTAs与Ag之间的协同效应对其检测性能的提高起着关键作用。此外,TiO_(2)NTAs/Ag基底在光照下对TC-HCl展示了优异的降解活性,且至少可循环使用8次。表明该TiO_(2)NTAs/Ag基底在环境中有机污染物的SERS检测和降解领域具有潜在的应用前景。     

磁性Co/TiB2室温高效催化氨硼烷产氢及串联降解有机污染物

通过熔盐法制备TiB₂载体,并采用简单的沉淀-沉积法制备了Co/TiB₂磁性可回收纳米催化剂,用于室温催化氨硼烷（NH₃BH₃）溶液产氢及串联降解对硝基苯酚（4-NP）及偶氮染料酸性橙7（AO7）、酸性红1（AR1）和甲基橙（MO）等有机污染物。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、振动样品磁强计等表征方法对催化剂的微观形貌和结构等进行分析。结果表明,Co纳米粒子均匀地分布在TiB₂载体表面,晶粒尺寸约为40 nm,并且被TiB₂载体包覆,具有典型的金属-载体强相互作用。Co/TiB₂表现出优异的室温催化NH₃BH₃溶液产氢活性,产氢速率为565.8 mol_H2·mol_cat^-1·h^-1。在串联降解有机污染物反应中,Co/TiB₂在7 min内催化4-NP氨基化的转化率接近100%,反应速率常数高达0.72 min^-1;降解AO7的反应速率常数在3种偶氮染料中最高（0.34 min^-1）。通过EPR-DMPO（EPR=电子顺磁共振,DMPO=5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物）自由基捕获实验检测出Co/TiB₂+NH₃BH₃催化体系中产生大量的氢自由基（·H）。得益于·H的强还原性,Co/TiB₂+NH₃BH₃催化体系能够将4-NP氨基化为具有更高价值的对氨基苯酚（4-AP）,同时能够还原偶氮染料分子中的显色基团偶氮基（—N=N—）。     

基于DFT密度泛函理论的聚酯热降解反应机理研究

本文应用密度泛函理论（DFT）研究钛系催化剂催化聚酯热降解的反应机理。分别以Ti(OEt)4化合物以及Ti(OEt)3 阳离子化合物为催化剂,探讨了二苯甲酸乙二酯（EDB）解聚反应的Lewis酸催化热降解反应机理（M1机理）和烷氧基配位催化热降解反应机理（M2机理）。结果表明,Lewis酸催化热降解反应机理在两种催化剂下的解聚反应能垒与无催化剂反应非常相似,未表现出明显促进作用;Ti(OEt)3 催化剂在M2机理中明显降低了解聚反应能垒,是聚酯热降解反应的催化活性中心。经轨道相互作用分析发现,阳离子催化剂和反应物EDB之间存在较为明显的轨道相互作用。     

多孔柿饼状BiOBr光催化剂的简易溶剂热法合成（英文）

以硝酸铋和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为Bi和Br源,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助溶剂热法首次成功制备了多孔纳米片聚结的柿饼状溴氧化铋(BiOBr)。通过多种分析技术对分级微米结构BiOBr材料的物化性质进行了表征,并对其在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)的光催化活性进行了评价。结果表明,溶剂热时间和PVP的加入量对产物的颗粒形貌和结晶度有显著影响。当加入0.7 g PVP时,120℃溶剂热处理12 h,可得到多孔纳米片聚结的柿饼状BiOBr样品。多孔柿饼状BiOBr样品的比表面积为4 m2·g^-1,带隙能为2.64 eV,在可见光区具有较强的光吸收性能,具有良好的可见光驱动降解MB的光催化活性和稳定性。我们推断,多孔纳米片聚结的柿饼状BiOBr样品具有优良的可见光催化性能,这与该样品的较高比表面积、多孔结构、低带隙能以及独特的颗粒形貌有关。     

水热反应条件对多孔球状Bi2WO6光催化剂结构及性能的影响

采用水热法制备了Bi₂WO₆光催化剂, 考察了水热反应温度、 水热反应时间及前驱体溶液pH值等条件对其对乙烯可见光催化活性的影响, 并通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和比表面积分析等对催化剂的晶相组成、 微观形貌和光学性质等进行表征. 结果表明, 在水热反应温度为120 ℃、 水热反应时间为12 h、 前驱体溶液pH=0.5条件下, Bi₂WO₆光催化剂经过各向异性生长以及自组装奥斯特瓦尔德成熟(Ostwald ripening)过程, 形成由二维纳米薄片自组装的多孔微球状结构, 有效增大了与乙烯气体的接触面积, 禁带宽度降至2.86 eV, 可见光响应范围拓宽, 表现出优异的光催化性能, 在可见光下240 min内对乙烯的降解率达到13.69%.     

木质素β-O-4单元的光化学和电化学降解:醚键断裂反应的一种应用*

醚键断裂反应既是有机化学的重要教学内容,又在现实世界中具有广泛应用。木质素是一类重要的生物质资源,其降解核心为碳-氧键断裂反应体系,具有重要的研究价值。对木质素β-O-4单元利用光化学和电化学降解的最新科研进展进行总结,可为醚键断裂反应的教学提供应用案例,拓展学生科学视野。