单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

Selective hydrothermal synthesis of BiOBr microflowers and Bi2O3 shuttles with concave surfaces

Through controlling the amount of NaOH added, BiOBr and Bi₂O₃ with different shapes were hydrothermally synthesized in the reaction system of Bi(NO₃)₃-hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB)-NaOH. As 8 mmol of NaOH was added, BiOBr microflowers constructed of nanoflakes were synthesized. The thickness of these single-crystal nanoflakes was about 20 nm. In the similar condition, when the amount of NaOH added was 28 mmol, Bi₂O₃ shuttles with concave surfaces were obtained. The length of these shuttles was 100 μm and the diameter at the middle of these shuttles was 50 μm. The photocatalytic activity of as-prepared BiOBr microflowers was evaluated by the degradation of methyl orange (MO) under visible-light irradiation (λ>420 nm), which was up to 96% within 90 min.     

CoFeOx/MoO2准平行纳米阵列电极的析氢性能

利用CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)准平行纳米片阵列作为载体前驱体,通过原位负载及煅烧方式,实现了含有氧空位的 MoO₂纳米颗粒在纳米片阵列表面的生长。电化学研究结果表明,所得 CoFeO_x/MoO₂纳米阵列电极具有高析氢反应(HER)催化活性。该电极在10和1 000 mA·cm^-2时的HER过电位分别为40和217 mV。在50 mA·cm^-2的电流密度下,该电极可以稳定运行125 h。     

利用地球上丰富的炭黑和NiS_2双助催化剂修饰提高CdS纳米片体系的可见光产氢活性(英文)

光催化产氢技术是目前解决能源和环境问题的最有潜力的方法之一,因此制备安全高效的光催化剂已成为目前的研究热点.在目前研究的各种光催化剂中,CdS光催化剂因为具有较窄的带隙(2.4 eV)和合适的导带位置,所以在可见光催化产氢领域受到广泛关注.然而,光生电子/空穴对易复合和光腐蚀作用极大地限制了CdS光催化剂的放大应用.因此,人们采用众多改性策略以提高CdS光催化剂的可见光产氢活性,其中构建CdS纳米结构和负载助催化剂被认为是最有效的方式.构建CdS纳米结构既可以缩短载流子的迁移路径,也可以减少CdS晶体中的缺陷.很多不同纳米结构的CdS光催化剂已经被开发,例如纳米线、纳米颗粒和纳米棒等.因为制备过程极为复杂繁琐,所以CdS纳米片的研究鲜见报道.本文采用乙酸鎘和硫脲为原材料,通过简单的溶剂热法合成了CdS纳米片.在CdS的各类助催化剂中,由于常用的Pt,Ag和Au等贵金属的高成本和低储量等问题严重限制了它们的实际应用,所以近年来众多非贵金属助催化剂(例如MoS_2,WS2,NiS,NiO和WC等)得到了广泛关注.由于非贵金属助催化剂存在弱电导率和低功函数等问题,影响了对光生电子的收集和利用.纳米碳材料具有极高的电导率、强可见光吸收、有效的载流子分离和较多的反应位点等优点,因此组合纳米碳材料和非贵金属助催化剂被认为是一种有效的解决方案.本文首次采用炭黑和NiS_2作为双助催化剂改性CdS纳米片,通过简单的溶剂热/沉淀两步法成功合成了廉价高效的CdS/CB/NiS_2三元光催化体系.光催化产氢性能测试表明,CdS-0.5%CB-1%NiS_2展现出最高的光催化效率(166.7μmol h~(-1)),分别是CdS NSs和CdS-1.0%NiS_2的5.16和1.87倍.X射线衍射、高分辨电子显微镜和X射线光电子能谱结果证实了CdS催化剂的片状结构,且炭黑和NiS_2成功负载在CdS纳米片表面.紫外-可见漫反射结果表明,随着炭黑和NiS_2的负载,复合催化剂的吸收边缘产生明显的红移,且对可见光的吸收增强.荧光光谱、阻抗和瞬态光电流曲线测试结果证明,炭黑和NiS_2的加入可以有效地促进光生电子/空穴对分离.极化曲线结果表明,加入炭黑和NiS_2可以降低CdS的产氢过电势,因此加速表面产氢动力学.总之,炭黑和NiS_2之间显著的协同效应极大地提高了可见光吸收,促进光生电子/空穴对分离,加速表面产氢动力学,最终得到了三元光催化体系极高的光催化产氢活性.     

富缺陷BN负载的高分散Cu催化乙醇脱氢制乙醛

生物乙醇作为平台分子通过催化转化的方法可以制备烯烃、乙醛、丁醇和芳香化学品等,其中乙醛是生产乙酸、季戊四醇、三氯乙醛、山梨酸等重要化学品的原料.随着乙醛的需求量逐年增加,发展以乙醇直接脱氢生成乙醛的工艺,具有联产氢气、原子经济性高、产物易分离的优点,符合国际绿色低碳发展战略要求,有望替代当前乙烯氧化法生产工艺.乙醇分子...     

原位透射电镜研究正交相五氧化二铌纳米片的电化学储钠机制

由于正交相五氧化二铌(T-Nb₂O₅)为ReO₃型层状结构,锂、钠离子可以在其(001)平面快速脱嵌,而在[001]方向的传输一般较难。本研究通过原位透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)方法研究钠在T-Nb₂O₅纳米片(001)面内及[001]方向的钠离子电化学嵌入行为,发现由于纳米片晶体存在大量的位错和畴界,钠离子可通过这些缺陷穿越(001)面扩散,并进而在深层的(001)面内快速扩散。同时,本研究还发现刚合成的T-Nb₂O₅纳米片在[001]方向上存在调制结构,存在交替分布的压应变和张应变区域,而钠离子的嵌入可以调节这些应变分布。     

Adsorption sensitivity of pristine and Al- or Si-doped boron nitride nanoflake to COCl2: a DFT study

ABSTRACT

The adsorption of phosgene (COCl₂) on pristine, Al- and Si-doped boron nitride nanoflakes (BNNFs) is studied using density functional theory calculations. The adsorption energies of the most stable complexes, formed from interaction between COCl₂ and the pristine, Al- and Si-doped BNNFs are ?28.97, ?78.71 and ?171.60?kJ/mol at the M06-2X/6-31?+?G* level of theory, respectively. It is found that COCl₂ experiences a chemisorption interaction over the doped BNNFs, significantly altering its structure with respect to the gas-phase molecule. The COCl₂ adsorption can also induce a change in the HOMO–LUMO or SOMO–LUMO energy gap of the surface. In particular, the adsorption of COCl₂ is found to decrease the HOMO–LUMO energy gap of Al-doped BNNF by about 30%. It is suggested that the Al- or Si-doped BNNFs can be considered as a potential material for detecting toxic COCl₂.     

硫粉为硫源,多元醇辅助合成硫化钼纳米片

MoS₂ nanosheets are prepared with sulfur powder and Na₂MoO₄ by a one-pot two-phase method at 170-200 ℃ for 8 h. In addition, a three-step growth mechanism based on the aggregation and coalescence model is proposed. The reassembly of sulfur powder ensures the transformation from sulfur powder to H₂S to reduce Na₂MoO₄ and plays a key role in the successful preparation of MoS₂ nanosheets. The as-prepared MoS₂ nanosheets are rich in unsaturated sulfur atoms, probably resulting from the dislocation cores of the MoS₂ nanosheets, which have been found to be beneficial for hydrogen evolution reaction catalysis. The method and growth mechanism adopted in this study may be applied to other transition metal dichalogenides for similar structures. The facile and green method provides an alternative for the preparation of MoS₂ nanosheets.     

原位构筑溴氧化铋/聚吡咯复合材料用于光催化降解阴离子染料

采用光化学反应法在稀酸条件下制备出薄片状溴氧化铋（BiOBr）,将其分散于含有过硫酸铵和十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中,通过吡咯的一步聚合反应原位制备出聚吡咯（PPy）修饰的BiOBr复合材料（BiOBr/PPy）。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外可见光谱及荧光光谱等综合表征技术对样品的晶体结构、形貌特征和光电特性等进行测试。结果显示,PPy成功修饰到BiOBr薄片上,BiOBr与PPy接触紧密且相互作用强。与纯BiOBr相比,BiOBr/PPy复合材料具有更强的可见光吸收效率和增强的光催化降解甲基橙（MO）染料活性。通过优化PPy和BiOBr的组合比例,当BiOBr质量分数约为7%时,BiOBr/PPy-2在50 min内对MO （30 mg·L^-1）的降解率为87.3%;另外,循环光催化活性虽有降低但仍高于纯BiOBr和纯PPy （10.4%）。这表明BiOBr与PPy之间较强的相互作用和良好的界面结合可以有效地促进光生电子与空穴的分离效率。反应体系中分离的光生空穴、衍生自由基在染料氧化降解中发挥了重要作用。     

原位溶剂热聚合法制备金属有机骨架/碳化氮纳米片涂覆的固相微萃取纤维用于红茶中农药残留的高灵敏检测

有机氯(OCPs)和拟除虫菊酯(PYs)是两类广泛使用的农药,对自然环境和人类健康具有极大危害。在本研究中,通过原位溶剂热聚合法制备了金属有机骨架/碳化氮纳米片(UiO-66/HOCN)复合材料涂覆的固相微萃取(SPME)纤维,该纤维拥有良好的稳定性,并对OCPs和PYs具有高效的萃取性能。将其与气相色谱-质谱(GC-MS)相结合,建立了用于OCPs和PYs检测的高灵敏分析方法。该方法对9种农药目标物表现出了令人满意的回收率和重现性,具有检出限低(0.03～0.30 ng/L)、线性范围宽(0.1～800.0 ng/L)和线性相关系数良好(≥0.997 8)等优点。将所建立的方法用于实际红茶样品中农药残留的检测,成功地在实际样品中检测出了艾试剂(6.6 ng/L)、α-硫丹(54.7 ng/L)和联苯菊酯(185.8 ng/L)。实验结果表明,所建立的分析方法适用于复杂基质中农药残留的分析和监测。