烷氧基菲咯啉设计合成及其氮磷杂配铜光敏剂的光解水制氢性能

以功能化氮配体为导向,以4,7-二苯基-1,10-菲咯啉为原料,经季铵化、氧化、卤化和醚化合成了一类新型的2,9-二烷氧基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉配体5a~5e。再以Xantphos为膦配体,通过原位配位方法合成一系列氮磷杂配铜光敏剂（CuPS A~H）,在均相光解水制氢体系中研究其光敏活性。制氢结果表明,以2,9-二乙氧基为较佳取代基,CuPS D的催化产氢总转换数（TON）可达270。在光电物理性能分析中,发现这类杂配铜配合物都有一个相似的氧化还原电位（E^oxd=-0.8 V,E^red=-1.2 V）。具有乙氧取代基的铜配合物CuPS D相对于其他取代基的铜基配合物,荧光最弱,表明乙氧基有助于提高荧光淬灭效率,增强铜光敏剂的光化学转换能力。     

CdS形貌可控制备及其可见光分解水产氢性能

以还原型谷胱甘肽(GSH)作为硫源和结构导向剂水热法“一壶”制备系列硫化镉(CdS)光催化材料,采用透射电镜(HRTEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见漫反射(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、比表面分析仪(BET)和光解水产氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及光催化性能进行了研究。结果表明：通过调节反应物的nCd/nS比和水热温度等参数可控的制备出分散性好的CdS实心纳米球(s-CdS)、空心纳米球(h-CdS)以及纳米棒(r-CdS)等不同微观形貌的光催化材料。对比研究了不同形貌光催化剂的光解水产氢的宏观性能,发现s-CdS产氢活性最高,h-Cd次之,r-CdS最差。这一结果可归结于构成实心球表面亚微晶的粒径相比其它形貌的小,导致电子-空穴对快速迁移至表面并与溶液反应,抑制体相复合,导致生成的氢气量大大的提高。     

Mononuclear Water Oxidation Catalysts

Recently, several mononuclear water oxidation catalysts have been reported, a breakthrough considering the dogma that at least two metal sites were required to oxidize water efficiently. In this Review various mononuclear catalysts which have been reported in the last five years are reviewed, as well as their implementation in prototype devices that allow dioxygen formation to be coupled to dihydrogen production will be discussed.     

Z型CdIn2S4/ZnSnO3异质结的构筑及其光催化产氢性能

通过高温煅烧ZnSn(OH)₆前驱体制备了双壳中空立方体结构的ZnSnO₃(ZSO),进而采用水热法将CdIn₂S₄(CIS)纳米晶包裹在ZSO表面,成功制备了CdIn₂S₄/ZnSnO₃(CIS/ZSO)异质催化剂。活性产氢实验结果表明,CIS、ZSO物质的量之比为12%时制备的12% CIS/ZSO具有优异的光催化产氢性能,在3 h内产氢量为1 676.48 μmol·g^-1,分别是ZSO和CIS的12倍和8倍。ZSO光催化析氢反应活性的增强归因于CIS/ZSO异质结构的成功构建,异质界面的形成显著提高了光生电子/空穴对的分离效率,降低了其复合率。通过对电荷转移路径的分析,提出了可能的反应机理。     

RuO2修饰纳米多孔Ni-Mo复合电极及其电催化析氢性能

采用脱合金化结合胶体聚沉的方法制备了纳米多孔Ni/RuO_2、Ni-Mo/RuO_2复合电极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对电极材料的物相、元素组态、形貌结构、孔径大小和结晶度进行表征,并通过线性扫描伏安、交流阻抗以及循环伏安等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。分析结果显示:RuO_2由于聚沉作用包覆在Ni基合金的骨架表面。Mo的加入使Ni-Mo合金非晶化的同时,促使其骨架细化,形成双连续的纳米多孔结构。Mo与RuO_2的加入以及Mo含量的增加均提高了电催化析氢性能。纳米多孔Ni_(2.5)Mo_(2.5)/RuO_2复合电极在50 mA·cm~(-2)的电流密度下析氢过电位为182 mV。     

电解水金属单原子催化剂的研究进展

氢能因其能量密度高、清洁无污染等特点,作为替代化石燃料的能源载体得到了广泛的研究.如何清洁高效地制备氢气受到了大量研究者的关注.当前,以化石能源的热反应所得副产氢气是主要来源.然而,采用该类方法不仅不能摆脱化石能源的使用以及温室气体的排放,还会造成生产氢气的纯度不高,碳氧化物杂质浓度过高的问题,严重影响氢气的后续使用.采用可再生能源(太阳能、风能等)所产富余电,进行电解水制氢,产生的氢气不含碳氧化合物杂质,纯度很高,可以真正实现碳的零排放,被认为是未来氢气来源的重要方式.目前,电解水制氢在制氢市场的所占份额较小,而造成这样局面的主要因素是该过程中的高能耗问题.为了降低能耗,开发高效催化剂加速两个电极上的电解反应的动力学尤为重要.近年,金属单原子催化剂(SACs)因其独特的结构,在很多研究中被用作电解水催化剂,进而开发出大量高性能的金属单原子电解水催化剂.本文综述了近年SACs在电解水催化方面的应用.首先,针对电解水反应本身,总结了阴阳极两侧的电极反应机制以及影响电极催化性能的关键吸附中间物种;然后,根据载体的不同,即合金、碳以及其它化合物将SACs分为三类,总结了相关电解水催化研究现状,并且针对不同类型SACs目前的发展情况,提出了它们各自存在的问题.其次,进一步总结了影响SACs电解水催化活性的因素,提出了四种决定SACs催化性能的影响因子,分别为金属原子的固有元素性质、配位环境、几何结构和负载量;同时讨论了这四类影响因素对SACs催化活性的影响机制,总结了调控各类影响因素的方法,为SACs的设计提出了一些建议.最后,展望了SACs在电解水催化中的应用,探讨了SACs在催化剂设计及催化机制研究方面的问题,提出了SACs在电解水催化中的未来发展方向.     

Photoelectrochemical Behavior of Sn‐Doped α‐Fe2O3 Photoanode with Different Reducer

Hematite has been considered as one of the most promising photoanode candidates for solar water‐splitting. However, its photoelectrochemical (PEC) efficiency is largely constrained by its sluggish oxygen evolution reaction. In this work, the photoelectrochemical performance of hematite was investigated in electrolytes containing different sacrificial agent. The photocurrent densities, onset potential, charge transfer resistance, Helmholtz capacitance at semiconductor liquid junctions (SCLJs), and their correlations were systematically studied. It was found that the onset potential is around the C_H peak potential and is related to the photovoltage. The surface states pinning the Fermi levels of the hematite photoanode are related to the adsorbed water molecules regardless of the sacrificial agents in the electrolyte.     

富氮洋葱碳包覆的Ni/NiFe2O4纳米棒析氧电催化剂

将镍铁金属配位聚合物前驱体在惰性气氛下热分解制备了富氮洋葱碳(ONC)包覆的Ni/Ni Fe_2O_4多孔纳米棒复合析氧电催化剂,与Ni@ONC,Ni Fe_2O_4材料及传统Ru O_2催化剂相比,得益于这种富氮洋葱碳包覆的Ni/Ni Fe_2O_4一维多孔纳米异质结构,Ni/Ni Fe_2O_4@ONC材料拥有更优异的导电性能和更大的电化学活性面积(0.149 m F),因而表现出更优异的析氧电催化性能。Ni/Ni Fe_2O_4@ONC纳米棒在1 mol·L~(-1) KOH溶液中,10 m A·cm-2下的析氧过电位仅为299 m V,塔菲尔斜率为73 m V·dec-1,展现出优异的析氧稳定性能。     

Photoelectrochemical Hydrogen Production in Alkaline Solutions Using Cu2O Coated with Earth‐Abundant Hydrogen Evolution Catalysts

The splitting of water into hydrogen and oxygen molecules using sunlight is an attractive method for solar energy storage. Until now, photoelectrochemical hydrogen evolution is mostly studied in acidic solutions, in which the hydrogen evolution is more facile than in alkaline solutions. Herein, we report photoelectrochemical hydrogen production in alkaline solutions, which are more favorable than acidic solutions for the complementary oxygen evolution half‐reaction. We show for the first time that amorphous molybdenum sulfide is a highly active hydrogen evolution catalyst in basic medium. The amorphous molybdenum sulfide catalyst and a Ni–Mo catalyst are then deposited on surface‐protected cuprous oxide photocathodes to catalyze sunlight‐driven hydrogen production in 1 M KOH. The photocathodes give photocurrents of ?6.3 mA cm^?2 at the reversible hydrogen evolution potential, the highest yet reported for a metal oxide photocathode using an earth‐abundant hydrogen evolution reaction catalyst.     

Ni2P-NiS双助剂促进g-C3N4光催化产氢动力学

本文通过简单的一步水热法得到Ni₂P-NiS双助催化剂,之后采用溶剂蒸发法将Ni₂P-NiS与g-C₃N₄纳米片结合构建获得无贵金属的Ni₂P-NiS/g-C₃N₄异质结。研究结果表明,优化后的复合材料具有良好的光催化产氢活性,其产氢速率最高可到6892.7 μmol·g^-1·h^-1,分别为g-C₃N₄ (150 μmol·g^-1·h^-1)、15%NiS/g-C₃N₄ (914.5 μmol·g^-1·h^-1)和15%Ni₂P/g-C₃N₄ (1565.9 μmol·g^-1·h^-1)的46.1、7.5和4.4倍。这主要归因于Ni₂P-NiS相比Ni₂P和NiS单体具有更好的载流子转移能力,其与g-C₃N₄形成的肖特基势垒能有效促进光生载流子在二者界面上的分离,同时Ni₂P-NiS能进一步降低析氢过电势,进而显著增强了表面析氢反应动力学。本研究为开发稳定、高效的非贵金属产氢助剂提供了实验基础。