Visible light photoredox catalysis with N-hydroxyphthalimide for [4+2] cyclization between N-methylanilines and maleimides

An efficient [4+2] cyclization of N-methylanilines with maleimides to afford tetrahydroquinolines using N-hydroxyphthalimide as a metal-free and cheap organophotoredox catalyst is reported. The protocol involves C(sp³)H activation of N-methylanilines for the formation of α-amino radical without an oxidant at room temperature. The present method describes an easy preparation of tricyclic heterocycles in good to excellent yields under mild reaction conditions.     

One‐Pot Synthesis of Nitrogen‐doped TiO2 Nanowires with Enhanced Photocurrent Generation

A nitrogen‐doped TiO₂ (N‐TiO₂) nanowire film was synthesized via a one‐pot hydrothermal method using triethylamine as nitrogen source. The effect of the concentration of the triethylamine on the films was evaluated. In addition, the N‐TiO₂ nanowires were characterized using field‐emission scanning electron microscopy (FE‐SEM), X‐ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, and ultraviolet–visible spectroscopy. A 3.2× enhancement of the photocurrent for N‐TiO₂ (0.6) was achieved over the as‐prepared TiO₂ nanowire, under AM1.5G solar illumination. This was due to nitrogen doping, which could narrow the bandgap of titania to extend the adsorption of the catalyst to the visible light region.     

S掺杂的还原态TiO2-x的制备及其可见光催化性能

作为一种稳定、价廉的光催化剂,TiO2被广泛应用于各种污染物的降解;但是,较大的宽禁带(~3.2 eV)和较低的电子迁移率不仅使TiO2很难吸收可见光,而且光生电子和空穴的复合几率高,从而导致TiO2的总体光电效率不高.因此,设计能够被可见光激发、并具有快速光生电子传输的TiO2一直是研究热点.研究表明,Ti3+自掺杂的TiO2(还原态TiO2-x)不仅能够被可见光激发,而且使TiO2具有良好的电子导电性,从而有利于提高TiO2的光电转换效率.另外,非金属元素的掺杂能够减小TiO2的禁带宽度,使TiO2能够响应可见光并具有良好的可见光催化性能,其中S元素的掺杂被广泛研究.目前,S掺杂纳米TiO2的制备通常采用TiS2,单质S,硫脲、二甲亚砜等为S源,但这类原料通常价格昂贵或者具有一定的毒性,因而实际应用受到限制.而制备Ti3+自掺杂TiO2的方法大都是基于"还原法",在真空或强还原性气氛如H2,CO中加热TiO2,或采用高能粒子(电子、氩离子)轰击.在实际应用中,这些方法存在步骤多、条件苛刻、反应时间长和设备昂贵等不足.而且,还原法反应通常发生在颗粒的表面,形成的Ti3+很容易被空气和水中的溶解O2氧化,降低材料的稳定性.虽然在温和的液相中还原Ti4+可用于制备Ti3+掺杂的TiO2,但是由于反应过程中有副产物生成,需要进行后续处理才能得到纯的Ti3+自掺杂TiO2.因此,设计一种简单的制备S掺杂还原态TiO2-x光催化剂仍具有十分重要的意义.前期我们采用H2O2氧化TiH2得到不同状态的前驱体凝胶,然后进行不同方式的后处理得到Ti3+自掺杂的纳米TiO2.本文以TiH2和H2O2反应得到的黄色前驱体凝胶为Ti源,以价格低廉、无毒、稳定的二氧化硫脲为S源和还原剂,采用不同的方法制备了S掺杂的还原态TiO2-x光催化剂.本文初步研究了在凝胶中加入二氧化硫脲后进行水热处理,以及将干燥的凝胶粉末与二氧化硫脲混合热处理对所得产物的影响.并与纯的TiO2、还原态TiO2-x和S掺杂TiO2的光吸收、电化学、光催化性能进行对比研究.采用X射线衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、比表面分析和电化学工作站等技术对产物的结构、形貌和光电性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)溶液为模拟废水,考察样品的可见光催化性能.结果表明,不同的后续处理方式不仅影响S掺杂TiO2-x的结晶性和形貌,而且影响产物的光吸收性能和电子传输性能,从而使不同条件下所得产物的可见光催化性能不同.其中,采用热处理方式得到的S掺杂TiO2-x样品在可见光下降解RhB的速率分别是纯的TiO2,TiO2-x和S掺杂TiO2的31,2.5和3.6倍,而且样品具有良好的循环稳定性.     

碱金属掺杂的石墨相氮化碳在可见光光催化制氢中的比较研究(英文)

利用半导体光催化技术将太阳能转化为清洁化学能源是解决能源危机和环境问题的最有潜力的途径之一.过去几十年,许多半导体包括氧化物、硫化物和氮化物均表现出光催化活性.然而,半导体光催化的实际应用仍然受制于其较低的太阳能转化效率.解决上述问题的方法之一是发展高效的可见光光催化制氢材料.近年来,石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作为一种聚合物半导体材料,受到了光催化研究人员的广泛关注.g-C_3N_4具有可见光吸收能力、合适的导带价带位置、良好的热稳定性和化学稳定性,且制备方法简单和结构易调控,是一种极具潜力的光催化制氢材料.然而g-C_3N_4仍然仅能吸收波长450 nm以下的光,且其光生电子和空穴极易复合,因而光催化制氢效率较低.目前,研究人员采用了多种改性方法来增强g-C_3N_4的光催化性能,其中通过元素掺杂进行能带结构调控是一种非常有效的策略.而碱金属原子(Li,Na和K)被认为可有效进入g-C_3N_4的内部结构,通过引入缺陷来拓宽g-C_3N_4的光吸收范围和提高光生电荷的分离效率.不过到目前为止,尚未见系统的比较研究来深入理解不同碱金属元素掺杂的g-C_3N_4在可见光光催化制氢中的性能差异.本文采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附测试、紫外可见漫反射光谱(UV-visDRS)、时间分辨荧光光谱(TRPL)、X射线光电子能谱(XPS)、光电化学测试和光催化制氢测试等表征和测试手段比较研究了不同碱金属元素掺杂的g-C_3N_4在结构、光学性质、能带结构、电荷转移能力和光催化性能等方面的差异.XRD结果表明,碱金属掺杂可导致g-C_3N_4的层间距离增大,且碱金属原子半径越大,g-C_3N_4的层间距离越大.氮气吸附-脱附测试结果表明,碱金属掺杂可提高g-C_3N_4的比表面积,其中Na掺杂的最高.UV-vis DRS和XPS谱结果表明,依Li,Na,K的顺序,碱金属掺杂导致g-C_3N_4带隙逐渐变窄,使得可见光吸收能力逐渐增强,且其导带和价带位置逐渐下移.TRPL和光电化学测试结果显示,碱金属掺杂有效抑制了g-C_3N_4的光生载流子复合和促进了光生载流子的转移,其中Na掺杂的g-C_3N_4的光生载流子利用效率最高.可见光光催化制氢实验表明,碱金属掺杂显著提升了g-C_3N_4的光催化性能,其中以Na掺杂的g-C_3N_4性能最佳,其产氢速率(18.7mmol h–1)较纯的g-C_3N_4(5.0mmol h–1)可提高至3.7倍.由此可见,g-C_3N_4的掺杂改性是一个对其微结构和能带结构的优化调控过程,最终获得最优的光催化性能.     

在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu2O/g-C3N4异质结膜

近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.     

Cu、Ag、Au掺杂BiVO_4可见光催化剂的制备及性能研究

水热法制备了币族金属(Cu、Ag和Au)掺杂的BiVO4可见光催化剂,借助X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征.XRD分析显示所有催化剂都呈现单斜结构.XPS结果显示掺杂元素均以其稳定氧化态形式存在与催化剂表面.DRS谱中掺杂样品的吸收边界比纯BiVO4都有不同程度的红移.以甲基橙的可见光催化降解反应为探针,研究了催化剂的可见光催化性能.结果表明,经币族金属掺杂改性的催化剂催化能力比纯BiVO4有所提高.对其掺杂增强催化能力的可能原因进行了分析讨论.     

Microwave hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of AgIn5S8 for the degradation of dye

AgIn₅S₈ powders were successfully synthesized by a microwave hydrothermal method for the first time. This method is a mild and highly efficient route involves no templates, catalysts, or surfactants. Therefore, it is very promising for the low-cost and large-scale industrial production. The samples were characterized by X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy. The photocatalytic activity of AgIn₅S₈ nanoparticles was investigated through the degradation of methyl orange under visible light irradiation. Compared with TiO_2−xN_x, AgIn₅S₈ has exhibited a superior activity under the same condition. A liquid chromatogram-mass spectrometer was used to separate and identify the dye and degradation products generated during the reaction. According to the experiment results, a possible mechanism for the degradation of organic pollutant over AgIn₅S₈ was proposed.     

白光LED可见光通信及其关键技术研究

LED照明具有节能、可靠、使用寿命长等特点,被认为是下一代主流照明技术。基于LED比荧光灯和白炽灯切换速度快的特性,用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术,就是现在国内外研究的热点技术-可见光通信技术。文章简要介绍了白光LED可见光无线通信技术在的研究现状,分析了它的关键技术,并从应用角度出发阐述了LED可见光无线通信技术的发展趋势。     

掺Fe3+A-TiO2粉末的制备及其可见光催化降解碱性品红

以硫酸钛为原料用水热法制备了掺Fe3+TiO2粉末,用SEM测定了样品的形貌和晶型,研究了以自制的掺Fe3+ A-TiO2对碱性品红溶液的光催化降解作用.结果表明:所制备的TiO2为锐铁矿型TiO2(A-TiO2).可见光照射下,用自制的掺Fe3+A-TiO2降解碱性品红溶液的最佳条件是:2mg·L-1的碱性品红溶液中...     

Efficient visible-light-induced photocatalytic degradation of MO on the Cr-nanocrystalline titania-S

In order to improve visible light photocatalytic activities of the nanometer TiO₂, a novel and efficient Cr,S-codoped TiO₂ (Cr-TiO₂-S) photocatalyst was prepared by precipitation-doping method. The crystalline structure, morphology, particle size, and chemical structure of Cr-TiO₂-S were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared (FT-IR) techniques, respectively. Results indicate that the doping of Cr and S, cause absorption edge shifts to the visible light region (λ > 420 nm) compare to the pure TiO₂, reduces average size of the TiO₂ crystallites, enhances desired lattice distortion of Ti, promotes separation of photo-induced electron and hole pair, and thus improves pollutant decomposition under visible light irradiation. The photocatalytic activities of Cr-TiO₂-S nanoparticles were evaluated using the photodegradation of methyl orange (MO) as probe reaction under the irradiation of UV and visible light and it was observed that the Cr-TiO₂-S photocatalyst shows higher visible photocatalytic activity than the pure TiO₂. The optimal Cr-TiO₂-S concentration to obtain the highest photocatalytic activity was 5 mol% for both of Cr and S.