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.     

含有Zn4O4簇的开放骨架结构磷酸锌的水热合成与表征

在水热体系中,以1,4-丁二胺为模板剂制备了Zn5(PO4)4·H3N(CH2)4NH3单晶,单晶结构分析表明,该化合物属正交晶系,Pnma空间群,晶胞参数a=1.83440(6)nm,b=1.33034(4)nm,c=0.74497(2)nm,β=90°,V=1.81801(9)nm3,Z=4,Dc=2.912Mg·m-3,最终因子R1=0.0309,wR2=0.0804[I>2σ(I)].结构中的锌和磷均与氧形成四面体配位,该化合物中含有Zn4O4簇,Zn4O4簇与PO4四面体相连,形成了篮子状亚结构基元,该亚结构基元通过氧桥以正反交替的方式相互连接成三维开放骨架结构.     

含有柠檬酸配体的钼硫配合物的合成、光谱及电子结构

含有柠檬酸配体的钼硫配合物的合成、光谱及电子结构;钼硫化合物;柠檬酸;性质;电子结构     

[C4N2H12]1.5[Zn2(PO4)(HPO4)2]·H2O晶体的合成与表征

由于在电学、磁学、光学、吸附、离子交换和催化等领域具有潜在的应用价值,具有开放骨架结构的金属磷酸盐的合成一直受到人们的广泛关注.在这些磷酸盐微孔化合物中,磷酸锌晶体是拓扑结构最为丰富的一种.     

桑葚状CaF_2纳米材料的合成及CaF_2:Yb~(3+)的光学性质

通过一步水热法合成了分散性良好、尺寸均一的桑葚状CaF2纳米材料.采用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物的结构、形貌及尺寸进行了表征,发现CaF2纳米材料是由尺寸约为50 nm的纳米粒子构成.通过对不同反应阶段产物的分析提出了其形成机理.研究了Yb3+掺杂CaF2纳米材料的近红外发光性质.     

具有高效界面电荷转移的0D/2D Bi4V2O11/g-C3N4梯形异质结的设计合成及抗生素降解性能研究

随着工业技术的飞速发展,大量有机污染物被应用于生活的各个领域,由此带来了严重的环境问题。众所周知,半导体光催化技术是一种有效且环境友好的降解去除典型污染物的方法,而光催化剂在该技术的应用中起着关键作用。因此,在光催化污染物降解领域,人们已经尝试研究了各种半导体材料。其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是近年来公认的“明星”材料之一。因其独特的二维层状结构和良好的可见光响应而引起了人们的极大兴趣。由于带隙较窄(~2.7 eV)、能带结构可调以及良好的物理化学稳定性,g-C₃N₄对太阳光谱的吸收可达450 nm,具有一定的可见光光催化性能。然而,g-C₃N₄在去除抗生素和染料方面的降解效率仍然存在不足,例如光生电荷的快速复合以及空穴的氧化能力弱等。为了优化这种有前景的光催化材料,人们尝试了多种方法来改善g-C₃N₄的电子能带结构,例如金属/非金属元素掺杂、形貌调控和官能团修饰等。最近,人们提出了由两种N型半导体光催化剂组成的梯形异质结理念,它可以利用半导体材料更正的价带和更负的导带。相关结果表明,构筑梯形异质结是提高g-C₃N₄光催化活性的最有效方法之一。因此,本文通过简单的原位溶剂热生长法制备了新型0D/2D Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄梯形异质结光催化剂。Bi₄V₂O₁₁/g-C₃N₄复合材料对去除土霉素(OTC)和活性红染料展示出了优异的光催化活性。尤其是BVCN-50复合材料对OTC和活性红的降解效率高达74.1%和84.2%,该过程的主要活性物种为·O₂^-。大幅增强的光催化性能归因于Bi₄V₂O₁₁和g-C₃N₄之间形成的梯形异质结保持了光催化体系的强氧化还原能力(Bi₄V₂O₁₁的强氧化能力和g-C₃N₄的强还原能力),并促进了光生电荷的空间分离。此外,金属Bi⁰的表面等离子共振效应可以拓宽异质结系统的光吸收范围。此外,基于高效液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析,我们研究了OTC降解过程中可能的中间体和降解路径。这项工作为设计和制备g-C₃N₄基梯形异质结用于抗生素和活性染料降解提供了一种新的策略。     

基于纳米银/碳纳米纤维复合材料的增强效应电化学测定多贝斯

将银纳米粒子(AgNPs)电沉积在碳纳米纤维(CNFs)修饰玻碳电极表面制备纳米银/碳纳米纤维修饰玻碳电极(AgNPs/CNFs/GCE).采用扫描电镜考察其表面形态,在K3[Fe(CN)6]-K4[Fe(CN)6]体系中用循环伏安法和电化学阻抗法研究AgNPs/CNFs/GCE的电化学行为.采用循环伏安法和方波伏安法...     

桑葚状CaF2纳米材料的合成及CaF2:yb3+的光学性质

通过一步水热法合成了分散性良好、尺寸均一的桑葚状CaF2纳米材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物的结构、形貌及尺寸进行了表征,发现CaF2纳米材料是由尺寸约为50 nm的纳米粒子构成.通过对不同反应阶段产物的分析提出了其形成机理,研究了yb3+掺杂CaF...     

反相胶束中脂肪酶催化猪油的甘油解反应

单脂肪酸甘油酯;反相胶束中脂肪酶催化猪油的甘油解反应     

基于功能度量法的刚性结构可靠性拓扑优化

相对尺寸优化和形状优化,结构拓扑优化可以更大程度上节约材料和改善设计;实际工程中必然存在着各种不确定性因素,从而考虑不确定性的可靠性拓扑优化逐渐成为研究热点。本文考虑载荷和材料参数的不确定性,采用功能度量法进行可靠性评估,基于变密度法开展了刚性结构的可靠性拓扑优化设计。通过四角支撑平面板、L型梁和二维三维悬臂梁算例,分析拓扑构型与体积分数随目标可靠指标、随机变量个数以及变异系数的变化情况,结果表明,可靠性拓扑优化设计能得到既符合最优传力路径又满足可靠性要求的刚性结构。