铁电极化增强C/Bi/Bi2MoO6复合材料光催化性能的研究——推荐一个综合化学实验
周鑫, 张志, 杨赟, 杨水金
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202310008
本文围绕环境问题设计了一个综合化学实验。制备了C/Bi/Bi2MoO6复合材料,并对其施加直流电压进行电极化处理,通过扫描电镜和X射线粉末衍射等表征得出电极化法不影响材料的形貌和组成结构,并且能有效增强复合材料的光催化降解活性。本实验实现了化学、环境、能源与材料等多学科交叉融合,实验可操作性强且绿色环保。通过实验改进和仪器表征,激发学生的科研热情,培养创新思维和动手能力。
关键词: 光催化, 铁电极化, 综合化学实验, 综合应用与创新能力
Ni基催化剂用于制备生物燃料的综合实验设计
李丹, 辛慧, 衣晓凤
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202312046
设计了不同晶粒尺寸的Ni纳米粒子催化剂及其制备生物燃料的综合化学实验。通过常规浸渍法制备了Ni/CeO2、Ni/CeO2-SiO2和Ni/SiO2三种纳米催化材料,借助X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)等对其进行了物理化学性质表征。通过参与催化剂合成、结构表征及其性能评价的全链条科研基本训练过程,不仅能够培养学生的综合实验技能,还能提升其科研素养,启发学生发现物质结构与性能之间内在规律,激发学生对探索未知科学领域的兴趣。该实验以“能源危机”为话题开展课程思政,加强学生对我国能源与环境危机现状的认识,引导学生从自我做起爱护环境。
关键词: Ni基催化剂, 脱氧催化剂, 生物燃料
Z型异质结Cu2O/Bi2MoO6的构建及光催化降解性能
赵强, 郭智楠, 李淑英, 王俊丽, 李作鹏, 贾治芳, 王科伟, 郭永
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230435
通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu2O/Bi2MoO6新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质,并以四环素(TC)为降解目标污染物,进一步探究了其催化效率。实验结果表明,Cu2O的加入提高了复合催化剂的光催化性能,其中20% Cu2O/Bi2MoO6复合催化剂(Cu2O和Bi2MoO6的质量比为20%)降解效果最好,100 min内可降解95%的TC。Cu2O与Bi2MoO6之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光,所构建的Z型异质结改变了电子转移途径,提高了电子与空穴的分离效率,光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构,分析了Z型异质结Cu2O/Bi2MoO6复合催化剂光催化降解TC可能的机理。
关键词: 光催化剂, 钼酸铋, 氧化亚铜, Cu2O/Bi2MoO6, Z型异质结, 四环素
Co掺杂Ni(OH)2的超级电容器性能及其第一性原理计算研究
常进
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240108
用简单的共沉淀法制备了Co掺杂的Ni (OH)2,通过Co/Ni的协同作用改善了材料的电化学性能。Co原子掺杂改善了材料形貌,暴露了更多的缺陷位,提高了材料的电化学活性。同时第一性原理计算表明,Co掺杂也改变了Ni的电子云分布,提高了材料的电荷传输和离子扩散性能。得益于适宜的Co掺杂量,Ni0.84Co0.16(OH)2在1 A·g-1的电流密度下质量比容量高达1 589.6 F·g-1,同时组装后的非对称超级电容器在功率密度为21.33 kW·kg-1时仍具有8.30 Wh·kg-1的能量密度,显示出了良好的储能性能和循环性能。
关键词: 超级电容器, 氢氧化镍, 钴掺杂
Syntheses, crystal structures, and quantum chemistry calculation of two Ni(Ⅱ) coordination polymers
Xiumei LI, Yanju HUANG, Bo LIU, Yaru PAN
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240109
Two new coordination polymers, [Ni(Hpdc)(bib)(H2O)]n (1) and {[Ni(bib)3](ClO4)2}n (2), were prepared by mixing Ni2+, 3, 5-pyrazoledicarboxylic acid (H3pdc)/p-nitrobenzoic acid and 1, 4-bis(imidazol-1-ylmethyl) butane (bib) by a hydrothermal method, respectively. X-ray crystallography reveals a 2D network constructed by six-coordinated Ni (Ⅱ) centers, bib, and Hpdc2- ligands in complex 1, while a 2D network is built by Ni (Ⅱ) and bib ligands in 2. Furthermore, the quantum-chemical calculations have been performed on'molecular fragments'extracted from the crystal structure of 1 using the PBE0/LANL2DZ method in Gaussian 16 and the VASP program.
关键词: coordination polymer, nickel(Ⅱ) complex, crystal structure, quantum-chemical calculation
多级Ag/Bi/氮空位g-C3N4/Ti3C2Tx肖特基结的构筑及其全光谱催化性能
王敏, 辛德华, 石雅宁, 朱文垚, 张苑群, 章薇
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230477
采用原位溶剂热反应制备多级Ag/Bi/Nv-g-C3N4(氮空位-g-C3N4)/Ti3C2Tx肖特基结,并对其物相组成和晶体结构、微观形貌和孔结构、表面元素组成和化学态、光学和光电化学性质进行了表征。由于Ag、Bi和Ti3C2Tx协同的表面等离激元共振效应,Ag/Bi/Nv-g-C3N4/Ti3C2Tx表现出全光谱吸收特性。由载流子浓度差驱动的界面极化电荷转移诱导形成的肖特基结,显著提高了光生载流子(包括热电子和热空穴)的分离效率和利用率。因此,与Nv-g-C3N4、Ti3C2Tx、Ag/Nv-g-C3N4、Bi/Nv-g-C3N4和Ag/Bi/Nv-g-C3N4相比,Ag/Bi/Nv-g-C3N4/Ti3C2Tx表现出显著增强的全光谱催化活性,其在可见光和近红外光照射下光催化降解四环素的反应速率常数分别为0.033和0.008 6 min-1,为对比样品的10~2.1倍和8.6~1.8倍。
关键词: 肖特基结, 表面等离激元共振, 全光谱催化, 盐酸四环素
A Bi-CP-based solid-state thin-film sensor: Preparation and luminescence sensing for bioamine vapors
Ting WANG, Peipei ZHANG, Shuqin LIU, Ruihong WANG, Jianjun ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240134
A 1D coordination polymer (CP), (TBA) [Bi(bp4do)Br4] (1), was synthesized by the assembly of 4, 4' - bipyridine -N, N'-dioxide (bp4do) and Bi3+ (TBA+=tetrabutylammonium). 1 exhibits a red luminescence with a quantum yield of up to 69%. A solid-state thin-film sensor (1/PVP) with extremely high luminescence stability was prepared by combining 1 with polyvinyl pyrrolidone (PVP). 1/PVP has a wide - range sensing capability for 11 NH3/amine vapors with rapid response. During the sensing process, its luminescence color changed from red to blue, which was easy for naked -eye observation. The sensing mechanism is NH3/amine-induced collapse of the framework of 1. Furthermore, 1/PVP has been successfully applied to monitoring food freshness such as meat/aquatic products.
关键词: coordination polymer, solid state thin-film sensor, luminescence, bioamine, vapor sensing
S型CeO2/Bi2MoO6微球异质结的理性设计及其高效光催化CO2还原
许修涛, 邵春风, 张金锋, 王中辽, 代凯
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309031
人工半导体光催化CO2转化被广泛认为是模拟自然碳循环的最有前途的策略之一。其中,Bi2MoO6具有光催化CO2转化的潜力。然而,由于其光生电荷载体的快速复合,其催化性能仍然不足。因此,改善Bi2MoO6的催化效率是一个紧迫的问题。在这项研究中,我们通过水热法合成了Bi2MoO6纳米片,并在其表面同时生长了CeO2纳米颗粒,形成了Ce3+/Ce4+离子桥接修饰的S型异质结。时间分辨光致发光光谱和光电化学测试揭示了这种异质结的增强电荷分离效应。此外,原位X射线光电子能谱分析和理论计算进一步证实,光生电子转移路径遵循S型机制,从氧化型半导体Bi2MoO6的导带转移到还原型半导体CeO2的价带。实验结果表明,CeO2/Bi2MoO6、Bi2MoO6和CeO2的光催化CO2还原为CO的效率分别为65.3、14.8和1.2 μmol·g-1·h-1。与纯Bi2MoO6相比,CeO2/Bi2MoO6复合催化剂将CO2光催化还原为CO的催化效率提高了3.12倍。这项工作为设计和构建新型S型异质结光催化剂提供了独特的见解。
关键词: 光催化CO2转化, CeO2, Bi2MoO6, S型异质结, 电荷转移
Cu2O/Bi2CrO6 Z-scheme heterojunction: Construction and photocatalytic degradation properties for tetracycline
Zhinan GUO, Junli WANG, Qiang ZHAO, Zhifang JIA, Zuopeng LI, Kewei WANG, Yong GUO
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240403
The Z-scheme heterojunction Cu2O/Bi2CrO6 photocatalyst was successfully prepared by introducing Cu2O on the Bi2CrO6 surface using a coprecipitation method. The photocatalytic degradation of tetracycline (TC) on Cu2O/Bi2CrO6 under visible light irradiation was investigated. It was found that the Cu2O/Bi2CrO6 photocatalyst had the best photocatalytic activity when the mass ratio of Cu2O to Bi2CrO6 was 20%, and the TC could be degraded by 87.5% within 100 min, which was about 1.8 times and 1.3 times higher than that of pure Bi2CrO6 and pure Cu2O, respectively. Besides, the Cu2O/Bi2CrO6 photocatalyst also showed good stability and reusability. The Z scheme heterojunction structure of Cu2O/Bi2CrO6 provided increased active sites, enhanced interfacial charge separation, and improved separation efficiency of photogenerated electro-hole (e--h+) pairs, leading to enhanced photocatalytic properties. Electron paramagnetic resonance (EPR) measurement confirmed that the superoxide radical (·O2-), hydroxyl radical (·OH), and h+ were the primary active species during photocatalysis.
关键词: photocatalyst, Cu2O, bismuth chromate, photocatalytic degradation, tetracycline
Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料的Ga2O3包覆改性及电化学性能
刘新朋, 赵刘洋, 李泓漪, 陈雅图, 吴爱民, 李爱魁, 黄昊
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230488
首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga2O3原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga2O3包覆层。电化学测试结果表明:含有3%Ga2O3的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能,其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g-1)下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g-1,在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g-1,优于未改性材料的90.7 mAh·g-1,表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g-1的容量,容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%,证明Ga2O3包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且,G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后,电荷转移阻抗(Rct)为107.7 Ω,远低于未改性材料的251.5 Ω,表明Ga2O3包覆层能提高材料的电子传输速率。
关键词: 锂离子电池, 富锂锰基正极材料, Ga2O3包覆, 电化学性能

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