空心球状共价有机框架负载金纳米粒子用于光催化生产过氧化氢

过氧化氢是一种高效的绿色氧化剂,广泛应用于纸浆漂白、外科消毒、废水处理和化学合成等领域.目前,过氧化氢的工业生产仍依赖于传统的蒽醌氧化法,该方法存在能耗高、污染大以及工艺复杂等问题.以太阳能为驱动力,水和氧气作为原料,利用半导体材料光催化生产过氧化氢被认为是一种清洁、安全、经济和节能的技术.该技术的关键是开发高效稳定的半导体光催化材料.共价有机框架(COF)是一种可用于光催化产过氧化氢的新型晶态多孔有机材料,具有结构可调控、密度低、比表面积大、热稳定性和化学稳定性高等优点,但其应用受到光生载流子快速复合的限制.将助催化剂金纳米粒子负载在COF表面,可以有效促进光生载流子的迁移与分离,从而获得较好的光催化产双氧水性能.然而,这方面的研究尚未受到较多的关注.本文采用NaBH_(4)还原法将金纳米粒子原位负载在一种空心球状COF(TB-COF)的表面,制得了不同Au含量的Au/TB-COF复合物(记为AT-x,其中x代表复合物中Au的质量百分含量),并系统研究了该材料光催化生产过氧化氢的性能.粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶转换红外光谱(FT-IR)等表征结果证明了Au/TB-COF复合物的成功制备,且发现原位负载的金纳米粒子并没有改变TB-COF的晶型、形貌和化学结构.在光催化反应中,以乙醇作为牺牲剂时,复合物AT-1的性能最佳,表现出最高的过氧化氢生成速率常数(Kf)和最低的过氧化氢分解速率常数(Kd),在可见光照射下过氧化氢生成速率达到6067μmol g^(-1)h^(-1),超过大多文献报道的COF基光催化剂性能.经4次光催化循环反应后,AT-1催化生成过氧化氢的产率略有下降,且FTIR谱、XRD谱和FESEM显示光催化反应前后AT-1的结构和形态几乎没有变化,表明其具有较好的光催化稳定性.此外,在本实验所制得的AT-x复合物中,AT-1具有最短的荧光平均寿命、最大的光电流响应和最小的阻抗,表明其具有最高的光生载流子迁移和分离能力.原位辐照X射线光电子能谱结果表明,界面电子在光照前后均从TB-COF转移到金纳米粒子,与密度泛函理论计算结果一致.电子顺磁共振和原位漫反射傅里叶变换红外光谱等实验证实了光催化过程中超氧自由基的存在,这表明AT-1光催化生产过氧化氢是连续两步单电子氧气还原的过程.实验还发现,当O_(2)被N_(2)替代时,几乎检测不到过氧化氢的产生,说明过氧化氢来源于O_(2)的还原反应.当用硝酸银和对苯醌分别作为捕获剂来消除·O_(2)^(−)和e^(−)时,光催化过氧化氢的产率显著下降,可推断·O_(2)^(−)和e^(−)是产生过氧化氢的关键物种.综上,本文详细研究了金纳米粒子作为助催化剂对COF光催化生成过氧化氢性能的促进作用,可为设计高效光催化生成过氧化氢的COF基催化剂提供参考.目前,光催化生产过氧化氢技术仍处于起步阶段,其产率仍处于mmol g^(-1)h^(-1)的水平,尚不能达到工业生产要求.开发高效的半导体催化剂是实现高效光催化生产过氧化氢的关键.未来还需要进一步提高光催化产过氧化氢的生成效率和选择性,解决O_(2)的有效吸附、可见光有效利用、光生载流子的分离与转移效率等问题,以推进光催化产过氧化氢技术的工业生产和商业应用.

Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结应用于光催化CO_(2)还原的理论计算研究

光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒。对此,研究人员作出了许多改进以提高CO_(2)还原性能。例如,发展S型异质结可以增强载流子的分离和光催化剂的氧化还原能力,引入金属单原子助催化剂可以优化反应热力学。因此,协同利用S型异质结和金属单原子修饰将能同时促进载流子的转移和CO_(2)还原反应过程。本文构建了由单原子Pt负载的g-C_(3)N_(4)和BiOCl组成的Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结模型。用密度泛函理论计算研究了其光催化性能,包括几何结构和电子性质的探索、CO_(2)转化过程的模拟。差分电荷密度结果表明g-C_(3)N_(4)中的电子转移至BiOCl,这是由于g-C_(3)N_(4)的费米能级比BiOCl的费米能级高。由此在g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结的界面处形成了由g-C_(3)N_(4)指向BiOCl的内建电场。在光照下,g-C_(3)N_(4)/BiOCl复合物中载流子的转移路径符合S型机制。具体而言,BiOCl导带的光生电子与g-C_(3)N_(4)价带的光生空穴复合,而g-C_(3)N_(4)导带的电子与BiOCl价带的空穴得以保留。在g-C_(3)N_(4)的空隙中添加Pt原子后,g-C_(3)N_(4)的功函数减小,由此增大了g-C_(3)N_(4)和BiOCl的费米能级差异。结果,有更多的电子从Pt-C_(3)N_(4)转移至BiOCl,内建电场的强度增大。这有利于Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结的电荷转移。此外,反应自由能计算结果表明,g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结上CO_(2)还原反应的限速步骤是CO_(2)氢化生成COOH,其能垒为1.13 eV。Pt原子修饰后,限速步骤变为CO氢化生成HCO,其能垒为0.71 eV。这些结果表明Pt单原子的引入能够增强界面电场、降低能垒,从而提高CO_(2)还原活性。本工作为构建金属原子修饰的S型异质结光催化剂以实现高效的CO_(2)还原提供了理论指导。

MOF/CdS梯型光催化剂同时进行苯甲醇氧化和析氢反应及其机理研究

太阳能驱动的光催化水分解制氢是一种清洁、可持续的技术,可以减少碳排放.一般来说,光催化全解水的析氧半反应过程需要消耗四个空穴,且迟缓的反应动力学会抑制整体反应,因此光催化全解水极具挑战性.在光催化制氢中通常利用空穴牺牲剂来提升产氢半反应的效率.然而,这些过程会产生无用的氧化产物,造成光生空穴氧化能力的浪费,且增加了系统成本.因此,构建一个由光催化产氢和选择性有机合成相结合的双功能氧化还原体系,可同时利用光生电子和空穴,并且产物中氢气和高附加值的有机产品容易分离,因此具有较高的可持续经济效应.利用梯型异质结将两种带隙适合且能带结构匹配的光催化剂复合在一起,可以最大程度地利用两种光催化剂的氧化还原能力,为解决上述问题提供了一条理想途径.本文采用化学浴法将CdS纳米颗粒原位生长在锆基金属有机框架UiO-66-NH_(2)(U6N)上.在光照条件下,梯型异质结催化苯甲醇选择性氧化生成苯甲醛和氢气的性能大幅度提升,UC0.75(U6N/CdS理论质量比为0.75)复合物光照3 h产氢速率为630μmol·g^(-1)h^(-1),同时苯甲醇氧化为苯甲醛的选择性达到99%.原位辐照X射线光电子能谱结果表明,UC0.75梯型异质结界面的电子转移路径,在暗态下电子由CdS转移到U6N,在光照下电子由U6N转移到CdS.利用飞秒瞬态吸收(fs-TA)光谱进一步研究了异质结的载流子迁移的动力学信息,结果表明,复合样品中基态漂白信号衰减时间减少,梯型异质结界面处电子转移效率较高.此外,通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱、电子顺磁共振和同位素实验揭示了苯甲醇的氧化机理,光照下,位于U6N的光生空穴与苯甲醇相互作用,先氧化苯甲醇上的α-C产生·CH(OH)Ph,然后进一步氧化产生苯甲醛,同时,CdS上的光生电子与水中产生的H+结合产生氢气.综上,本文通过飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)光谱来阐述梯型异质结的电子转移机制,并为金属有机框架/无机物复合光催化剂的设计提供了借鉴.

用于改进H_(2)O_(2)制备的1D/0D异质结的ZnIn_(2)S4@ZnO S型光催化剂

过氧化氢作为一种绿色氧化剂,被广泛应用于食品工业、有机合成、医疗消毒和污水处理等领域.目前,大多数用于工业生产的过氧化氢是通过蒽醌法制备.传统的蒽醌法能耗高、有机副产物多、环境污染严重,因此,利用清洁的太阳能进行半导体光催化生产过氧化氢备受关注.其中,ZnO半导体因其高稳定性、无毒性、良好的生物相容性和合适的导带位置而成为一种潜在的过氧化氢生产材料.然而,单一的ZnO在光催化生产过氧化氢中面临着许多问题,如载流子分离效率低、可见光吸收弱等,从而导致其较低的光催化性能.因此,多种策略被用于解决上述问题,如掺杂非贵金属元素、晶面调控和异质结构构建等.在这些改性策略中,异质结构建被认为是提高光催化性能最有效的方法之一,特别是S型异质结因其较好的氧化还原能力和电子转移特性而备受关注.S型异质结通常由一个氧化型光催化剂和一个还原型光催化剂组成,在两者的接触界面上形成内建电场,促使无用的载流子复合,从而保留更多具有强氧化还原能力的空穴和电子,以此提高异质结光催化性能.ZnIN_(2)S_(4)具有合适的带隙和高导带位置,可以作为还原型光催化剂与ZnO构建S型异质结,从而提高光催化活性.本文首先通过静电纺丝法制备了ZnO纳米纤维,通过化学浴沉积在ZnO纳米纤维上原位生长出ZnIN_(2)S_(4)纳米颗粒,从而合成具有S型异质结结构的ZnO/ZnIN_(2)S_(4)光催化剂.由于ZnO和ZnIN_(2)S_(4)具有相同的金属元素Zn,ZnO纳米纤维中的Zn元素为ZnIN_(2)S_(4)提供了良好的原位生长位点,从而使ZnO和ZnIN_(2)S_(4)之间形成紧密接触,有利于光生载流子的分离和转移.原位XPS结果表明,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料中的In元素和S元素的结合能在光照下降低,而O元素的结合能升高.说明在光照下,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料中ZnO失去电子,而ZnIN_(2)S_(4)得到电子,这与S型异质结的电荷转移机理一致.电子顺磁共振(EPR)结果表明ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料能产生比单独ZnO或ZnIN_(2)S_(4)更强的超氧自由基和羟基自由基,说明得益于S型异质结,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的氧化还原能力得到了提升.此外,电子顺磁共振谱和原位漫反射傅里叶变换红外光谱结果表明,基于ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的光催化双氧水合成反应是一种两步单电子氧还原过程.ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的光催化双氧水生产活性得到显著提升,可以达到928μmol g-1h^(-1),超过ZnO和ZnIN_(2)S_(4)光催化双氧水生产活性的4倍.综上所述,本文合成了低维S型ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合光催化剂,实现过氧化氢生产性能的提升,提供了一种利用相同元素设计和制备高效S型异质结光催化剂的新思路,对异质结在光催化、电催化、太阳能电池等领域的研究起到一定的借鉴作用.

氧化锌基梯型异质结光催化剂

随着工业的快速发展和化石燃料的过度开发使用,能源危机和环境污染日益严重.光催化技术在能源与环境领域具有良好的应用前景,是人类社会可持续发展的有效策略之一.传统氧化锌(ZnO)光催化剂因其无毒性、良好生物相容性和低成本而备受关注.然而,ZnO光催化性能受限于光生载流子复合严重和光生电子还原能力弱等问题.常规的改性方法,包括原子掺杂、缺陷调控、助催化剂负载等,很难兼顾载流子分离效率和氧化还原能力.相较而言,构建梯型异质结可以较好地解决上述问题.梯型异质结界面处的内建电场可以促进光生载流子的高效分离和转移,同时保留光催化体系最强的氧化还原能力,从而实现更高效的光催化反应.然而,尽管已有大量关于ZnO基梯型异质结的研究工作被陆续发表,却很少有评论性文章对该领域进行综述.因此,有必要对ZnO基梯型光催化剂的研究成果进行总结,并为这一研究方向的发展提供及时的指导.本文首先介绍了异质结的发展历程,讨论了II型异质结、传统Z型体系、全固态Z型异质结的光催化反应机理,并在此基础上指出了它们在热力学上的挑战.其次,深入分析了梯型异质结的理论基础,包括还原型半导体和氧化型半导体的选择,相互接触后的电子转移,梯型异质结中内建电场的形成,以及光激发后梯型异质结中光生载流子的分离和迁移,并诠释了梯型异质结在促进电荷载流子分离以及增强光催化体系的氧化还原能力方面的突出优势.此外,阐明了ZnO基梯型异质结的分类和设计原理.除了常见的ZnO基梯型n-n异质结,还讨论了以Zn O为还原型半导体的梯型n-p异质结以及以ZnO为氧化型半导体的梯型p-n异质结.归纳了目前ZnO基梯型异质结光催化剂的制备方法,包括水/溶剂热法、共沉淀法和静电自组装法等,剖析了这些制备方法的优缺点以及所制备的ZnO基梯型异质结的界面性质.概述了以ZnO基梯型异质结为代表的梯型异质结的表征技术,包括原位辐照X射线光电子能谱、开尔文探针力显微镜、电子顺磁共振波谱和第一性原理计算.总结了ZnO基梯型异质结近年来在不同光催化应用领域的研究进展,包括光催化环境修复、制氢、制备双氧水、二氧化碳还原、杀菌、固氮等.最后,对ZnO基梯型异质结的未来发展进行了展望,提出了其所面临的机遇与挑战,希望能为该领域带来新的启示.

基于血液样本的转录标识物在结核病诊断中的研究进展

开发便捷、快速、准确的结核病诊断技术是终止结核病的重要一环。现有检测方法存在痰液样本采集困难等问题,而基于血液样本的转录标识物的检测方法有望弥补这些缺陷。本文综述血液转录标识物在结核病诊断中的研究进展及其应用,探讨其局限性与未来发展方向。

石墨烯修饰三氧化钨/二氧化钛S型异质结增强的光催化产氢活性（英文）

太阳光驱动的光催化分解水产氢是利用太阳能解决当前能源危机和环境问题的理想策略.二氧化钛由于其稳定、环境友好和成本低等优点受到广泛研究,在光催化领域具有不可或缺的作用.然而,纯二氧化钛光催化剂具有光生电子-空穴复合率高、太阳能利用率低等缺点,使其在光催化产氢领域的应用受到限制.迄今为止,人们探索了多种改性策略来提高二氧化钛的光催化活性,如贵金属负载、金属或非金属元素掺杂、构建异质结等.通过复合两个具有合适能带排布的半导体来构建异质结可以大大提高光生载流子的分离,被认为是一种有效的解决方案.最近提出了一种新的S型异质结概念,以解释不同半导体异质界面载流子转移分离的问题.S型异质结是在传统Ⅱ型和Z型(液相Z型、全固态Z型、间接Z型、直接Z型)基础上提出的,但又扬长避短,优于传统Ⅱ型和Z型.通常,S型异质结是由功函数较小、费米能级较高的还原型半导体光催化剂和功函数较大、费米能级较低的氧化型半导体光催化剂构建而成.三氧化钨禁带宽度较小(2.4-2.8 eV),功函数较大,是典型的氧化型光催化剂,也是构建S型异质结的理想半导体光催化剂.根据S型电荷转移机制,三氧化钨/二氧化钛复合物在光辐照下,三氧化钨导带上相对无用的电子与二氧化钛价带上相对无用的空穴复合,二氧化钛导带上还原能力较强的电子和三氧化钨价带上氧化能力较强的空穴得以保留,从而在异质界面上实现了氧化还原能力较强的光生电子-空穴对的分离.同时,石墨烯作为一种蜂窝状碳原子二维材料,是理想的电子受体,在异质结光催化剂中能及时转移电子.而且,石墨烯具有较好的导热性和电子迁移率,光吸收强,比表面积大,可为光催化反应提供丰富的吸附和活性位点,已经被认为是一种重要催化剂载体和光电分解水产氢的有效共催化剂.本文采用简便的一步水热法制备石墨烯修饰的三氧化钨/二氧化钛S型异质结光催化剂.光催化产氢性能测试表明,三氧化钨/二氧化钛/石墨烯复合材料的光催化产氢速率显著提高(245.8μmol g^-1 h^-1),约为纯TiO2的3.5倍.高分辨透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱结果证明了TiO2和WO3纳米颗粒的紧密接触,并成功负载在还原氧化石墨烯(rGO)上.X射线光电子能谱中Ti 2p结合能的增加证实TiO2和WO3之间强的相互作用和S型异质结的形成.此外,复合材料中的rGO大大拓展了复合物的光吸收范围(紫外-可见漫反射光谱),增强了光热转换效应,而且rGO与TiO2之间形成肖特基结,促进了TiO2导带电子的转移和分离.总之,WO3和TiO2的S型异质结与TiO2和rGO之间的肖特基异质结的协同效应抑制了相对有用的电子和空穴的复合,有利于氧化还原能力较强的载流子的分离和进一步转移,加速了表面产氢动力学,于是增强了三元复合光催化剂的光催化产氢活性.

光降解刚果红的S型硫掺杂g-C3N4/TiO2异质结光催化剂

含有机物工业废水的处理仍然是人类实现可持续发展的重大挑战.而光催化作为一种先进的氧化环保技术,以其反应条件温和、能耗相对较低的优点在有机废水处理中受到越来越多的关注.近年来,人们设计和合成了许多不同结构和形状的光催化剂.特别是金属氧化物半导体以其适宜的能带结构、稳定的物化性质、无毒性等特点已成为光催化降解有机废水的研究热点.此外,一维纳米结构(1D)已被证实有利于光催化降解过程,其优势在于比表面积大,离子的迁移路径短,以及独特的一维电子转移轨道.尤其是TiO2纳米纤维由于其亲水性、特殊的形貌和合适的能带位置,在污染物水溶液的处理中表现出优异的光催化性能.然而,TiO2(∼3.2 eV)的宽禁带、光生载流子的易复合等缺陷导致其光利用率较低,限制了其实际应用.因此,人们提出了许多提高光催化活性的策略,如掺杂金属或非金属元素、负载贵金属、构建异质结等.构建梯形(S型)异质结已被证实是提高复合材料光催化活性的一种有前途的策略.S型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且还原能力低的半导体CB上的电子和氧化能力低的半导体VB上的空穴复合,而氧化还原能力较强的空穴和电子分别被保留.因此,这一电子转移过程赋予了复合物最大的氧化还原能力.同时,在g-C3N4中引入硫元素可以拓宽其光吸收范围,从而产生更多的光生载流子.此外,额外的表面杂质将有助于e−-h+对的分离,其光催化活性明显高于单纯的g-C3N4.综合一维纳米结构、硫掺杂和S型异质结的优势,本文采用静电纺丝和煅烧法制备了一系列硫掺杂的g-C3N4(SCN)/TiO2 S型光催化剂.制备的SCN/TiO2复合材料在光催化降解刚果红(CR)水溶液中表现出比纯TiO2和SCN更优越的光催化性能.光催化活性的显著增强是由于一维分布的纳米结构和S型异质结.此外,XPS分析和DFT计算表明,电子从SCN通过SCN/TiO2复合材料的界面转移到TiO2.在模拟太阳光照射下,界面内建电场、带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物相对无用的电子和空穴的复合.因此,剩余的电子和空穴具有较高的还原性和氧化性,使复合材料具有最高的氧化还原能力.这些结果通过自由基捕获实验、ESR实验和XPS原位分析得到了充分的验证,说明光催化剂中的电子迁移遵循S型异质结机理.本文不仅可以丰富了新型S型异质结光催化剂的设计和制备方面的知识,并为未来解决环境污染问题提供一个有前景的策略.

碳铂双助催化剂增强CdS空心球光催化产氢性能

利用半导体光催化分解水产氢是将太阳能转换为化学能最有前景的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,硫化镉(CdS)不仅具有可见光响应的带隙值(约2.4 eV),而且其导带底和价带顶的能级横跨于水的氧化还原电势两端,能够在可见光照射下分解水产氢,这使得CdS成为一种热门的光催化剂而被广泛研究.然而,单一CdS由于光生电子−空穴对复合速率快、光腐蚀严重等缺点,其光催化产氢活性并不高.为了克服这些缺点,人们探索了多种改性策略,如形貌和结构调控、构建异质结以及负载助催化剂等.负载助催化剂由于可以增强光吸收、促进光生电荷分离以及提供更多活性位点,被认为是一种有效的改性策略.然而,目前大部分的助催化剂都是金属材料,不仅价格昂贵,而且容易对环境造成污染破坏.碳材料因为具有经济环保、导电性能优异、化学稳定性好、光吸收能力和光热效应强等优点,成为一种有望实现太阳能高效综合利用的非金属助催化剂.其中,空心碳球还具有质量轻、比表面积大以及光利用率高等独特优势,吸引了广大科研工作者的注意.本文选取多孔碳空心纳米球(C-HS)作为模板,通过简单的水热法制备了carbon@CdS空心球(C@CdS-HS)复合光催化剂,并将其用于光催化分解水产氢.作为对照,在相同的条件下制备了单一的CdS空心球(CdS-HS).在模拟太阳光照射下并沉积1.0 wt%Pt后,C@CdS-HS/Pt的光催化产氢速率高达20.9 mmol h^(−1)g^(−1)(420 nm处的表观量子效率为15.3%),分别是CdS-HS、C@CdS-HS和CdS-HS/Pt的69.7、13.9和3.9倍.通过一系列表征手段,揭示了光生电荷的传输路径,并提出了C@CdS-HS/Pt光催化活性增强的机理,多孔C-HS的引入提高了复合光催化剂的比表面积,增加了反应活性位点;导电性良好的C-HS可以起到贮存和传导光生电子的作用,从而提高光生载流子的分离和传输效率;CdS纳米颗粒原位生长在C-HS表面形成紧密接触的界面,有利于光生电荷在界面间的传输;C-HS吸收红外光产生很强的光热效应,可以使复合光催化剂的表面温度显著升高,在动力学上提高催化剂的产氢速率;C-HS和Pt作为双助催化剂具有明显的协同效应,可以显著提高CdS的光催化产氢活性.

锌镉硫量子点增强的光催化产氢活性

光催化分解水产氢是利用太阳能解决当今能源危机和环境污染问题的理想策略.硫化镉光催化剂由于具有较窄的带隙、有效的光吸收能力、较负的导带位置和较强的还原能力等而受到广泛关注.然而,硫化镉光催化剂的光生电子-空穴复合速率高,导致其光催化活性比较低,因此在光催化领域的应用受到限制.为此,人们采取了很多方法来改善硫化镉光催化剂的光催化性能,例如加入助催化剂、构建异质结、表面修饰以及形成固溶体光催化剂等.合成固溶体光催化剂被认为是提高硫化镉光催化活性最具有发展前景的方法之一,固溶体光催化剂通过形成轨道杂化而表现出可控的带隙和带边位置.在固溶体光催化剂中,锌镉硫胶体量子点引起了很多关注.锌镉硫胶体量子点的颗粒尺寸较小,这就使得光生电子和空穴由催化剂内部转移到表面的距离较短,增大了载流子分离效率.另外,锌镉硫胶体量子点具有较负的导带位置、可调控的带隙、较好的水中分散性以及良好的光吸收等优点,因此锌镉硫胶体量子点从其他光催化剂中脱颖而出.本文分别采用热注法和传统共沉淀法制备了油溶性锌镉硫量子点和水溶性锌镉硫纳米颗粒.发现油溶性量子点亲水性能较差,几乎没有光催化活性,但油溶性量子点易通过配体交换过程转换成水溶性量子点,无机硫作为锌镉硫量子点的表面水溶性配体,可使量子点具有较好的亲水性.通过电化学测试、稳态荧光以及时间分辨荧光测试结果表明,相比于锌镉硫纳米颗粒,水溶性锌镉硫量子点具有更高的电子空穴分离效率.光催化产氢测试发现,在牺牲剂甘油存在的条件下,水溶性锌镉硫量子点的光催化产氢速率(1220μmol g^−1 h^−1)显著提高,约是锌镉硫纳米颗粒产氢速率的10倍.加入助催化剂Ni^2+后,锌镉硫量子点表现出最高的光催化产氢活性(2253μmol g^−1 h^−1),在420 nm灯的光照条件下,表观量子效率达到15.9%.光催化活性的增大主要归因于量子点较小的颗粒尺寸、表面无机硫配体以及助催化剂的添加,这些都有利于载流子的快速分离和转移,降低其复合,延长其寿命,并且加速了产氢动力学,因此提高了水溶性锌镉硫量子点的光催化产氢活性.

二氧化钛基Z型光催化剂综述(英文)

TiO_2具有无毒、耐腐蚀、高稳定和低成本等特点,已被广泛应用于光催化领域.然而,TiO_2的禁带较宽,只能吸收仅占太阳光4%的紫外光部分,从而严重限制了TiO_2光催化材料对太阳光的有效应用.目前很多方法被用来提高TiO_2光催化效率,如金属/非金属掺杂、贵金属负载、异质结构建和与碳材料复合等,这些策略在提高光催化剂的光催化效率中,涉及到如何兼顾太阳光利用和光生空穴和电子氧化还原能力两者之间的平衡.通常,半导体禁带宽度越窄,半导体的光谱响应范围越宽、太阳光利用越多,但光生空穴和电子氧化还原能力越弱.因此,想要提高TiO_2的光催化性能,应考虑以下两个方面的平衡:即降低带隙宽度,拓展半导体的光谱响应范围;与之同时使价带电位更正,导带电位更负之间的平衡.然而,这两个点是相互矛盾的,因此很难在单组分光催化剂中同时实现这两点.然而,Z型光催化剂可以同时满足这两点要求,即:降低半导体的带隙,同时使导带更负,价带更正,因为Z光催化系统利用了两种半导体的优势,其电荷转移机制类似于自然界中绿色植物的光合作用,其中的载流子传输途径包括两步激发,类似于英文字母"Z",Z型光催化剂因此而得名.Z型光催化剂既能保留较高还原能力的光生电子和又能保留较高氧化能力的光生空穴,由于Z型光催化剂特有的优点,在光催化领域的应用越来越广泛.本文综述了TiO_2基Z型光催化剂的最新研究进展,其中包括:Z型光催化机理、应用范围和光催化活性改进方法.Z型光催化剂分为传统液相Z型光催化体系,全固态Z型光催化体系,以及最近几年发展起来的直接Z型光催化体系.它们的主要应用包括:光催化分解水产氢、二氧化碳还原制备太阳燃料、有机污染物光催化降解.论文进一步讨论了提高TiO_2基Z型光催化剂性能的方法,包括pH值调控、电子导体选择、助催化剂使用、掺杂改性、组织形貌控制、两种半导体质量比优化等.最后,提出了TiO_2基Z型光催化剂今后面临的挑战和发展前景展望.

梯型2D/2D Bi_(2)M_(o)O_(6)/BiOI范德华异质结的制备及CO_(2)光还原性能

利用太阳能将CO_(2)还原为具有高能量附加值的含碳气相或液相燃料为解决能源枯竭和气候异常等问题提供一个有前景的方案.然而,由于CO_(2)光还原过程是上坡反应且具有高的反应能垒,目前光催化CO_(2)还原的转化效率仍然很低.为实现高效率CO_(2)光还原,半导体光催化剂需要有宽的光吸收范围、强的氧化还原能力和丰富的活性位点.但同时满足上述条件的光催化剂有限.在半导体中,BiOI具有1.8 eV的窄带隙,可以响应波长大于600 nm的可见光且具有很强的还原能力,因此广泛应用于CO_(2)光还原、全水分解和重金属离子还原等领域.此外,BiOI是一种典型的二维材料,交替的[Bi_(2)O_(2)]^(2+)和I-离子层会导致不同层间产生固有极化和内建电场(IEF).因此,BiOI可以凭借内在的IEF有效地实现电荷分离.然而,CO_(2)光还原还需要质子参与,而质子通常来自水氧化.但BiOI价带的氧化能力不足,影响CO_(2)光还原效率的提升.另一方面,Bi_(2)MoO_(6)也是二维结构,并显示出强氧化能力,在光降解、细菌灭活、分子氧活化、水氧化和水分解等领域被广泛研究.此外,Bi_(2)MoO_(6)具有[Bi_(2)O_(2)]^(2+)和MoO_(4)2-离子层交替的结构,同样可以产生强自发极化和固有IEF.同时,这种二维层状结构有利于形成片状的形貌,这有利于与其他二维材料构建大接触面积的异质结,从而实现电荷的快速输运,并使表面CO_(2)还原反应活性位点增多.本文通过水热法在少层Bi_(2)MoO_(6)纳米片上原位生长BiOI纳米片,设计制备了梯型二维/二维(2D/2D)Bi_(2)MoO_(6)/BiOI范德华异质结复合材料,并用于改进CO_(2)光还原性能.通过功函数、差分电荷密度和X射线光电子能谱证实了Bi_(2)MoO_(6)/BiOI异质结是范德华异质结,且Bi_(2)MoO_(6)和BiOI之间存在梯型的电荷转移机制.通过电子顺磁共振光谱进一步研究了Bi_(2)MoO_(6)/BiOI复合材料的氧化还原能力,结果发现,梯型异质结可以有效保留单一组分强的氧化或还原能力.此外,通过电化学测试以及稳态和时间分辨光致发光光谱研究了电荷分离效率,结果表明,梯型2D/2D Bi_(2)MoO_(6)/BiOI范德华异质结可以加速光生电荷转移.利用原位漫反射红外傅里叶变换光谱揭示了CO_(2)光还原过程中的中间体,并通过理论计算研究了中间体的吸附自由能的变化,确定了CO_(2)光还原的决速步骤和反应势垒.梯型2D/2D Bi_(2)MoO_(6)/BiOI范德华异质结复合材料表现出增强的CO_(2)光还原性能.这种2D/2D复合形成的大接触面积的异质结可作为电荷转移通道并促进电荷的快速分离.另外,Bi_(2)MoO_(6)的引入也将BiOI表面上CO_(2)光还原的能垒降低了0.35 eV,从而促进了CO_(2)还原过程.此外,梯型2D/2D Bi_(2)MoO_(6)/BiOI范德华异质结复合材料的强氧化还原能力也为CO_(2)光还原提供了强的驱动力.综上,本文为新型梯型2D/2D范德华异质结在增强CO_(2)光还原活性上的应用提供了参考.

反蛋白石结构ZnO@PDA用于增强光催化产H_(2)O_(2)性能

利用太阳能驱动生产高能量密度的H_(2)O_(2)太阳能燃料引起了广泛关注,但目前光催化剂缓慢的动力学限制了其实际应用。本文制备-种聚多巴胺(PDA)改性的反蛋白石结构ZnO(ZnO@PDA)光催化剂,用于可持续性的光催化产H_(2)O_(2)。由于电子的转移,因此当PDA与ZnO接触后,会在界面处形成一个从PDA指向ZnO的内建电场。在内建电场和能带弯曲的驱动下,ZnO导带中的光生电子与PDA最高占据分子轨道(HOMO)中的空穴复合,符合梯型异质结的电荷转移和分离途径。这种独特的梯型异质结确保了有效的电子或空穴的分离并且留存下具有强氧化还原能力的光生载流子。此外,与纯ZnO相比,反蛋白石结构的Zn0@PDA具有更强的光吸收能力。实验表明,归因于光吸收能力的提高,光生载流子的有效分离和强氧化还原能力,负载0.03%(原子分数)PDA的ZnO样品具有最佳的产H_(2)O_(2)性能(1011.4 μmol·L^(-1)·h^(-1)),分别是纯ZnO和PDA的4.4和8.9倍。

原位制备氧化钛/氮掺杂石墨烯空心球光催化剂及其光催化CO_(2)还原性能研究

利用光催化技术将二氧化碳转化为化学燃料是缓解温室效应以及能源危机的理想途径之一.因此,开发高效的光催化剂是当务之急.氧化钛由于具有优异的物理化学稳定性、成本低廉、无毒性以及环境友好等优点,近年来被广泛关注.此外,空心球结构光催化剂具有短的载流子扩散距离、良好的光散射性以及较大的比表面积等优点,从而成为光催化二氧化碳还原最有潜力的候选材料.但纯的氧化钛空心球由于较快的光生载流子复合速率从而导致低的光催化效率.因此,为了应对这一挑战,我们尝试在氧化钛空心球表面负载助催化剂用以促进光生载流子的分离,从而提高光催化二氧化碳还原转换效率.在各种助催化剂中,贵金属被证明是有效的.然而,高成本以及稀缺性限制了贵金属的广泛应用.因此,有必要设计成本低廉的助催化剂替代品.石墨烯以其优异的导电性、较大的功函数以及来源丰富而备受关注.当石墨烯与n型半导体光催化剂结合在一起时,能够显著促进光生电子从半导体光催化剂向石墨烯的定向迁移,从而有效地抑制光生电子与空穴的复合.当石墨烯中掺杂氮元素时,石墨烯骨架中的电子密度会进一步提高,同时,氮原子中的孤对电子更加有利于石墨烯骨架中的电子传输.此外,氮掺杂石墨烯中不同的氮位点(吡碇氮、吡咯氮和石墨氮)作为路易斯碱位点,能够用以二氧化碳分子的吸附以及活化.然而,迄今为止,最常用的制备半导体/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂的方法是在氮掺杂石墨烯表面生长半导体光催化剂.所制备的光催化剂与氮掺杂石墨烯之间界面接触有限,不利于光生载流子的快速传递与分离.此外,助催化剂和光催化剂之间建立高质量的界面接触可以有效地抑制光生电子与空穴的复合.因此,有必要绕开传统制备方法的弊端,从而设计与光催化剂之间具有大的接触面积和紧密的界面接触以及具有丰富活性位点的高质量氮掺杂石墨烯助催化剂.本文提出了一种新的策略,以吡啶分为氮掺杂石墨烯的前驱体,通过化学气相沉积方法在氧化钛空心球表面原位生长超薄氮掺杂石墨烯层(1〜2层).此外,在高温状态下,吡啶分子脱氢生成具有优异扩散性质的脱氢吡唳自由基气相分子.随着反应的进行,氧化钛表面的每个纳米颗粒基元表面都能够与吡碇分子充分接触,从而保障两者之间大面积以及紧密的界面接触.光催化二氧化碳还原性能测试结果表明,优化后的氧化钛/氮掺杂石墨烯空心球纳米复合材料的二氧化碳光催化总转化率(一氧化碳、甲醇和甲烷的总产率)为18.11μmolg^(-1)h^(-1),是空白氧化钛空心球的4.6倍和商业P25的10.7倍.高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及拉曼光谱结果表明,成功构建了氧化钛与氮掺杂石墨烯之间紧密接触的界面.同时,氮掺杂石墨烯的引入能够显著增强复合光催化剂的表面光热效应以及氧化钛与氮掺杂石墨烯界面肖特基势垒的形成均有助于促进光催化二氧化碳还原反应的进行.因此,本文为石墨烯基光助催化剂的原位构建提供了一种行之有效的策略.

理论计算研究二维/二维BP/g-C_(3)N_(4)异质结的光催化CO_(2)还原性能

光催化二氧化碳还原成烃类化合物是解决能源短缺和环境污染的重要途径。而构建复合物光催化剂可以有效地解决单一光催化剂的缺点,并且提高二氧化碳还原活性。尽管对复合物光催化剂已经做了很多研究,然而对其活性增强的内在机制还缺乏理论认识。本文采用密度泛函理论计算方法研究了二维/二维BP/g-C_(3)N_(4)复合模型的电子性质和CO_(2)还原反应过程。通过对能带位置和界面电子相互作用的综合分析发现,在BP/g-C_(3)N_(4)异质结中,光生载流子的迁移遵循S型异质结光催化机制。与单一的g-C_(3)N_(4)相比,这种异质结可以实现光生载流子的高效分离并且拥有良好的氧化还原能力。此外,通过对比研究CO_(2)在g-C_(3)N_(4)和BP/g-C_(3)N_(4)还原反应过程发现,异质结使CO_(2)还原反应的最大能垒从1.48 e V降低到1.22e V。因此,BP/g-C_(3)N_(4)异质结在理论上被证明是一种优良的CO_(2)还原光催化剂。这项工作有助于了解BP改性对g-C_(3)N_(4)光催化活性的影响,也为其他高性能CO_(2)还原光催化剂的设计提供理论依据。

CdS/Pt异质结光催化剂光解水的电子转移动力学

为缓解能源危机和环境污染,开发和利用高热值和零污染的氢气至关重要.近年来,半导体光催化分解水制氢技术在科研领域受到广泛关注.CdS是一种常用的光解水催化剂,但单一CdS光催化剂的光生电子和空穴易复合,并且该复合过程发生在皮秒到纳秒级.大部分光生电子无法迁移到光催化剂表面参与析氢反应,导致其产氢效率低.贵金属助催化剂在提高CdS光催化分解水性能方面展现出巨大的潜力,然而贵金属修饰的CdS在实际析氢过程中的电子动力学机制尚不清楚.此外,光生载流子转移过程一般发生在飞秒和皮秒尺度,很难通过普通的光学表征来探测这一动力学过程.因此,深入研究光生载流子的转移动力学过程对揭示CdS基复合光催化材料析氢性能增强的动力学机制具有重要意义.本文利用Pt纳米颗粒修饰的CdS纳米棒来研究CdS/Pt异质结中的超快电子转移动力学过程.首先通过水热法合成CdS纳米棒,再利用原位光还原的方法将Pt纳米颗粒沉积到CdS纳米棒表面.在合成CdS/Pt过程中,PtCl_(6)^(2–)通过库仑作用吸附到CdS纳米棒表面带正电的缺陷位点,并利用CdS纳米棒产生的光生电子将PtCl_(6)^(2–)还原成Pt纳米颗粒,从而得到CdS/Pt肖特基异质结光催化剂.借助飞秒瞬态吸收光谱技术探究CdS和CdS/Pt在乙腈和纯水中的电子转移动力学过程.对于单一组分的CdS,主要有三种激子猝灭途径,包括电子的浅缺陷态俘获(~6.8 ps)、电子和被俘获的空穴的复合(~58.2 ps),以及导带底电子和价带顶空穴的荧光辐射复合(~2611.9 ps).原位沉积的Pt纳米颗粒可钝化CdS表面的缺陷,并且光生电子的浅缺陷态俘获过程得到显著的抑制.此外,Pt助催化剂的引入在CdS/Pt界面构建了超快电子传输通道.对于分散在乙腈中的CdS/Pt,界面电子转移的时间和速率为~5.5 ps和~3.5×10^(10) s^(−1).在模拟光解水过程中,CdS/Pt界面的电子转移时间减少到~5.1 ps,并且其电子转移速率增大到~4.9×10^(10) s^(−1),证实了Pt纳米颗粒是光催化产氢反应的活性位点.综上,本文从电子动力学角度揭示了Pt助催化剂提高CdS光解水性能的机理,为设计新型高效的CdS基光催化剂提供了指导和新思路.

焙烧温度对氧化锌纳米棒光催化生产H_(2)O_(2)活性的影响

过氧化氢作为一种对环境友好的、重要的化学原料,被广泛用于化学工业、漂白剂和废水处理等领域.近几十年来,过氧化氢主要通过蒽醌工艺生产.然而,该方法需要多步蒽醌加氢和氧化反应,导致较高的生产成本和能量消耗,同时伴随着大量的二氧化碳排放.另一种替代策略是在贵金属催化剂的辅助下,由氢气和氧气的混合气体在高温下直接合成.但是,氢气和氧气的混合气体在高温下存在爆炸的危险,从而限制了其大规模应用.因此,探索一种低能耗、温和条件下生产过氧化氢具有重要的意义.太阳能驱动光催化生产过氧化氢是解决上述问题的理想途径.通常认为,过氧化氢是由直接双电子还原(E(O2/H2O2)=0.68 V vs.NHE)或间接单电子O2还原(E(O2/•O2−)=-0.33 V vs.NHE)产生的.氧化锌半导体具有很的稳定性好、环保和成本低等优点,因此经常被用于二氧化碳的光催化还原、污水处理和气体传感器等领域.氧化锌的导带电势(ECB=-0.5 V vs.NHE)比氧还原电势更负,意味着它在热力学上满足光催化过氧化氢生产的要求.然而,目前关于氧化锌的光催化生产过氧化氢的研究尚未受到较多的关注.本文采用简单的水热法制备了一维氧化锌纳米棒,在不同温度下热处理后,对其形貌和结构、光学性质和电化学性质进行了表征.同时,系统地研究了以乙醇为牺牲剂光催化生产过氧化氢的性能.结果表明,随着焙烧温度的升高,氧化锌纳米棒内部的氧空位被空气中的氧气重新填充,其催化生成过氧化氢的活性先升高后降低.经300ºC焙烧的氧化锌光催化产过氧化氢的活性最好,为285μmol L-1 h-1.同时,对过氧化氢的生成机理研究结果表明,该过程中为间接单电子O2还原过程.氧气先与一个电子反应生成超氧自由基,再与两个质子和一个电子反应生成过氧化氢分子.综上,本文为氧化锌纳米棒光催化产过氧化氢的机理研究提供了新认识,并提出了一种有前途的过氧化氢生产策略.

Prognostic Value of Neutrophil to Lymphocyte Ratio for In-hospital Mortality in Elderly Patients with Acute Myocardial Infarction

Coronary artery disease （CAD） is a multifactorial disease in which inflammation plays a central role. This study aimed to investigate the association of inflammatory markers such as the neutrophil to lymphocyte ratio （NLR）, the Global Registry of Acute Coronary Events （GRACE） score with in-hospital mortality of elderly patients with acute myocardial infarction （AMI） in an attempt to explore the prognostic value of these indices for elderly AMI patients. One thousand consecutive CAD patients were divided into two groups based on age 60. The laboratory and clinical characteristics were assessed retrospectively by reviewing the medical records. The NLR and GRACE score were calculated. In the elderly （〉60 years）, patients with non-ST-elevation myocardial infarction （NSTEMI） and ST-elevation myocardial infarction （STEMI） had significantly higher NLR than did those with unstable angina （UA） and stable angina pectoris （SAP） （P〈0.01）. The NLR was considerably elevated in older AMI patients compared with their younger counterparts （〈60 years） （P〈0.05）. In elderly AMI patients, the NLR was considerably higher in the high-risk group than in both the low-risk and mediumrisk groups based on the GRACE score （P〈0.05 and P〈0.01, respectively）, and the NLR was positively correlated with the GRACE score （r=0.322, P〈0.001）. Either the NLR level or the GRACE score was significantly higher in the death group than in the surviving group （P〈0.05）. By curve receiver operator characteristic curve （ROC） analysis, the optimal cut-off levels of 9.41 for NLR and 174 for GRACE score predicted in-hospital death [ROC area under the curve （AUC） 0.771 and 0.787, respectively, P〈0.001]. It was concluded that an elevated NLR is a potential predictor of in-hospital mortality in elderly patients with AMI.

水分子在均三嗪基g-C3N4上的吸附

气体分子与光催化剂之间的相互作用对于光催化反应的触发非常重要.对于TiO2,ZnO和WO3等传统金属氧化物光催化剂上的水分解反应而言,已有许多报道研究了水分子在它们表面的吸附行为.结果表明,水分子与催化剂表面的原子形成了O-H…O氢键.石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光响应且化学性质稳定的光催化剂,对其进行修饰以增强其分解水产氢性能的研究非常多.本文通过密度泛函理论计算,全面研究了水分子在均三嗪(s-triazine)基g-C3N4上的吸附情况.首先构建了一系列初始吸附模型,考察了各种吸附位和水分子的朝向.通过比较分析计算得到的吸附能,确定了一种最优的吸附构型,即水分子以竖直的朝向吸附于褶皱的单层g-C3N4表面.水分子中的一个极性O-H键与g-C3N4中一个二配位富电子的氮原子结合形成了分子间的O-H…N氢键.其中,H原子与N原子的间距为1.92Å,O-H键的键长由0.976Å增至0.994Å.进一步通过计算Mulliken电荷,态密度和静电势曲线分析了该吸附体系的电子性质.结果发现在分子间氢键的桥接作用下,g-C3N4上的电子转移至水分子,由此导致g-C3N4的费米能级降低,功函数由4.21 eV增至5.30 eV.在该吸附模型的基础上,考查了不同的吸附距离.当水分子与g-C3N4的间距设为1至4Å时,几何优化后总是能得到相同的吸附构型,吸附能和氢键长度也十分相近.随后,通过改变吸附基底g-C3N4的大小和形状,验证了这种吸附构型具有很强的重复性.将2´2单层g-C3N4吸附基底替换为2´2多层g-C3N4(2至5层),3´3和4´4单层g-C3N4,以及具有不同管径的单壁g-C3N4纳米管后,水分子的吸附能随着体系原子数的增多而增大,但吸附模型的几何结构和电子性质基本不变,包括O-H…N氢键的形成和键长,以及电子转移和增大的功函数.另外还研究了非金属元素(P,O,S,Se,F,Cl和Br)掺杂对吸附能的影响.构建模型时,杂质原子以取代二配位氮原子的方式进行掺杂,水分子放置于杂质原子上方.结果显示,引入杂质原子后水分子的吸附能增大,在理论上从吸附的角度解释了元素掺杂增强g-C3N4分解水活性.总之,本文揭示了一种在分子间氢键的作用下,具有高取向性的水分子吸附的g-C3N4构型,这有助于g-C3N4基光催化剂上水分解过程的理解和优化设计.

Pentraxin 3 （PTX3） promoter methylation associated with PTX3 plasma levels and neutrophil to lymphocyte ratio in coronary artery disease

BackgroundPentraxin 3 (PTX3 ) 在煽动性的条件下面在心被表示并且在 atherogenesis 起一个重要作用。有增加的 PTX3 层次的病人可以受不了心脏的事件的更高的率。由倡导者 methylation 的特定的基因的规定在 atherogenesis 是重要的。影响在 epigenetics 之间的 PTX3 层次和 PTX3 层次的因素一直不是 investigated.MethodsBlood 样品从进入心病学的部门的 64 个病人被收集， 35 有冠的动脉疾病(CAD ) ，并且 29 是没有 CAD 的。PTX3 的血浆层次被 ELISA 测量。PTX3 倡导者 methylation 经由甲基特定的 PCR 被评估。冠的动脉损害的严厉被 PTX3 倡导者 methylation 的 angiography.ResultsThe 水平在 CAD 组评估是 62.69%&#x000b1；20.57% ，显著地比没有 CAD 的组的降低，它是 72.45%&#x000b1；11.84%(P = 0.03 ) 。在 CAD 组的更低的 PTX3 倡导者 methylation 层次与更高的血浆 PTX3 集中被联系(r =&#x02212； 0.29， P = 0.02 ) 。而且，更低的 PTX3 倡导者 methylation 层次与被联系对在人的淋巴细胞比率(NLR ) 更高嗜中性(r =&#x02212； 0.58， P = 0.002 ) 学习提供的在场的 .ConclusionsThe PTX3 倡导者的 methylation 在冠的动脉疾病与 PTX3 血浆层次和 NLR 被联系的新证据。这研究也证明由长期的发炎的 epigenetics 的那修正可能是在影响血浆 PTX3 集中的动脉粥样硬化患者过程的重要分子的机制。