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Dual metal atom catalysts:Advantages in electrocatalytic reactions 被引量:1
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作者 Kaihua Liu Jing Li +2 位作者 Yuanyuan Liu Meiri Wang Hongtao Cui 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期515-534,共20页
The dual-metal-atom catalysts(DACs)have aroused much attention as they possess the advantages of single-atom and metal alloy catalysts.And the DACs have exhibited enhanced performance in various electrocatalytic react... The dual-metal-atom catalysts(DACs)have aroused much attention as they possess the advantages of single-atom and metal alloy catalysts.And the DACs have exhibited enhanced performance in various electrocatalytic reactions,such as hydrogen/oxygen evolution and oxygen/carbon dioxide/nitrogen reduction.In this review,we mainly overview the latest understanding of the advantages of DACs for these reactions.This review will start with the familiar characterization methods for DACs,then the primary synthesis strategies for DACs will be discussed.Emphasis is given to the advantages of DACs in catalytic reactions,including the adsorption and activation,electronic structure regulation,breaking scaling relations,reducing energy barriers,cascading and coupling,synergy effect,and providing mechanism research platforms.Finally,personal perspectives and challenges for the further development of DACs are briefly discussed. 展开更多
关键词 dual atom catalysts Synergy effect Scaling relation Mechanism study platform
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Dual atomic catalysts from COF-derived carbon for CO_(2)RR by suppressing HER through synergistic effects 被引量:1
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作者 Minghao Liu Sijia Liu +7 位作者 Qing Xu Qiyang Miao Shuai Yang Svenja Hanson George Zheng Chen Jun He Zheng Jiang Gaofeng Zeng 《Carbon Energy》 SCIE CSCD 2023年第6期92-103,共12页
The electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CO_(2)RR)for highvalue-added products is a promising strategy to tackle excessive CO_(2) emissions.However,the activity of and selectivity for catalysts for CO_(2)... The electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CO_(2)RR)for highvalue-added products is a promising strategy to tackle excessive CO_(2) emissions.However,the activity of and selectivity for catalysts for CO_(2)RR still need to be improved because of the competing reaction(hydrogen evolution reaction).In this study,for the first time,we have demonstrated dual atomic catalytic sites for CO_(2)RR from a core-shell hybrid of the covalent-organic framework and the metal-organic framework.Due to abundant dual atomic sites(with CoN_(4)O and ZnN_(4) of 2.47 and 11.05 wt.%,respectively)on hollow carbon,the catalyst promoted catalysis of CO_(2)RR,with the highest Faradic efficiency for CO of 92.6%at-0.8 V and a turnover frequency value of 1370.24 h^(-1) at-1.0 V.More importantly,the activity and selectivity of the catalyst were well retained for 30 h.The theoretical calculation further revealed that CoN_(4)O was the main site for CO_(2)RR,and the activity of and selectivity for Zn sites were also improved because of the synergetic roles. 展开更多
关键词 carbon dioxide reduction reaction covalent-organic frameworks dual atomic catalysts metal-organic frameworks single-atom catalysts
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Particle/metal-based monolithic catalysts dual-bed reactor with beds-interspace supplementary oxygen:Construction and performance for oxidative coupling of methane 被引量:3
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作者 Wenhua Wang Zhao Zhang Shengfu Ji 《Journal of Natural Gas Chemistry》 EI CAS CSCD 2012年第4期400-406,共7页
A novel particle/metal-based monolithic catalysts dual-bed reactor with beds-interspace supplementary oxygen is constructed comprising of the upper-layer 5 wt%Na2WO4-2 wt%Mn/SiO2 particle catalyst and the under-layer ... A novel particle/metal-based monolithic catalysts dual-bed reactor with beds-interspace supplementary oxygen is constructed comprising of the upper-layer 5 wt%Na2WO4-2 wt%Mn/SiO2 particle catalyst and the under-layer 3 wt%Ce-5 wt%Na2WO4-2 wt%Mn/SBA-15/Al2O3/FeCrA1 metal-based monolithic catalyst as well as a side tube in the interspaces of two layers for supplementing 02. The reaction performance of oxidative coupling of methane (OCM) in the dual-bed reactor system is evaluated. The effects of the reaction parameters such as feed CH4/O2 ratio, reaction temperature and side tube feed 02 flowrate on the catalytic performance are investigated. The results indicate that the suggested mode of dual-bed reactor exhibits an excellent performance for OCM. CH4 conversion of 33.2%, C2H4 selectivity of 46.5% and C2 yield of 22.5% could be obtained, which have been increased by 6.4%, 4.1% and 5.5%, respectively, as compared with 5 wt%Na2WO4-2 wt%Mn/SiO2 particle catalyst in a single-bed reactor and increased by 10.7%, 31.9% and 17.7%, respectively, as compared with 3 wt%Ce-5 wt%Na2WO4-2 wt%Mn/SBA-15/Al2O3/FeCrA1 metal-based monolithic catalyst in a single-bed reactor. The effective promotion of OCM performance in the reactor would supply a valuable reference for the industrialization of OCM process. 展开更多
关键词 OCM dual-bed reactor particle catalyst monolithic catalyst CONSTRUCTION
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Oxidative coupling of methane in a dual-bed reactor comprising of particle/cordierite monolithic catalysts 被引量:2
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作者 Deng Pan Shengfu Ji Wenhua Wang Chengyue Li 《Journal of Natural Gas Chemistry》 EI CAS CSCD 2010年第6期600-604,共5页
A dual-bed reactor was constructed comprising of a 5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 particle catalyst and a 4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 /cordierite monolithic catalyst.The reaction performance of the oxidative coupling of methane (OCM... A dual-bed reactor was constructed comprising of a 5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 particle catalyst and a 4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 /cordierite monolithic catalyst.The reaction performance of the oxidative coupling of methane (OCM) over the dual-bed reactor system was evaluated.The effects of the bed height and operation mode,as well as the reaction parameters such as reaction temperature,CH4/O2 ratio and flowrate of feed gas,on the catalytic performance were investigated.The results indicated that the suggested dual-bed reactor exhibited a good performance for the OCM reaction when the feed gases firstly passed through the particle catalyst bed and then to the monolithic catalyst bed.A CH4 conversion of 38.2% and a C2H4 selectivity of 43.3% could be obtained using the dual-bed reactor with a particle catalyst bed height of 10 mm and a monolithic catalyst bed height of 50 mm.Both the CH4 conversion and C2H4 selectivity have increased by 2.5% and 12.8%,respectively,as compared with the 5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 particle catalyst in a conventional single-bed reactor and by 12.9% and 23.0%,respectively,as compared with the 4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2 /cordierite monolithic catalyst in a single-bed reactor.The catalytic performance of the OCM in the dual-bed reactor system has been improved remarkably. 展开更多
关键词 oxidative coupling of methane dual-bed reactor monolithic catalysts
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Bimetallic ZIFs-derived electrospun carbon nanofiber membrane as bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable zinc-air battery 被引量:2
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作者 Yanan Ma Shaoru Tang +5 位作者 Haimeng Wang Yuxuan Liang Dingyu Zhang Xiaoyang Xu Qian Wang Wei Li 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期138-149,I0006,共13页
The recharged zinc-air battery(ZAB) has drawn significant attention owing to increasing requirement for energy conversion and storage devices.Fabricating the efficient bifunctional oxygen catalyst using a convenient s... The recharged zinc-air battery(ZAB) has drawn significant attention owing to increasing requirement for energy conversion and storage devices.Fabricating the efficient bifunctional oxygen catalyst using a convenient strategy is vitally important for the rechargeable ZAB.In this study,the bimetallic ZIFs-containing electrospun(ES) carbon nanofibers membrane with hierarchically porous structure was prepared by coaxial electrospinning and carbonization process,which was expected to be a bifunctional electrocatalyst for ZABs.Owing to the formed dual single-atomic sites of Co-N_(4) and Zn-N_(4),the obtained ES-Co/ZnCNZIFexhibited the preferable performance toward oxygen reduction reaction(ORR) with E1/2of 0.857 V and JLof 5.52 mA cm^(-2),which were more than Pt/C.Meanwhile,it exhibited a marked oxygen evolution reaction(OER) property with overpotential of 462 mV due to the agglomerated metallic Co nanoparticles.Furthermore,the ZAB based on the ES-Co/Zn-CNZIFcarbon nanofibers membranes delivered peak power density of 215 mW cm^(-2),specific capacity of 802.6 mA h g^(-1),and exceptional cycling stability,far larger than Pt/C+RuO_(2)-based ZABs.A solid-state ZAB based on ES-Co/Zn-CNZIFshowed better flexibility and stability with different bending angles. 展开更多
关键词 Electrospun nanofibers membranes Zeolite imidazole framework Zinc-air battery ORR/OER bifunction dual single-atomic sites catalysts
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Cu-Pd Dual Catalyst System for Amide Styrylation Reaction from Potassium Styryltrifluoroborates and Amides
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作者 Mohammad Al-Masum Mohammed Shahidul Islam Wejdan Shaban 《International Journal of Organic Chemistry》 2017年第3期254-262,共9页
An interesting reaction procedure for the cross-coupling of potassium styryltrifluoroborates and amides has been developed by using PdCl2(dtbpf)-CuI dual catalyst system. By applying this method, good numbers of amide... An interesting reaction procedure for the cross-coupling of potassium styryltrifluoroborates and amides has been developed by using PdCl2(dtbpf)-CuI dual catalyst system. By applying this method, good numbers of amide styrylation products are formed in 85% - 92% yields. 展开更多
关键词 AMIDE Styrylation REACTION dual catalyst MICROWAVE
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多环芳烃双效耦合加氢催化剂制备及其加氢性能
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作者 张君涛 杨婷婷 +3 位作者 唐瑞源 刘凯 罗建玲 张玉玉 《工业催化》 CAS 2024年第3期53-60,共8页
多环芳烃加氢饱和既有利于环境保护,还能促进煤焦油的高效率利用。以煤焦油中(210~360)℃富含2-4环多环芳烃馏分为研究对象,采用加氢饱和催化剂与分子筛催化剂作为双效耦合催化剂,对不同反应条件下煤焦油催化加氢反应性能进行研究。结... 多环芳烃加氢饱和既有利于环境保护,还能促进煤焦油的高效率利用。以煤焦油中(210~360)℃富含2-4环多环芳烃馏分为研究对象,采用加氢饱和催化剂与分子筛催化剂作为双效耦合催化剂,对不同反应条件下煤焦油催化加氢反应性能进行研究。结果表明,双效耦合催化剂具备分子筛催化剂与加氢饱和催化剂的催化特性,同时具备两者相互作用较小的稳态结构,且其在多环芳烃催化加氢反应中的活性介于分子筛催化剂和加氢饱和催化剂之间;活性金属组分Ni和Mo在催化剂表面分布稳定均匀。各操作条件对多环芳烃加氢性能存在不同程度的影响,双效耦合催化剂耦合比为4∶6时,多环芳烃催化加氢性能优于其他耦合比催化剂,在反应温度380℃、氢初压8.0 MPa、反应时间60 min和剂油比5∶100条件下,具有较好的加氢性能。馏分油多次选择性加氢后,饱和分量明显增加,胶质和芳香分量明显减少。 展开更多
关键词 石油化学工程 煤焦油 多环芳烃 双效耦合催化剂 催化加氢
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CoSe_(2)-CuSe_(2)NF双功能电催化剂的制备及其电解水性能的研究
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作者 王子晨 陈拥军 +1 位作者 骆丽杰 张雪艳 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第5期904-912,共9页
随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,... 随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,开发价格低廉、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂意义重大。本研究利用水热法成功制备出一系列具有纳米花结构的双功能电催化剂(CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(3∶1)NF、CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶3)NF),通过一系列的表征对催化剂的结构、形貌、元素组成、元素价态进行分析。研究发现CuSe_(2)-CoSe_(2)NF双金属硒化物中CoSe_(2)和CuSe_(2)相互协同作用,促进电子转移,提高电解水性能。此外,CuSe_(2)-CoSe_(2)NF纳米花结构具有较大的比表面积(808 m^(2)/g),暴露更多的活性位点数,进一步提升了催化剂的电化学性能。结果表明,CuSe_(2)-CoSe_(2)(1∶1)NF催化剂在1 mol/L KOH电解液、电流密度为10 mA·cm^(-2)时,HER和OER的过电位为42和204 mV,可持续稳定工作100 h,与商业Pt/C和RuO_(2)性能接近。 展开更多
关键词 硒化物 电解水析氢 电解水析氧 双功能催化剂 纳米花状 双活性位点
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费托合成Co基催化剂的研究进展
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作者 李声笛 肖海成 吴志杰 《石油化工高等学校学报》 CAS 2024年第1期34-42,共9页
Co基催化剂因具有高活性和强链增长能力等优势,成为费托合成(FTS)反应适宜的催化剂。总结了Co基催化剂FTS反应机理,并对活性相结构以及助剂与催化性能的构效关系进行了分析。同时,围绕催化剂载体的作用,总结金属-载体相互作用促进FTS反... Co基催化剂因具有高活性和强链增长能力等优势,成为费托合成(FTS)反应适宜的催化剂。总结了Co基催化剂FTS反应机理,并对活性相结构以及助剂与催化性能的构效关系进行了分析。同时,围绕催化剂载体的作用,总结金属-载体相互作用促进FTS反应性能的研究进展,重点分析了金属Co与分子筛耦合直接合成液体燃料的研究进展,归纳了采用双功能催化剂体系制备液体燃料的反应路线及催化剂特征。 展开更多
关键词 Co基催化剂 费托合成 双功能体系 沸石分子筛 液体燃料
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Recent progress of electrochemical reduction of CO_(2)by single atom catalysts 被引量:2
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作者 Tian Wang Jincheng Zhang +2 位作者 Fuhua Li Bin Liu Sibudjing Kawi 《Materials Reports(Energy)》 2022年第3期3-21,共19页
Powered by electricity from renewable energies,electrochemical reduction of CO_(2)could not only efficiently alleviate the excess emission of CO_(2),but also produce many kinds of valuable chemical feedstocks.Among va... Powered by electricity from renewable energies,electrochemical reduction of CO_(2)could not only efficiently alleviate the excess emission of CO_(2),but also produce many kinds of valuable chemical feedstocks.Among various catalysts,single atom catalysts(SACs)have attracted much attention due to their high atom utilization efficiency and expressive catalytic performances.Additionally,SACs serve as an ideal platform for the investigation of complex reaction pathways and mechanisms thanks to their explicit active sites.In this review,the possible re-action pathways for the generation of various products(mainly C1 products for SACs)were firstly summarized.Then,recent progress of SACs for electrochemical reduction of CO_(2)was discussed in aspect of different central metal sites.As the most popular and efficient coordination modulation strategy,introducing heteroatom was then reviewed.Moreover,as an extension of SACs,the development of dual atom catalysts was also briefly discussed.At last,some issues and challenges regarding the SACs for CO_(2)reduction reaction(CO_(2)RR)were listed,followed by corresponding suggestions. 展开更多
关键词 Single atom catalysts CO_(2)reduction reaction Reaction pathways Coordination modulation dual atom catalysts
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用于氧还原反应的双原子钴-铁催化剂 被引量:1
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作者 唐甜蜜 王寅 +5 位作者 韩憬怡 张巧巧 白雪 牛效迪 王振旅 管景奇 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期48-55,共8页
金属-空气电池因其高效率和便携性受到广泛关注.然而,氧还原反应(ORR)的高能垒和缓慢的动力学导致其输出功率低.尽管贵金属铂基材料具有较高的ORR活性,但其在工业上的大规模应用受到高成本的制约.因此,迫切需要以储量丰富的非贵金属为原... 金属-空气电池因其高效率和便携性受到广泛关注.然而,氧还原反应(ORR)的高能垒和缓慢的动力学导致其输出功率低.尽管贵金属铂基材料具有较高的ORR活性,但其在工业上的大规模应用受到高成本的制约.因此,迫切需要以储量丰富的非贵金属为原料,开发具有低成本、高性能和耐用性的催化剂.近年来,单原子过渡金属与氮共掺杂碳材料(M-N-C)成为替代贵金属催化剂的理想材料.理论模拟和实验结果均表明,单原子Fe/Co-N-C催化剂具有良好的ORR活性,其中FeN_(4)和CoN_(4)构型被认为是主要活性位点.此外,含有相邻金属位点的双金属单原子催化剂具有加速ORR动力学的巨大潜力.通过对ORR中间体的桥式-顺式吸附,双金属位点可以促进O-O键的裂解,从而提高催化活性.除固有活性外,双金属位点可减少ORR过程中含氧中间体对M-N键的攻击,提高M-N-C对ORR的耐久性和工业应用潜力.因此,近年来,研究者开始探索双金属单原子催化剂的合成和电催化性能,发现Fe-Co, Fe-Mn, Fe-Cu, Co-Zn和Co-Pt双位点可以有效催化ORR.为进一步提高ORR活性,需要合理调节双原子结构,并引入更多的双金属位点.本文在氮掺杂石墨烯纳米片上构建了一种含FeN_(3)-CoN_(3)位点的新型双原子催化剂(CoFe-NG),该催化剂具有较好的ORR催化活性,半波电位为0.917 V, Tafel斜率为46 mV dec^(-1),远远优于单原子Fe-NG、单原子Co-NG和Pt/C催化剂.Koutecky-Levich曲线和H_(2)O_(2)产率揭示了CoFe-NG具有高效的四电子ORR过程,不仅表现出高电流密度,而且对氧还原为OH-(而不是过氧化氢)更具选择性.计时安培测试结果表明, CoFe-NG对甲醇和一氧化碳中毒具有较高的耐受性.KSCN中毒实验结果表明, SCN^(-)离子与Fe和Co位点发生强配位作用并使活性位点中毒.以CoFe-NG为空气电极组装的锌-空气电池,开路电压为1.47 V,峰值功率密度高达230 mW cm^(-2),具有良好的充放电循环稳定性,可以为一个小灯泡供电,并且在5 mA cm^(-2)条件下持续充放电250 h,输出电压几乎不变.理论计算表明,掺氮石墨烯上的FeN_(3)-CoN_(3)位点比FeN_(4)和CoN_(4)位点具有更低的ORR能垒, FeN_(3)-CoN_(3)位点上的速控步是^(*)OH中间体向H_(2)O的转化,与单位点FeN_(4)和CoN_(4)不同.综上,本文为可控合成高性能双金属单原子催化剂及进一步深入分析其电催化氧还原反应机理提供参考. 展开更多
关键词 双原子催化剂 M-N-C 氧还原反应 理论计算 锌-空气电池
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用于纳米催化肿瘤治疗的异核双金属原子催化剂 被引量:2
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作者 韩璟怡 管景奇 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期1-31,共31页
癌症是威胁人类健康的重大疾病之一.目前,化疗、放疗和手术治疗是三大常规治疗癌症手段,虽然这些治疗技术成熟,但都存在不足,且治疗成本高昂,并使得患者在治疗过程中承受痛苦.因此,开发活性位点丰富、催化效率高、肿瘤组织识别准确的新... 癌症是威胁人类健康的重大疾病之一.目前,化疗、放疗和手术治疗是三大常规治疗癌症手段,虽然这些治疗技术成熟,但都存在不足,且治疗成本高昂,并使得患者在治疗过程中承受痛苦.因此,开发活性位点丰富、催化效率高、肿瘤组织识别准确的新型抗肿瘤催化材料,利用有限的治疗资源,以最低的毒性取得最佳的治疗效果,成为癌症治疗的研究新前沿.随着纳米材料的快速发展,异核双原子催化剂(HDACs)在保留单原子催化剂的最大原子利用率,活性位点分布均匀,孤立单原子的不饱和配位环境和有利于电荷转移的电子结构等优点的基础上,其两种不同金属原子不仅能提供更丰富的反应活性位点,两者之间还具有独特的协同作用,可以有效突破单原子催化剂的线性限制并优化活性中间物种的吸附能垒和构型,显著提高催化活性和选择性从而获得满意的治疗效果,在纳米催化肿瘤治疗领域展现出巨大的实际应用潜力.本文对HDACs的表征手段、制备方法及其近年来在纳米催化肿瘤治疗领域的应用进行了系统的综述.首先简要介绍了原子水平活性位点的各种表征方法,特别是原位技术,讨论了它们应用的侧重点,并比较了各自的优缺点.其次,由于反应原子的高表面自由能、难以调控的动力学行为以及与载体的弱结合使得HDACs在合成过程中极不稳定.一旦异质活性金属原子之间的距离变近,就不可避免地发生团聚,从而形成合金或大尺寸的纳米颗粒.因此,实现HDACs的精确和可控合成一直是该领域的研究重点.本文对HDACs的四大主要制备策略即传统的高温热解法、湿式化学双溶剂法、原子层沉积技术和软模板自组装技术进行了系统总结,并简要介绍了相关催化剂的应用潜力.再次,概括性地阐明了HDACs的抗肿瘤治疗机理,并依据其发挥疗效的机理,针对性地将近年来应用于抗癌领域的HDACs划分为芬顿/类芬顿反应或其他机制两大类,并对这两类HDACs进行了详细的介绍.最后,探讨了HDACs在抗肿瘤领域可能面临的问题和挑战并展望了未来研究方向和应用前景,以期为应用于该领域HDACs的研究提供富有价值的借鉴. 展开更多
关键词 异核 双原子催化剂 肿瘤治疗 活性氧 类芬顿反应
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光催化产氢双助催化剂:类别、合成和设计策略
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作者 伍超 吕康乐 +1 位作者 李鑫 李覃 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期137-160,共24页
在低碳经济背景下,开发以氢能为代表的清洁可再生能源至关重要.利用太阳能驱动半导体进行光催化分解水,是未来可持续制取氢气的有效方法之一.然而,光催化制氢技术产业化受限于半导体表面光生载流子复合效率高和量子效率低.解决上述问题... 在低碳经济背景下,开发以氢能为代表的清洁可再生能源至关重要.利用太阳能驱动半导体进行光催化分解水,是未来可持续制取氢气的有效方法之一.然而,光催化制氢技术产业化受限于半导体表面光生载流子复合效率高和量子效率低.解决上述问题的办法是在半导体中引入双元助催化剂,这不仅可以促使三相界面的形成,促进界面电荷的有效转移,而且不同种类的双助催化剂可以为半导体提供各自的积极作用,协同提高光催化产氢效率和稳定性.因此,需要密切关注双助催化剂的开发,以建立一个集优异的光活性和光稳定性于一体的光催化产氢体系.本文系统地介绍了光催化产氢双助催化剂的类别、优势、合成方法和设计策略.首先,双助催化剂被分为双还原型(Red-Red)和还原-氧化型(Red-Ox)两类,详细概述了在光催化产氢领域中还原型和氧化型助催化剂相互匹配后形成的双助催化剂的实例及其协同效应.总结了在制氢体系中双助催化剂相对于单一助催化剂的五大优势:促进载流子快速迁移、实现电子-空穴空间分离、提高产氢吸附/脱附动力学、提高催化剂光稳定性和阻断可逆反应.随后,概括了双助催化剂-半导体光催化剂的合成策略,基于通常报道的水/溶剂热处理、煅烧、光沉积、自组装和化学沉积等助催化剂的合成方法,可以采用一步法和两步法将两种助催化剂加载到半导体上,获得三元复合材料.探讨了双助催化剂-半导体光催化体系的设计策略,详细总结了如何设计具有优化电子传递路径的Red-Red助催化剂体系和具有空间分离电荷的Red-Ox助催化剂体系.其中,为了优化电子传递路径,两种还原型助催化剂的位置关系可分为三类:核壳包裹结构、分散分布结构和相邻结构;为了实现氧化/还原位点空间分离,氧化-还原型双助催化剂在半导体表面可设计为三种结构:内外结构、晶面相关结构和端侧结构.最后,提出了双助催化剂在光催化制氢领域中的现状、挑战及未来发展方向.在未来,可以继续开发新型无贵金属助催化剂来降低催化剂体系总成本,真正达到经济实用目标;需要继续发展利于规模化生产的双助催化剂三元复合材料的合成策略;需要通过实验表征,结合同位素标记法、分子模拟和密度泛函理论计算,深入研究助催化剂的性质和作用机理.希望本文能够为构建高效实用的双助催化剂三元析氢光催化体系提供借鉴. 展开更多
关键词 双助催化剂 异质结 电荷载流子动力学 光催化 产氢
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双助催化剂Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)分层花状微球用于增强光催化产氢活性
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作者 刘德法 孙彬 +2 位作者 白硕杰 高婷婷 周国伟 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第7期273-283,共11页
在“碳达峰、碳中和”背景下,太阳能驱动的半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的有效方法之一.开发高效的半导体光催化材料是半导体光催化技术发展的重中之重.在众多半导体光催化材料中,TiO_(2)因其无毒性、光化学稳定性... 在“碳达峰、碳中和”背景下,太阳能驱动的半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的有效方法之一.开发高效的半导体光催化材料是半导体光催化技术发展的重中之重.在众多半导体光催化材料中,TiO_(2)因其无毒性、光化学稳定性良好和价格低廉等优点,在光催化领域备受关注.然而,单一TiO_(2)较低的光生载流子的分离和转移效率是制约其进一步应用的关键问题.通过负载助催化剂可以提供更多的活性位点、增强光吸收以及提高光生载流子的分离和转移效率,被认为是提高光催化活性的有效策略.本文利用静电自组装策略和光还原法成功地将双助催化剂Ti_(3)C_(2)纳米片和Ag纳米颗粒修饰在分层花状TiO_(2)微球表面,构筑了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料,并考察其光催化产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的分层花状TiO_(2)微球和Ti_(3)C_(2)纳米片可以通过静电作用构筑稳定的Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.同时,基于Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化性能,在光照条件下Ag+可被还原为Ag而被固定在Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料表面.通过X射线粉末衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等证明成功制备了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合光催化材料.此外,X射线光电子能谱也证明了复合材料中存在光生电子的分离和转移过程.接触角测试结果表明,构筑的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的亲水性,可以更好地吸附水分子以保证还原反应的进行.紫外-可见漫反射光谱测试结果表明,Ti_(3)C_(2)和Ag助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.另外,线性扫描伏安测试证明了Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料具有低的过电势,更加有利于析氢反应.在模拟太阳光照射下,最佳Ti_(3)C_(2)(3 wt%)和Ag(2.5 wt%)含量的Ag/Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料的光催化产氢速率为1024.72μmol g^(–1)h^(–1),分别约为单一TiO_(2),Ti_(3)C_(2)/TiO_(2)复合材料和Ag/TiO_(2)复合材料的40,2.3和1.8倍,且三次循环利用后仍保持较好的光催化产氢活性.光催化产氢活性的提高主要归因于Ti_(3)C_(2)和Ag双助催化剂的引入增强了光吸收能力和提高了光生载流子的分离和转移效率,从而增强了TiO_(2)的光催化活性.综上,本文揭示了构建双助催化剂的复合光催化材料更加有利于促进光催化材料的光生电子-空穴对的分离和转移,对高活性和高稳定性光催化剂的设计和性能调控有一定参考价值. 展开更多
关键词 分层花状TiO_(2)微球 双助催化剂 光催化 协同效应 产氢
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用于氧还原电催化的Fe-M-N-C基双原子催化剂的研究进展
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作者 樊哲琛 万浩 +1 位作者 余浩 葛君杰 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期56-87,共32页
实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化应用亟需开发出低成本的高效氧还原(ORR)电催化剂以替代昂贵的Pt基材料.过去十余年,研究人员对由M-Nx活性位点和富缺陷碳质基底组成的热解M-N-C基单原子催化剂进行了深入的研究,以期进一步提高催... 实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化应用亟需开发出低成本的高效氧还原(ORR)电催化剂以替代昂贵的Pt基材料.过去十余年,研究人员对由M-Nx活性位点和富缺陷碳质基底组成的热解M-N-C基单原子催化剂进行了深入的研究,以期进一步提高催化剂的性能并降低成本.其中,Fe-N-C基单原子催化剂表现出了较好的催化性能和巨大的应用潜力.近年来人们发现,在单原子催化剂中引入另一种金属原子组成的双原子催化剂具有特殊的几何构型和电子结构,有利于反应过程中原子间相互作用,使催化性能进一步提高.其中,在Fe-N-C基催化剂中引入另一种金属原子组成的Fe-M-N-C双原子催化剂(M代表金属)可以进一步激发Fe-N-C催化剂的本征活性,相关研究也吸引了越来越多的关注.本文综述了Fe-M-N-C基双原子催化剂催化ORR过程的研究进展.首先,讨论了双原子催化剂催化ORR的机制,其中引入的第二种金属原子通过协同和/或调制效应发挥作用.其后,系统总结了Fe-M-N-C的合成方法、表征技术和计算方法,以进一步推动双原子催化剂的研究.再后,根据金属原子之间的相互作用,将双原子催化剂分为Marriage型和Conjunct型.最后,结合双原子位点的原子构型详细讨论了不同双原子催化剂的作用机制:包括提供额外催化位点、改变吸附构型、调节电子结构等.本文还对Fe-M-N-C基双原子催化剂面临的主要挑战和发展机遇进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望.一些关键的发展方向应该得到充分的关注和发展,包括Fe基双原子位点的精准合成、双原子位点的可靠识别、对催化机理的深入认识、Fe基催化剂在酸性环境中的稳定性以及具有最佳活性的双原子位点构型.综上,本文对Fe-M-N-C基双原子催化剂研究现状进行了系统的总结,希望为未来理性设计催化剂提供一定的参考. 展开更多
关键词 氧还原反应 铁基催化剂 双原子催化剂 催化活性 原子构型
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生物质光炼制生产绿氢同时制备高附加值化学品
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作者 赵恒 张引弟 +1 位作者 胡劲光 陈掌星 《长江大学学报(自然科学版)》 2023年第5期98-109,123,共13页
生物质作为天然存在的、稳定的能源供给,是未来主导的可再生能源,其高值化应用有助于推动我国双碳战略目标。当前主流的天然生物质高值化应用平台如热催化等存在高能耗、高二氧化碳排放的缺点,相比而言,利用太阳光作为驱动力,通过光催... 生物质作为天然存在的、稳定的能源供给,是未来主导的可再生能源,其高值化应用有助于推动我国双碳战略目标。当前主流的天然生物质高值化应用平台如热催化等存在高能耗、高二氧化碳排放的缺点,相比而言,利用太阳光作为驱动力,通过光催化方式来实现生物质高值化应用,是极具前景的技术之一。与此同时,通过对催化剂进行精细设计,在实现光催化产氢的同时,还可以选择性地转化生物质生产高附加值化学品。详细阐述了生物质光炼制的基本原理,从双功能催化剂设计、催化反应系统、生物质预处理等方面汇总分析了对生物质光炼制的影响,并展望了未来发展生物质光炼制的研究方向和重点策略。 展开更多
关键词 生物质 光炼制 双功能催化剂 氢气 高附加值化学品
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Dual single-atom Ce-Ti/MnO_(2)catalyst enhances low-temperature NH_(3)-SCR performance with high H_(2)O and SO_(2)resistance 被引量:1
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作者 Jingjing Song Shaomian Liu +10 位作者 Yongjun Ji Wenqing Xu Jian Yu Bing Liu Wenxing Chen Jianling Zhang Lihua Jia Tingyu Zhu Ziyi Zhong Guangwen Xu Fabing Su 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2023年第1期299-308,共10页
Mn-based catalysts have exhibited promising performance in low-temperature selective catalytic reduction of NOx with NH_(3)(NH_(3)-SCR).However,challenges such as H_(2)O-or SO_(2)-induced poisoning to these catalysts ... Mn-based catalysts have exhibited promising performance in low-temperature selective catalytic reduction of NOx with NH_(3)(NH_(3)-SCR).However,challenges such as H_(2)O-or SO_(2)-induced poisoning to these catalysts still remain.Herein,we report an efficient strategy to prepare the dual single-atom Ce-Ti/MnO_(2)catalyst via ball-milling and calcination processes to address these issues.Ce-Ti/MnO_(2)showed better catalytic performance with a higher NO conversion and enhanced H_(2)O-and SO_(2)-resistance at a lowtemperature window(100−150°C)than the MnO_(2),single-atom Ce/MnO_(2),and Ti/MnO_(2)catalysts.The in situ infrared Fourier transform spectroscopy analysis confirmed there is no competitive adsorption between NOx and H_(2)O over the Ce-Ti/MnO_(2)catalyst.The calculation results showed that the synergistic interaction of the neighboring Ce-Ti dual atoms as sacrificial sites weakens the ability of the active Mn sites for binding SO_(2)and H_(2)O but enhances their binding to NH_(3).The insight obtained in this work deepens the understanding of catalysis for NH_(3)-SCR.The synthesis strategy developed in this work is easily scaled up to commercialization and applicable to preparing other MnO_(2)-based single-atom catalysts. 展开更多
关键词 dual single atom catalyst Ce-Ti/MnO_(2) selective catalytic reduction of NOx with NH_(3)(NH_(3)-SCR) low-temperature performance H_(2)O-and SO_(2)-resistance
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绿氢装备中催化剂的应用与发展概述 被引量:1
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作者 乔东伟 李朋喜 《山东化工》 CAS 2023年第7期98-100,共3页
氢能产业的发展对“双碳”目标的实现起着关键作用,能源和环境危机促使人们开发新的能源,氢不仅单位能量密度高且在生产和应用过程中无任何污染物生成,是真正的绿色可持续发展的能量来源。氢能目前有着前所未有的发展机遇,但在发展过程... 氢能产业的发展对“双碳”目标的实现起着关键作用,能源和环境危机促使人们开发新的能源,氢不仅单位能量密度高且在生产和应用过程中无任何污染物生成,是真正的绿色可持续发展的能量来源。氢能目前有着前所未有的发展机遇,但在发展过程中同样面临着各方面的制约尤其在电解槽中使用的催化剂方面。在碱性水电解制氢、质子交换电解水制氢和固体氧化物电解水制氢技术都面临着高效催化剂多为价格昂贵的贵金属材料的成本制约,因此需要开发出新型的非贵金属材料替代才能够助推氢能更加广阔的发展。 展开更多
关键词 氢能 双碳 电解水 催化剂
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非金属掺杂石墨烯异核双原子催化剂氮还原特性研究
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作者 张季 俞爱民 孙成华 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期263-270,共8页
氨是化肥、涂料等领域中重要的化工原料,是产量第二高的商用化学品.目前,90%以上的氨均来自Haber-Bosch法,该工艺需要高温高压,能耗高,且依赖化石燃料的使用,排放大量CO_(2),在倡导节能环保的新时代,该工艺面临严重的能耗及环保问题.电... 氨是化肥、涂料等领域中重要的化工原料,是产量第二高的商用化学品.目前,90%以上的氨均来自Haber-Bosch法,该工艺需要高温高压,能耗高,且依赖化石燃料的使用,排放大量CO_(2),在倡导节能环保的新时代,该工艺面临严重的能耗及环保问题.电催化氮还原合成氨(e NRR)是一种在常温常压条件下,采用电能作为驱动,以水和大气中的氮作为原料的新型绿色环保的合成氨方法,有望替代传统合成氨工艺.在eNRR过程中,电催化剂的催化活性和选择性是提高电催化合成氨的关键.目前,单原子催化剂(SAC)因其高原子利用率、高选择性等优点,在氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)等方面得到广泛研究,但其在eNRR反应中表现不佳,因为单个金属原子位不能贡献足够多的电荷来活化惰性极强的N≡N键.据此,本文利用第一性原理计算,通过高通量筛选,系统研究了以非金属掺杂石墨烯为基质,以异核金属原子为反应位的双原子催化剂的氮还原特性及其微观催化机理.本文以B,S,P和N四种非金属元素与Fe,Co,Mo,W和Ru五种金属元素随机组成的40种催化剂M1M2-X做为催化剂模型,根据两步筛选,得到FeMo-S,RuMo-B,RuMo-P,RuMo-S和Ru W-S五种双原子催化剂,表现出优良的氮还原特性.与现有研究相比,五种双原子催化剂不但具有高催化活性(过电位为:FeMo-S(–0.18 V),RuMo-B(–0.25 V),RuMo-P(–0.27 V),RuMo-S(–0.29 V)和RuW-S(–0.24 V)),较高的热力学稳定性,而且可以有效抑制析氢(HER)反应.为了进一步与相应的单原子催化剂做比较,将单个金属原子键合于非金属元素掺杂的石墨烯基质上,形成17种M-X单原子催化剂.在同样的筛选机制下,只有Mo-P催化剂具有好的催化活性,但与HER的竞争劣势使其无法成为良好的催化剂.非金属原子调制的异核双原子催化剂对氮还原表现出良好的催化特性有其本质的原因.对双原子催化剂的电子特性进行研究,如Bader电荷、态密度、轨道哈密顿布居和电子差分密度等,结果表明,双原子催化剂的优良催化特性与下面几个方面有关:(1)金属双原子作为催化位点,可以提供更多的d电子,使其转移到氮气分子的反键轨道,从而活化N≡N键,两套d轨道也可以接纳更多的来自氮分子的孤对电子以增强吸附;(2)双原子的协同作用有效的调整了伴随金属原子的d带中心位置,中间吸附质的吸附自由能因此得到调节,从而改善了催化剂的催化性能;(3)不同种类的非金属元素的引入丰富了金属反应位的配体结构,使得催化剂对中间吸附质的吸附强度得到调节,从而降低了初始电位.综上,本文不仅分析了异核双原子催化剂性能,还从电子结构层面分析了NRR催化机理,为设计高性能催化剂提供一定借鉴.目前,电子结构的计算广泛应用于催化剂设计领域,它从电子结构层面深入理解催化机理,为催化剂设计,催化性能调控给出优化趋势.电催化是一个由多种因素共同影响的复杂化学过程,希望今后能够通过电子结构计算更加深入理解化学反应细节,能够对反应过程给出动力学分析,发现一般规律,设计出高性能NRR催化剂. 展开更多
关键词 电催化 双原子催化剂 石墨烯 氮还原反应 第一性原理
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三维Al_(2)O_(3)@HZSM-5双功能催化剂的制备及其微波辅助热解塑料废弃物中轻质芳烃的选择性
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作者 马玉军 王文亮 +5 位作者 韩思哲 付祎帅 陈育彤 黄佳乐 权靖雯 张嘉怡 《陕西科技大学学报》 北大核心 2023年第5期8-14,共7页
制备了集微波吸收、催化转化于一体的三维Al_(2)O_(3)@HZSM-5双功能催化剂,并将其用于塑料废弃物微波辅助热解制备轻质芳烃.采用XRD、SEM、N 2等温吸附和矢量网络分析等手段对催化剂的结构、形貌和微波吸收等性质进行了表征,研究了催化... 制备了集微波吸收、催化转化于一体的三维Al_(2)O_(3)@HZSM-5双功能催化剂,并将其用于塑料废弃物微波辅助热解制备轻质芳烃.采用XRD、SEM、N 2等温吸附和矢量网络分析等手段对催化剂的结构、形貌和微波吸收等性质进行了表征,研究了催化剂用于微波辅助热解塑料废弃物制备轻质芳烃的催化能力.实验结果表明,Al_(2)O_(3)泡沫能通过抑制焦炭和气体的形成显著提高热解油的产率,HZSM-5分子筛有利于促进产物向更为经济的高质量轻质芳烃(甲苯、乙苯、苯)转化.研究表明三维Al_(2)O_(3)@HZSM-5双功能催化剂能够显著提高热解油产率并增强轻质芳烃的选择性,热解油产率达到83.86 wt%,轻质芳烃(甲苯、乙苯、苯)选择性高达64.7%. 展开更多
关键词 双功能催化剂 微波辅助热解 塑料废弃物 轻质芳烃
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