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镓离子掺杂和硫空位调控的In_(2)S_(3)增强可见光下光催化生成过氧化氢
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作者 李锋 唐小龙 +5 位作者 胡卓锋 黎相明 李方 谢宇 江燕斌 余长林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期253-264,共12页
过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种绿色氧化剂,广泛用于日常生活和工业中.传统的蒽醌法制备H_(2)O_(2)的工艺流程繁琐,并且大量使用有机溶剂,对环境很不友好;小规模H_(2)O_(2)生产一般采用H2和O2直接合成,但是也存在高温、高压下使用氢气的安... 过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种绿色氧化剂,广泛用于日常生活和工业中.传统的蒽醌法制备H_(2)O_(2)的工艺流程繁琐,并且大量使用有机溶剂,对环境很不友好;小规模H_(2)O_(2)生产一般采用H2和O2直接合成,但是也存在高温、高压下使用氢气的安全隐患.人工光催化合成H_(2)O_(2)原料(水和氧气)易得且太阳能清洁可再生,是一个非常有前景的策略.然而,在光催化过程中,电子-空穴对(e^(-)-h^(+))的高复合率大大抑制了氧还原反应(ORR)生成H_(2)O_(2)的效率.本文提出了在合成In_(2)S_(3)的金属有机框架(MOF)前驱体中加入Ga^(3+)离子(IGS5),并将IGS5在管式炉中在Ar保护下焙烧,调控S空位,制得具有高活性的Ga^(3+)离子掺杂和S空位调控的In_(2)S_(3)光催化剂.通过X射线粉末衍射和X射线光电子能谱证明了成功掺杂Ga^(3+)离子.扫描电镜、透射电镜和氮气等温吸附脱附曲线结果表明,Sv-IGS-90 (焙烧90 min)为介孔材料.紫外-可见漫反射光谱结果表明,所有催化剂均可吸收部分可见光,结合莫特肖特基曲线结果,说明催化剂的导带、价带位置均满足光催化生成H_(2)O_(2)的最低要求.采用光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线研究了催化剂的载流子分离和重组行为.电子顺磁共振谱结果表明,Sv-IGS-90中存在S空位,结合O2程序升温解吸结果,可以推断S空位可以促进O2的吸附.计算了ORR每一步所需的热力学自由能,结果表明,Ga^(3+)离子和S空位协同作用可以提高2eORR的选择性并促进O_(2)的吸附与活化.制备的Sv-IGS5-90在异丙醇:水为1:9体系中(10vol%)连续照射(λ≥420 nm)1 h后,H_(2)O_(2)浓度达到352.58μmol L-1,是纯In_(2)S_(3)的7.5倍,450 nm处的表观量子产率为4.64%.对Sv-IGS5-90光催化产H_(2)O_(2)的机理进行了深入研究,DMPO·O_(2)^(-),DMPO·OH和TEMP ~1O_(2)信号峰表明,·O_(2)^(-),·OH,~1O_(2),e^(-)和h^(+)均参与到整个反应,说明O_(2)生成H_(2)O_(2)的途径为单电子ORR,·O_(2)^(-)首先被氧化成~1O_(2),然后生成H_(2)O_(2).综上,利用S空位调控和Ga^(3+)离子掺杂的策略可有效提高In_(2)S_(3)催化剂光催化产H_(2)O_(2)性能,为设计高性能的光催化生产H_(2)O_(2)的材料提供一定参考. 展开更多
关键词 光催化 化铟 过氧化氢 硫空位 镓离子
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单层含硫空位MoS2光伏效应的第一性原理研究
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作者 罗文铭 邵志刚 杨谋 《华南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第4期7-13,共7页
基于非平衡态格林函数--密度泛函理论,采用第一性原理研究方法,对单层含硫空位MoS2的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS2的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS2,线偏光电流效应不明显,而圆偏光电... 基于非平衡态格林函数--密度泛函理论,采用第一性原理研究方法,对单层含硫空位MoS2的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS2的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS2,线偏光电流效应不明显,而圆偏光电流效应比较明显.计算模拟了随偏振角(相位角)变化的光响应函数,计算结果符合唯象理论.单层含硫空位的MoS2可被应用于新型电子和光电子器件中,为进一步认识单层硫空位MoS2的光电流效应提供了新的理论基础. 展开更多
关键词 硫空位 单层MoS2 光伏效应 非平衡态格林函数
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富含硫空位ZnIn_(2)S_(4)微米球的制备及其光催化还原Cr(VI)的研究 被引量:2
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作者 高娟 常春 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期36-47,共12页
构建空位是提高金属硫化物光催化活性的有效途径.本研究以廉价的硫脲作为硫源,通过简单的一步水热法,在160℃、6 h条件下成功制备了富含硫空位ZnIn_(2)S_(4)微米球,并通过XRD、SEM、TEM、XPS和EPR等表征手段分析了材料的组成、形貌、化... 构建空位是提高金属硫化物光催化活性的有效途径.本研究以廉价的硫脲作为硫源,通过简单的一步水热法,在160℃、6 h条件下成功制备了富含硫空位ZnIn_(2)S_(4)微米球,并通过XRD、SEM、TEM、XPS和EPR等表征手段分析了材料的组成、形貌、化学价态和硫空位等结构与性质.结果表明:具有适当的硫空位的ZI-S_(6)具有较强的可见光响应以及较高的稳定性和良好的抗干扰能力,在4 h内可还原100%的Cr(VI),其反应速率常数是ZIS-6的1.23倍.此外,通过捕获剂实验可知e^(-)和·O^(2-)在Cr(VI)还原中起主要作用.本研究为制备和改进基于ZnIn_(2)S_(4)光催化剂提供了一种有效的方法,同时也为开发高效、可持续的光催化剂提供了新的思路. 展开更多
关键词 ZnIn_(2)S_(4) 硫空位 光催化 CR(VI)
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可见光响应S空位ZnIn_(2)S_(4)催化剂的制备及选择性氧化HMF研究
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作者 徐俪菲 侯浩强 +3 位作者 马春慧 李伟 罗沙 刘守新 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期33-41,共9页
以硫代乙酰胺为硫源,采用一步法原位制备了具有丰富S空位的硫化铟锌(V S-ZIS)可见光催化剂,对其光催化5-羟甲基糠醛(HMF)选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛(DFF)过程进行了研究,并分析了V S-ZIS光催化HMF选择性氧化制备DFF的机理。采用电子顺... 以硫代乙酰胺为硫源,采用一步法原位制备了具有丰富S空位的硫化铟锌(V S-ZIS)可见光催化剂,对其光催化5-羟甲基糠醛(HMF)选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛(DFF)过程进行了研究,并分析了V S-ZIS光催化HMF选择性氧化制备DFF的机理。采用电子顺磁共振(EPR)波谱证实S空位的存在,采用紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、XPS考察V S-ZIS的光学性质和元素组成,利用SEM、XRD观察催化剂的表面形貌和晶相结构。研究结果表明:一步法可以成功制备ZnIn_(2)S_(4),其呈花瓣微球状,且Zn、In、S元素均匀分布,可见光波长吸收范围为420~530 nm;制备时间对ZnIn_(2)S_(4)的晶体结构没有产生明显影响,但通过控制制备时间可以调控催化剂中S空位,制备时间2~10 h制得的样品V S-ZIS-2~V S-ZIS-10中,6 h时制得的V S-ZIS-6具有丰富的S空位。80℃加热6 h制备的V S-ZIS-6在反应时间4 h、V S-ZIS-6/HMF质量比值3.2、HMF浓度1.0 mmol/L、空气流量20 mL/min条件下选择性氧化HMF的性能最佳,HMF转化率为95.4%,DFF产率为61.8%。V S-ZIS表面丰富的S空位能够促进O 2在催化剂表面吸附活化,通过捕获光生电子生成更多O_(2)^(-)·,从而提高催化剂对HMF的选择性氧化能力。 展开更多
关键词 硫空位 化铟锌 5-羟甲基糠醛 光催化 选择性氧化 2 5-呋喃二甲醛
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基于N,P共掺杂碳纳米片的富S空位Co/Co_(9)S_(8)复合物作为双功能催化剂用于可充锌-空气电池
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作者 陈亚楠 刘培涛 +4 位作者 祖延清 韩逢博 李晓东 毕鹏飞 冯爱玲 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期17-21,共5页
锌-空气电池由于理论能量密度高、环境友好和安全性高等特性,受到了广泛关注。但锌-空气电池的性能受到阴极氧还原反应(ORR)/析氧反应(OER)缓慢动力学的限制,因此,开发高效双功能催化剂至关重要。采用简单的一步烧结法制备了基于N,P共... 锌-空气电池由于理论能量密度高、环境友好和安全性高等特性,受到了广泛关注。但锌-空气电池的性能受到阴极氧还原反应(ORR)/析氧反应(OER)缓慢动力学的限制,因此,开发高效双功能催化剂至关重要。采用简单的一步烧结法制备了基于N,P共掺杂碳纳米片的富S空位Co/Co_(9)S_(8)复合物(Co/Co_(9)S_(8)@N,P-C)。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜等分析其精细结构和形貌,结果表明,基于N,P共掺杂碳纳米片的Co/Co_(9)S_(8)复合物被成功合成。X射线光电子能谱和电子自旋共振等结果表明,富S空位的Co/Co_(9)S_(8)纳米复合物被成功合成。电化学测试结果表明,该纳米复合材料表现出优异的ORR和OER双功能催化活性(ΔE=0.73 V)。与基于Pt/C+Ir/C贵金属作为阴极催化剂的锌-空气电池相比,以富S空位的Co/Co_(9)S_(8)@N,P-C作为阴极催化剂的锌-空气电池具有1.48 V的开路电压(Pt/C+Ir/C:1.46 V)、80 mW·cm-2的功率密度(Pt/C+Ir/C:87.3 mW·cm-2)以及约170 h的循环稳定性(Pt/C+Ir/C:147 h)。本工作为合理设计用于锌-空气电池的非贵金属基双功能催化剂提供了新的思路。 展开更多
关键词 硫空位 析氧反应 氧还原反应 双功能催化剂 锌-空气电池
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阴离子空位调控电解水制氢过渡金属基催化剂的研究进展 被引量:1
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作者 马惠 宋利 +1 位作者 于彦龙 李雷 《化学试剂》 CAS 北大核心 2023年第8期17-24,共8页
以可再生电力为电源的电解水制氢是一种制备高纯氢气的可持续发展路径。其中,析氢反应(HER)电催化剂的性能仍需进一步提升。阴离子空位具有增加活性位点、提升电导率以及优化中间体物质吸附能的作用,已被广泛应用于提高HER电催化剂性能... 以可再生电力为电源的电解水制氢是一种制备高纯氢气的可持续发展路径。其中,析氢反应(HER)电催化剂的性能仍需进一步提升。阴离子空位具有增加活性位点、提升电导率以及优化中间体物质吸附能的作用,已被广泛应用于提高HER电催化剂性能。综述了近几年阴离子空位调控HER电催化剂的研究进展,以促进电解水制氢的进一步发展。重点分析了阴离子空位的制备与表征、阴离子空位对电解水析氢的影响与机制,并对阴离子空位工程提升电解水制氢催化剂性能研究的挑战进行分析与展望。 展开更多
关键词 电解水 析氢反应 阴离子空位 空位 硫空位 空位 空位 空位
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基于硫蒸气处理转移的单层二硫化钼的荧光增强
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作者 王思雨 徐颖 刘玉春 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期110-116,共7页
采用化学气相沉积法在SiO2/Si衬底上制备了单层MoS2,再通过300℃硫蒸气处理用聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)转移下的单层MoS2.使用原子力显微镜、真空荧光检测和拉曼光谱等手段表征了样品的形貌和光致发光性能.结果表... 采用化学气相沉积法在SiO2/Si衬底上制备了单层MoS2,再通过300℃硫蒸气处理用聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)转移下的单层MoS2.使用原子力显微镜、真空荧光检测和拉曼光谱等手段表征了样品的形貌和光致发光性能.结果表明:经过硫蒸气处理转移后的单层MoS2的光致发光强度比由化学气相沉积法制备的未处理的单层MoS2的光致发光强度增强了约5倍.光致发光强度增强是由于在硫蒸气处理过程中,单层MoS2的部分硫空位被硫原子纳米团簇所填补,从而提高了光致发光效率.此外,分别将单层MoS2转移到SiO2/Si衬底、石英、三氧化铝及氟化镁衬底再经过硫处理后,也观察到了类似的荧光增强现象. 展开更多
关键词 化钼 化学气相沉积法 蒸气处理 硫空位 荧光增强
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基于硫铟锌纳米花的被动调Q激光
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作者 朱宜璇 仝鲁阳 +2 位作者 蔡阳健 赵丽娜 郑立仁 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期247-253,共7页
采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能... 采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能量为0.38μJ、峰值功率为0.98 W的脉冲激光。结果表明,由于硫空位的存在,硫铟锌纳米花能够吸收能量低于其带宽的光子,在近红外区域,表现出良好的可饱和吸收特性,且在激光器中,能够获得高重复频率和短脉冲宽度的激光输出。因此,基于硫铟锌纳米材料的可饱和吸收体在调Q脉冲激光器中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 非线性光学 脉冲激光 可饱和吸收体 二维材料 硫空位 铟锌
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Effect of phase transition on room temperature ferromagnetism in cerium doped ZnS nanorods
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作者 Nachimuthu SUGANTHI Kuppusamy PUSHPANATHAN 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期811-820,共10页
The effects of Ce doping on the structure,optical,oxidation,thermal and magnetic properties of ZnS:Ce nanorods synthesized by a chemical co-precipitation method were reported.The crystalline phase transformation from ... The effects of Ce doping on the structure,optical,oxidation,thermal and magnetic properties of ZnS:Ce nanorods synthesized by a chemical co-precipitation method were reported.The crystalline phase transformation from cubic to hexagonal structure was observed upon doping ZnS with Ce.Magnetic measurements showed the existence of room temperature ferromagnetism in Ce-doped ZnS nanorods.X-ray photoelectron spectroscopic(XPS)measurements provided evidence for Zn-S bonds and oxidation state of Ce in the near-surface region.Raman spectrum provided evidence for the presence of defects as well as hexagonal structure of 5 wt.%Ce doped ZnS nanorods.Ce substitution induced shape evolution was studied by using TEM.DRS spectra further validated the incorporation of Ce^3+ions.The present study reveals that Ce doped ZnS nanorods may find applications in spintronic devices. 展开更多
关键词 Ce dopant ZnS nanorods phase transition FERROMAGNETISM sulphur vacancy thermal stability
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CoMoS催化剂中活性位形成的分子模拟研究 被引量:2
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作者 赵晓光 王薇 +2 位作者 李会峰 周涵 李明丰 《计算机与应用化学》 CAS 2017年第1期40-46,共7页
运用分子模拟计算方法建立了较为合理的CoMoS相簇结构模型,讨论了助剂Co的优先取代位置,在此基础上对CoMoS相催化剂几种主要活性位的产生位置及结构性质进行了比较系统的量子化学计算,以探索Co助剂对加氢脱硫催化剂结构的影响。计算结... 运用分子模拟计算方法建立了较为合理的CoMoS相簇结构模型,讨论了助剂Co的优先取代位置,在此基础上对CoMoS相催化剂几种主要活性位的产生位置及结构性质进行了比较系统的量子化学计算,以探索Co助剂对加氢脱硫催化剂结构的影响。计算结果表明:在通常加氢脱硫条件下Co会优先取代在角位和S边,并且角位和S边引入Co之后S空位的形成过程从热力学和动力学上都更具优势,即S空位的数量和循环产生速度均有所提升。 展开更多
关键词 CoMoS催化剂 量子化学计算 硫空位
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Phosphorus-doped MoS_(2) with sulfur vacancy defects for enhanced electrochemical water splitting 被引量:3
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作者 Hongyao Xue Alan Meng +3 位作者 Chunjun Chen Hongyan Xue Zhenjiang Li Chuansheng Wang 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期712-720,共9页
MoS_(2)is a promising electrocatalyst because of its natural abundance and outstanding electrochemical stability.However,the poor conductivity and low activity limit its catalytic performance;furthermore,MoS_(2)is una... MoS_(2)is a promising electrocatalyst because of its natural abundance and outstanding electrochemical stability.However,the poor conductivity and low activity limit its catalytic performance;furthermore,MoS_(2)is unable to satisfy the requirements of most industrial applications.In this study,to obtain a P-doped MoS_(2)catalyst with S vacancy defects,P is inserted into the MoS_(2)matrix via a solid phase ion exchange at room temperature.The optimal P-doping amount is 11.4 wt%,and the resultant catalyst delivers excellent electrocatalytic properties for the hydrogen evolution reaction(HER)and oxygen evolution reaction(OER)with the corresponding overpotentials of 93 and 316 mV at 10 mA cm^(-2) in an alkaline solution;these values surpass the overpotentials of most previously reported MoS_(2)-based materials.Theoretical calculations and results demonstrate that the synergistic effect of the doped P,which forms active centers in the basal plane of MoS_(2),and S vacancy defects caused by P doping intensifies the intrinsic electronic conductivity and electrocatalytic activity of the catalyst.Density functional theory calculations demonstrate that P optimizes the free energy of the MoS_(2)matrix for hydrogen adsorption,thereby considerably increasing the intrinsic activity of the doped catalyst for the HER compared with that observed from pristine MoS_(2).The enhanced catalytic activity of P-doped MoS_(2)for the OER is attributed to the ability of the doped P which facilitates the adsorption of hydroxyl and hydroperoxy intermediates and reduces the reaction energy barrier.This study provides a new environmentally friendly and convenient solid-phase ion exchange method to improve the electrocatalytic capability of two-dimensional transition-metal dichalcogenides in largescale applications. 展开更多
关键词 molybdenum disulfide phosphorus doping sulfur vacancy defects overall water splitting electron redistribution density functional theory calculations
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