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高选择性H_(2)O_(2)光合成:Ba原子注入面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒
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作者 孟爱云 马辛源 +3 位作者 温达 钟威 周双 苏耀荣 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期231-241,共11页
过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种重要的绿色氧化剂,在医疗、军工、食品和绿色化学合成等领域有着广泛应用.然而,传统蒽醌法合成H_(2)O_(2)存在能耗高、污染严重等问题.光催化合成H_(2)O_(2)技术,利用来源丰富的太阳能实现氧气的两电子还原,... 过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种重要的绿色氧化剂,在医疗、军工、食品和绿色化学合成等领域有着广泛应用.然而,传统蒽醌法合成H_(2)O_(2)存在能耗高、污染严重等问题.光催化合成H_(2)O_(2)技术,利用来源丰富的太阳能实现氧气的两电子还原,被认为是替代蒽醌工艺的理想方案.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因具有成本低、化学性质稳定和电子结构易调等优点,在光催化合成H_(2)O_(2)方面展现出很大潜力.但传统g-C_(3)N_(4)的面内结晶度低,且对两电子氧还原反应的选择性差,这极大地限制了其光合成H_(2)O_(2)效率.为解决这一难题,本文合理设计了一种新策略:将钡(Ba)原子注入面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒(BI-CN),在增强g-C_(3)N_(4)的面内结晶度的同时,进一步提高其对两电子氧还原反应的选择性.本文采用BaCl2诱导的面内聚合策略,实现了Ba原子注入的面内高度有序结晶结构g-C_(3)N_(4)纳米棒的可控合成.在合成过程中,三聚氰胺分子选择性地吸附在BaCl2的(200)晶面,并与暴露在BaCl2表面的Ba原子形成Ba-N键.这种强相互作用诱导了三嗪结构单元的定向富集和聚合,从而形成面内有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)结构.同时,Ba原子通过Ba-N键稳定地锚定在g-C_(3)N_(4)结构中,构建了Ba原子注入的面内高度有序结晶结构的g-C_(3)N_(4)纳米棒.实验和理论计算结果表明,由于Ba原子和N原子的电负性差异,电子从Ba原子迁移到N原子,形成缺电子的Ba活性位点.注入的Ba原子起到正电荷中心的作用,氧气分子以Pauling构型稳定地吸附在Ba原子上,该吸附构型使得O-O键不易断裂并增强了*OOH中间体的稳定性,从而抑制了四电子氧还原生成水的反应,有效地提高了两电子氧还原的选择性,最终实现高效的光催化H_(2)O_(2)合成.其中,最优的BI-CN3(三聚氰胺和BaCl2质量比为9:2)光催化生成H_(2)O_(2)的速率达到353μmol L^(-1) h^(-1),是原始g-C_(3)N_(4)的6.1倍,且表现出良好的光催化循环使用性能.同时,BI-CN3光催化剂表现出更强的表面光电压信号、光电流信号以及更低的荧光强度,表明其具有更强的光生电荷分离和迁移效率.综上,本文不仅为构建具有面内高结晶度和原子级活性位点的g-C_(3)N_(4)光催化剂提供了一种新策略,还为提高两电子氧还原反应的选择性提供了新思路,可为光催化H_(2)O_(2)的高效、绿色合成提供了参考. 展开更多
关键词 H_(2)O_(2)光合成 石墨相氮化碳 Ba原子注入 高选择性两电子氧还原 面内高结晶度
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气体扩散电极电合成过氧化氢技术研究进展
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作者 杨武霖 易可欣 +5 位作者 袁夏雨 黄兴俊 倪金元 胡君杰 王丽君 刘盛 《四川师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第5期596-610,F0003,共16页
过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种高效的氧化剂,被广泛应用于化学合成、消毒杀菌和废水处理.通过二电子氧还原反应(2e^(-)ORR)原位电合成H_(2)O_(2)的方法具有高性能和环保性,可作为传统蒽醌工艺的替代策略.气体扩散电极(GDEs)可作为阴极,通... 过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种高效的氧化剂,被广泛应用于化学合成、消毒杀菌和废水处理.通过二电子氧还原反应(2e^(-)ORR)原位电合成H_(2)O_(2)的方法具有高性能和环保性,可作为传统蒽醌工艺的替代策略.气体扩散电极(GDEs)可作为阴极,通过电催化生产H_(2)O_(2),具有更低的成本、更低的能耗和更高的氧气利用效率等优点.探讨GDEs作为阴极时通过2e^(-)ORR产H_(2)O_(2)的机制;讨论GDEs的基本构型、原理及优化方法;分析GDEs催化剂的种类及优势;展望了GDEs作为阴极原位制备H_(2)O_(2)时存在的挑战,为推动2e^(-)ORR原位电合成H_(2)O_(2)迈向市场化提供借鉴. 展开更多
关键词 气体扩散电极 过氧化氢 碳材料催化剂 二电子氧还原
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氮磷掺杂方式对氧化石墨烯催化氧还原制H_(2)O_(2)性能的影响 被引量:1
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作者 孙泽涵 刘祥瑞 +1 位作者 王昭晖 陈咏梅 《化学研究》 CAS 2022年第5期414-420,共7页
控制氧气在阴极上发生2电子还原(2e-ORR)过程可以实现电化学法制备过氧化氢(H_(2)O_(2)),从而满足现场制备低浓度H_(2)O_(2)水溶液的需求。已有研究表明氮或磷元素掺杂的碳基材料作为阴极有助于提高2e-ORR过程选择性,然而其作用机理尚... 控制氧气在阴极上发生2电子还原(2e-ORR)过程可以实现电化学法制备过氧化氢(H_(2)O_(2)),从而满足现场制备低浓度H_(2)O_(2)水溶液的需求。已有研究表明氮或磷元素掺杂的碳基材料作为阴极有助于提高2e-ORR过程选择性,然而其作用机理尚有争论。本研究以尿素为氮源、磷酸为磷源使用水热法对于氧化石墨烯(GO)进行改性,探究了不同掺杂方式(投料顺序、比例等)对改性GO的结构、电化学性能及电解制备H_(2)O_(2)效率的影响,并从改性GO中N、P元素的存在形式及其催化2e-ORR性能之间的构效关系角度进行了系统讨论。 展开更多
关键词 氧气2电子还原过程(2e-orr) 氧化石墨烯(GO) 氮掺杂 磷掺杂 过氧化氢
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Bifunctional Mo-doped FeCo–Se aerogels catalysts with excellent OER and ORR activities for electro-Fenton process
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作者 Fengjiang Chen Fan Yang +7 位作者 Sai Che Hongchen Liu Chong Xu Neng Chen Yankun Sun Chunhui Yu Zhijie Wu Yongfeng Li 《Green Chemical Engineering》 EI CSCD 2023年第3期365-375,共11页
Antibiotic pollution in aqueous solutions seriously endangers the natural environment and public health.In this work,Mo-doped transition metal FeCo–Se metal aerogels(MAs)were investigated as bifunctional catalysts fo... Antibiotic pollution in aqueous solutions seriously endangers the natural environment and public health.In this work,Mo-doped transition metal FeCo–Se metal aerogels(MAs)were investigated as bifunctional catalysts for the removal of sulfamethazine(SMT)in solution.The optimal Mo_(0.3)Fe_(1)Co_(3)–Se catalyst can remove 97.7% of SMT within 60 min(SMT content:10 mg/L,current intensity:10 mA/cm 2).The unique porous cross-linked structure of aerogel confered the catalyst sufficient active sites and efficient mass transfer channels.For the anode,Mo_(0.3)Fe_(1)Co_(3)–Se MAs exhibits superior oxygen evolution reaction(OER)property,with an overpotential of only 235 mV(10 mA/cm 2).Compared with Fe_(1)Co_(3) MAs or Mo_(0.3)Fe_(1)Co_(3) MAs,density functional theory(DFT)demonstrated that the better catalytic capacity of Mo_(0.3)Fe_(1)Co_(3)–Se MAs is attributed to the doping of Mo species and selenization lowers the energy barrier for the*OOH to O_(2) step in the OER process.Excellent OER perfor-mance ensures the self-oxygenation in this system,avoiding the addition of air or oxygen in the traditional electro-Fenton process.For the cathode,Mo doping can lead to the lattice contraction and metallic character of CoSe_(2),which is beneficial to accelerate electron transfer.The adjacent Co active sites effectively adsorb*OOH and inhibit the breakage of the O–O bond.Rotating ring disk electrode(RRDE)test indicated that Mo_(0.3)Fe_(1)Co_(3)–Se MAs has an excellent 2e^(-)ORR activity with H_(2)O_(2) selectivity up to 88%,and the generated H_(2)O_(2) is activated by the adjacent Fe site through heterogeneous Fenton process to generate⋅OH. 展开更多
关键词 Transition metal AEROGELS Electric Fenton 2e^(-)orr
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