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[Cu_(2)O_(x)]^(2+)-ZSM-5结构及其催化甲烷氧化生成甲醇机理
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作者 边帅 左志军 +1 位作者 黄伟 阎智锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期316-322,共7页
铜基分子筛催化剂是一种可在低温条件下将甲烷直接催化转化为甲醇的催化剂。为探究双核铜中心的[Cu_(2)O_(x)]^(2+)-ZSM-5(x=1,2)的结构及其催化甲烷直接氧化生成甲醇的反应机理,基于密度泛函理论,根据[Cu_(2)]^(2+)-ZSM-5在O_(2)预处... 铜基分子筛催化剂是一种可在低温条件下将甲烷直接催化转化为甲醇的催化剂。为探究双核铜中心的[Cu_(2)O_(x)]^(2+)-ZSM-5(x=1,2)的结构及其催化甲烷直接氧化生成甲醇的反应机理,基于密度泛函理论,根据[Cu_(2)]^(2+)-ZSM-5在O_(2)预处理后形成的[Cu_(2)O_(2)]^(2+)-ZSM-5结构及其稳定性差异,研究了[Cu_(2)O_(2)]^(2+)-ZSM-5→[Cu_(2)O]^(2+)-ZSM-5→[Cu_(2)]^(2+)-ZSM-5连续催化CH_(4)直接氧化生成CH_(3)OH的过程。结果表明,[Cu_(2)]^(2+)-ZSM-5更倾向于形成[(CuO)_(2)]^(2+)-ZSM-5,[CuOOCu]^(2+)-ZSM-5和[CuO_(2)Cu]^(2+)-ZSM-5三种含有O-O键的[Cu_(2)O_(2)]^(2+)-ZSM-5催化剂结构,而O-O键断裂形成的[CuOCuO]^(2+)-ZSM-5所需克服的能垒较高,且稳定性差。[(CuO)_(2)]^(2+)-ZSM-5,[CuO_(2)Cu]^(2+)-ZSM-5,[CuOOCu]^(2+)-ZSM-5和[Cu_(2)O]^(2+)-ZSM-5均可催化CH_(4)直接氧化生成CH_(3)OH。[CuO_(2)Cu]^(2+)-ZSM-5表现出最高的催化活性,催化氧化CH_(4)生成CH_(3)OH反应控速步骤为吸附态CH_(4)的解离,能垒为150.69 kJ/mol,总反应热为-131.60 kJ/mol。电子结构分析表明,当O原子具有较高的电子离域性和更靠近费米能级的p带中心时,其催化活性较高。 展开更多
关键词 [cu_(2)o_(x)]^(2+)-ZSM-5 [cu_(2)o]^(2+)-ZSM-5 甲烷直接氧化 甲醇 氧气 密度泛函理论
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充分稳定和暴露的铜基异质结实现CO_(2)高效电还原制乙醇
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作者 蒋兴星 赵雨昕 +5 位作者 孔艳 孙建桔 冯上照 胡琪 杨恒攀 何传新 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期216-225,共10页
二氧化碳(CO_(2))虽然被视为破坏生态环境的温室气体,但也是储量最丰富的碳资源,对其进行转化和利用将对社会环境和能源结构产生深远影响.电化学还原CO_(2)(CO_(2)RR)不仅转化效率高,而且成本较低,有望实现规模化生产.在众多催化剂中,... 二氧化碳(CO_(2))虽然被视为破坏生态环境的温室气体,但也是储量最丰富的碳资源,对其进行转化和利用将对社会环境和能源结构产生深远影响.电化学还原CO_(2)(CO_(2)RR)不仅转化效率高,而且成本较低,有望实现规模化生产.在众多催化剂中,廉价易得的铜基催化剂被认为是电化学催化还原CO_(2)生成高附加值产物的理想催化剂之一,其中铜氧化物的存在是CO_(2)RR生成高附加值产物的关键.然而,CO_(2)RR过程是在负电位下进行的,当施加电位低于‒0.1 VRHE时,铜氧化物很容易被还原为金属态铜.因此,催化剂稳定氧化态铜的能力在保持连续、高效和稳定的CO_(2)RR产多碳产物性能中至关重要.本文将简单的O_(2)等离子体处理技术与静电纺丝技术相结合,合成了多孔碳纳米纤维负载的Cu/Cu_(x)O异质结催化剂,并考察了其催化CO_(2)RR的性能.在静电纺丝过程中,Cu-ZIF-8前驱体的加入使得热处理后的原丝纤维中形成了丰富的网络贯穿多孔结构,该结构有效地实现了铜纳米颗粒的均匀分散;随后,通过O_(2)等离子体处理技术,在碳纳米纤维中构建了大量的开放介孔,为CO_(2)的吸附和反应提供了有利环境,并使Cu/Cu_(x)O异质结位点暴露于反应界面.电化学性能测试结果表明,在400 mA cm^(‒2)电流密度下,独特的Cu/Cu_(x)O异质结活性位点电催化还原CO_(2)生成乙醇的法拉第效率可达70.7%,该性能优于未经O_(2)等离子体处理的多孔铜纳米纤维.此外,高暴露的Cu/Cu_(x)O异质结活性位点显著地增加实际参与反应的活性位点数量,经计算Cu/Cu_(x)O异质结CO_(2)RR产乙醇的质量活性高达8.4 A mg^(‒1),是目前报道生产乙醇的较高质量活性.多孔碳纳米纤维衬底不仅具有协同电子输运能力,而且在CO_(2)RR测试中施加的负电压有助于维持Cu/Cu_(x)O异质结构的稳定性,使其在高电流密度下能够保持长时间的催化稳定性.此外,本文利用原位拉曼光谱和红外光谱、有限元模拟及密度泛函理论计算等方法深入研究了Cu/Cu_(x)O异质结的催化机理.原位拉曼光谱和红外光谱表征结果证实了在CO_(2)RR过程中Cu_(x)O的动态稳定状态以及关键信号*CO和C‒C键的存在;理论计算表明,Cu/Cu_(x)O异质结的存在促进了关键中间体*CO的溢流,降低了C‒C耦合过程的反应能垒,从而提高了还原产物乙醇的产率.综上,本文成功地在多孔铜纳米纤维中引入氧化物物种,并优化了纤维孔结构.其表现出了较好的电催化还原CO_(2)性能,可高选择性生成乙醇,其独特的多孔碳纤维结构充分暴露了活性位点,实现了较高的质量活性.本文所采用的催化剂组分和微观结构的调控策略为提升电催化中催化剂稳定性和催化活性提供了有益的借鉴. 展开更多
关键词 二氧化碳电还原 cu/cu_(x)o异质结 开口孔结构 质量活性 乙醇
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NiO_(x)/BiVO_(4)/C/Cu_(2)O纳米线光阴极的制备及其在污泥制氢系统中的应用
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作者 刘鹏 张梦雪 +3 位作者 李鸿江 马媛 吴祖召 顾莹莹 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1444-1450,共7页
微生物光电化学池(BPEC)系统是一种将生物阳极与光阴极耦合,利用太阳能和生物能进行产氢的新型绿色技术。以较廉价的Cu_(2)O纳米线为基底,通过C层与稳定的BiVO_(4)构建异质结,添加助催化剂合成NiO_(x)/BiVO_(4)/C/Cu_(2)O纳米线光阴极;... 微生物光电化学池(BPEC)系统是一种将生物阳极与光阴极耦合,利用太阳能和生物能进行产氢的新型绿色技术。以较廉价的Cu_(2)O纳米线为基底,通过C层与稳定的BiVO_(4)构建异质结,添加助催化剂合成NiO_(x)/BiVO_(4)/C/Cu_(2)O纳米线光阴极;以剩余污泥为底物,构建了BPEC系统及微生物燃料电池(MFC)与BPEC耦合(MFC-BPEC)系统,研究其污泥减量及产氢效果。结果表明,制备的NiO_(x)/BiVO_(4)/C/Cu_(2)O纳米线光阴极在-0.8 V(vs Ag/AgCl)偏压下达到了-5.20 mA/cm^(2)的光电流密度。构建的BPEC系统和MFC-BPEC系统可利用污泥中的化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)、蛋白质及多糖为底物产氢,与BPEC系统相比,串联两个MFC的MFC-BPEC(DMFC-BPEC)系统可以显著提高污泥降解速率和氢气产率(分别为377.75 mg/(L·h)和15.50 mg/g)。研究为利用太阳能驱动的微生物电化学系统实现污泥减量化与资源化提供了理论依据。 展开更多
关键词 MFC-BPEC系统 Nio_(x)/BiVo_(4)/C/cu_(2)o纳米线光阴极 生物阳极 污泥
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TiO_(2)@C@Cu_(x)O的设计合成及其对酸性染料的光催化降解研究
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作者 周雨静 谭贺云 +4 位作者 梁刚锋 孙巧萍 张帆帆 蔡元韬 郝仕油 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期218-227,共10页
以罗丹明B(RhB)、Cu(NO_(3))_(2)、Ti(SO_(4))_(2)为原料,通过共沉积法合成TiO_(2)@C@Cu_(x)O前驱物,在惰性气体中煅烧前驱体获得目标产物.同时,利用XRD、PL、FT-IR、UV-Vis、Raman、XPS等技术对样品结构性能进行表征,结果表明,产物为... 以罗丹明B(RhB)、Cu(NO_(3))_(2)、Ti(SO_(4))_(2)为原料,通过共沉积法合成TiO_(2)@C@Cu_(x)O前驱物,在惰性气体中煅烧前驱体获得目标产物.同时,利用XRD、PL、FT-IR、UV-Vis、Raman、XPS等技术对样品结构性能进行表征,结果表明,产物为锐钛矿结构;碳、铜的引入可提高产物对可见光的吸收,高效产生光生电子与空穴;前驱物中RhB可高效转化为碳,并形成数量较多的碳键,利于光电子和空穴分离.最后,以酸性红14(AR14)为探针分子考察TiO_(2)@C@Cu_(x)O的光催化活性,结果表明,合成的TiO_(2)@C@Cu_(x)O对AR14均具有较好的光催化降解效果,其中,TiO_(2)@C@Cu_(x)O-2的降解效率最好. 展开更多
关键词 Tio_(2)@C@cu_(x)o 设计合成 酸性染料 光催化降解 电子-空穴对
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Cu_(x)O用于调控全无机碳基CsPbI_(2)Br钙钛矿太阳能电池的界面性能 被引量:1
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作者 孙北 郑申申 +5 位作者 迟文晖 陈康来 张翔 徐坤宇 陈华梅 谢亚红 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2818-2826,共9页
基于CsPbI_(2)Br的全无机碳基钙钛矿太阳能电池由于碳电极与钙钛矿层间接触性能较差和能带不匹配等问题,导致其光电转化效率较低。本文采用简单的葡萄糖还原法结合煅烧技术制备了两种不同形貌和结构的规则八面体构型Cu_(x)O,将之作为无... 基于CsPbI_(2)Br的全无机碳基钙钛矿太阳能电池由于碳电极与钙钛矿层间接触性能较差和能带不匹配等问题,导致其光电转化效率较低。本文采用简单的葡萄糖还原法结合煅烧技术制备了两种不同形貌和结构的规则八面体构型Cu_(x)O,将之作为无机空穴传输材料,制备了结构为导电玻璃(FTO)/SnO_(2)/CsPbI_(2)Br/Cu_(x)O/C的碳基钙钛矿太阳能电池,研究了Cu_(O)和Cu_(2)O的形貌、结构对光电性能的影响机制。结果显示:Cu_(O)和Cu_(2)O皆具有良好的化学稳定性和p型载流子传输特性,可有效增强CsPbI_(2)Br钙钛矿层与碳电极层之间的界面接触,改善载流子传输性能,减少电荷复合,延长光电子寿命。基于Cu_(2)O和Cu_(O)的CsPbI_(2)Br基碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSC)器件的光电转换效率最高分别为11.62%和13.22%,分别比空白对照器件的光电转化效率提高了19.5%和36.0%。此外,通过添加Cu_(2)O和Cu_(O),器件在空气中的长期稳定性也得到明显改善,该工作为提高碳基CsPbI_(2)Br钙钛矿太阳能电池的光电性能提供了一种简单有效的方法。 展开更多
关键词 无机钙钛矿太阳能电池 cu_(x)o CsPbI_(2)Br 转化效率 无机空穴传输材料
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Boosting the Activity and Stability of the Photoreduction of Diluted CO_(2) by Copper Oxide Decorated CeO_(2) Hetero-shells
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作者 XIAO Mingjiao LI Di +3 位作者 WEI Yanze HE Yilei WANG Zumin YU Ranbo 《Chemical Research in Chinese Universities》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期513-520,共8页
Inspired by the natural photosynthesis systems,the integrated harnessing and conversion of CO_(2) present a promising solution for addressing the ever-rising global atmospheric concentration of CO_(2).Hollow multi-she... Inspired by the natural photosynthesis systems,the integrated harnessing and conversion of CO_(2) present a promising solution for addressing the ever-rising global atmospheric concentration of CO_(2).Hollow multi-shelled structured(HoMS)photocatalysts,featuring alternating shells and cavities,have recently gained recognition as efficient nano-reactors for capturing CO_(2) molecules and facilitating effective photoreduction within these hierarchical structures,leveraging the preeminent enrichment effect.In this work,to augment the photocatalytic efficacy of HoMS in CO_(2) treatment,highly dispersed Cu_(x)O nanoparticles(NPs)were incorporated on the CeO2 shells through a polymer-assisted impregnation method to create more active sites and strengthen the interaction between the hetero-shells and CO_(2) molecules.The photoreduction of the CO_(2)-to-CO rate under a diluted CO_(2)(15%,volume fraction)atmosphere is improved by the introduction of Cu_(x)O NPs,with the highest CO yielding rate reaching 120µmol·h^(−1)·g^(−1) without any sacrificial reagents.Further comparison experiments and theoretical calculations reveal that the Cu_(x)O NPs promote the adsorption of CO_(2) molecules in HoMS,accelerate the charge transfer efficiency,and stabilize the surface oxygen vacancies(Ovs)during the photoreduction CO_(2) conversion process.We hope these easy-to-prepare HoMS nanoreactors can contribute to the effective enrichment and valorization of CO_(2) in industrial exhaust gases. 展开更多
关键词 Photoreduction Co_(2) cu_(x)o/Ceo_(2)hollow multi-shell structure(HoMS) Hetero-shell
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Two-dimensional Ti_(3)C_(2)T_(X)-nanosheets/Cu_(2)O composite as a high-performance photocatalyst for decomposition of tetracycline 被引量:2
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作者 Qiang Zhao Junli Wang +4 位作者 Zuopeng Li Yong Guo Bing Tang Abuliti Abudula Guoqing Guan 《Carbon Resources Conversion》 2021年第1期197-204,共8页
Construction of photocatalysts with a Schottky heterojunction could realize highly efficient and stable degradation of organic pollutes in the wastewater.In this work,a precipitation method was used to prepare Ti_(3)C... Construction of photocatalysts with a Schottky heterojunction could realize highly efficient and stable degradation of organic pollutes in the wastewater.In this work,a precipitation method was used to prepare Ti_(3)C_(2)T_(X)-nanosheets/Cu_(2)O composite photocatalysts with the Schottky heterojunction for the decomposition of tetracycline(TC)antibiotics under visible light.As-prepared photocatalysts were characterized by various techniques such as X-ray diffraction analysis(XRD),High resolution transmission electron microscopy(TEM)and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS).When the best Ti_(3)C_(2)T_(X)-nanosheets/Cu_(2)O composite was applied for the degradation of TC under visible light,the degradation efficiency reached up to 97.6%only in 50 min.It is considered that superoxide radical(O_(2)^(→))and hole(h^(+))were the main reactive species for the TC degradation,and in the Schottky heterojunction,e^(-)-h^(+)pairs in the catalyst could be transferred and separated effectively,resulting in obviously enhanced photocatalytic efficiency and stability. 展开更多
关键词 Ti_(3)C_(2)T_(x)-nanosheets/cu_(2)o composite P-type semiconductor Schottky hetero-junction Photodegradation Tetracycline antibiotics
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