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纳米前沿最新集锦20170605

1. JACS: C3N4光催化HER

g-C3N4在光解水制H2反应中具有可观的活性和稳定性,但是人们对于其中的电子传导机制尚不是特别清楚。本文中作者利用飞秒级的透射吸收谱(transient absorption (TA) spectroscopy )研究了这一过程。他们发现将体相的g-C3N410%剥离的C3N4混合后可以将其HER性能提升约两倍(2050 to 3810 μmol h–1 g–1 )。通过TA谱他们发现光生电子在剥离的C3N4上以接近分子扩散极限的速率猝灭。在混合样品上TA谱的衰减速率为1/ke′ = 660ps 而在纯的g-C3N4 1/ke = 4.1 ns。在体相g-C3N4上的载流子生成的效率大约65%,而在剥离材料上则几乎不对载流子的生成产生贡献。因而在该材料上电子的传导机制是在g-C3N4上产生的电子在表面发生链终止反应生成氢气。

Ultrafast Spectroscopy RevealsElectron-Transfer Cascade That Improves Hydrogen Evolution with Carbon NitridePhotocatalysts

J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.7b02869

 

2. JACS: 钙钛矿捕获态钝化

在钙钛矿太阳能电池中,对于捕获态(Trap state)的钝化是提升其性能的重要途径。本文中通过引入Cu(thiourea)I与钙钛矿中未饱和配位的金属离子和卤素离子之间产生相互作用,可以使得捕获态的能量从0.34-0.45 eV降低到0.25-0.35eV。此外Cu(Tu)I的引入还与钙钛矿形成了p-i节,大幅提升了空穴的迁移距离(126 nm提升至265 nm)。由于上述两种因素使得Cu(Tu)I作为p型半导体的性能远好于CuI,其效率可达19.9%


A Breakthrough Efficiency of 19.9%Obtained in Inverted Perovskite Solar Cells by Using an Efficient Trap StatePassivator Cu(thiourea)I

J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.7b01439


3. Angew: Fe-N-C催化H2O2还原

Fe-N-C材料被视为低温燃料电池中Pt催化剂的潜在替代催化剂。对于Fe-N-C催化的ORR反应过程中会伴随H2O2的生成,影响反应的选择性和效率,同时也影响电池材料的稳定性。本文中作者设计了含有N掺杂C材料包裹FeNxCyFe纳米颗粒等位点的催化剂,他们发现这些CNx包裹的物种对于H2O2还原均有一定活性,且FeNxCy物种的性能更好。但是纯的Fe纳米颗粒或者纯的CNx则没有活性。

Unraveling the Nature of Sites Activetoward Hydrogen Peroxide Reduction in Fe-N-C Catalysts

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704356

 

4. Angew: 氧化石墨烯歧化脱氧

通过湿法化学制备完整的石墨烯至今依然存在较大挑战。一般而言在热处理的过程中伴随CO2的脱除都会使得石墨烯的C层撕裂或者产生较多的缺陷。本文中作者通过拉曼和原子分辨的HRTEM研究了不同含量O功能基团的氧化石墨烯的热处理过程中的反应机制。他们发现,除了传统的CO2脱除过程,还存在表面的歧化反应过程,含O基团以自由基的形式脱除,在表面留下空穴并得到完整的石墨烯层。

Thermal disproportionation ofoxo-functionalized graphene

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704419

 

5. Angew: 纤维素纳米纤维自清洁膜

本文中作者发现,在固体表面通过简单地沉积一层纤维素纳米纤维膜就可以将表面沉积的从机动车油到丁醇等油性污垢通过简单的水洗就可以清洁干净。这种自清洁作用与纤维素的官能团结构相关,在单股纤维素上,其表面的羧基和羟基形成了致密的各向同性地极性冠。这种极性核冠结构提供了一种高效的油水分离途径。

Simple Nanocellulose Coating forSelf-Cleaning upon Water Action: Molecular Design of Stable SurfaceHydrophilicity

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201703913

 

6. Angew: 单位点Co催化剂直接光解水

对于大部分的光解水反应,一般在不存在牺牲剂的条件下的性能都不太好。本文中作者将g-C3N4进行简单的磷化处理后负载得到单原子分散的Co催化剂,通过同步辐射X射线吸收表面其结构为Co1-P4配位模式。这种单位点的催化剂可以大幅提高载流子的分离效率和光解水的催化活性。这种配位不饱和的单位点Co使得载流子的寿命提高了20倍,其HER的速率达410.3 μmol/h/g。其500nm处的量子效率为2.2%

Single-siteactive cobalt-based photocatalyst with long carriers lifetime for spontaneousoverall water splitting

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704358

 

7. Angew: Au NPs相变自由基杂化材料抗肿瘤

对于肿瘤治疗的常规的基于氧自由基方法中的光热疗和化疗是两种有潜力的肿瘤治疗方案。但是在肿瘤细胞周围的缺氧环境中限制了自由基的产生,从而降低了上述方案的效率。本文中作者引入了可以发生相变(由固态分解为自由基)的非O自由基作为抗肿瘤材料AIPH,并将其包裹在Au纳米颗粒中,进一步通过AuNPs光照后产生的热效应释放自由基从而达到杀死肿瘤细胞的目的。

A Hybrid Nanomaterial for the ControlledGeneration of Free Radicals and Oxidative Destruction of Hypoxic Cancer Cells

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201702898

 

8. Angew: Au-Fe3O4自组装囊泡

Janus两性纳米颗粒相对于单个纳米粒子一般而言在成分调控、表面电荷分部、偶极矩等方面具有独特的性质。而通过自组装可以将纳米粒子的光电磁等性质进行耦合。本文中作者实现了Au-Fe3O4Janus纳米颗粒的可控自组装。在Au-Fe3O4Janus纳米颗粒中的AuFe3O4上分别吸附不同的表面活性剂后便可以促进其进行自组装。其组装的结构与脂质体中的分子类似,是头头相对的两层膜。而且,通过调配AuFe3O4的表面配体可以使得其组装方式发生反转。该材料结合了AuSPR性质和Fe3O4的磁性性质,使得该材料在生物成像中具有极大的优势。

Double-Layered Plasmonic-Magnetic Vesiclesby Self-Assembly of Janus Amphiphilic Au–Fe3O4 Nanoparticles

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201702572

 

9. Angew: 合成氨催化剂表面LiFe活性中心

本文中作者发现,在合成氨反应中表面LiH物种的形成可以提高使得Fe催化剂的性能提高3倍。通过光谱和质谱表征作者发现了表面形成的LiFeH物种,该物种被视作合成氨反应的活性中心,与在纯的Fe或者Ru基催化剂上的反应过程不同,在该位点上N2H-发生氧化还原反应形成Fe-(NH2)-LiLiNH2

The Formation of Surface Li-Fe TernaryHydride and its Function on Catalytic Ammonia Synthesis at Low Temperatures

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201703695

 

10. Angew: OER表面活性O物种识别

在过渡金属催化的OER中由于中间体物种存在时间较短一般手段难以捕捉其信息。本文中作者通过引入一种探针分子tetraalkylammonium (TAA)Ni(OH)2表面催化的OER反应进行了研究。TAA具有表面活性剂的性质,在催化剂表面会与OER反应中的活性氧物种产生相互作用从而使其中的氢键信息发生变化。结合同位素交换实验和不同pH下的光谱信号,作者发现在无序Ni(OH)2表面引入Fe3+离子之后可以大幅改变表面的质子交换性质和OER反应机制并且大幅提高催化活性。

Chemical recognition of active oxygenspecies on the surface of oxygen evolution reaction electrocatalysts

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201701984

 

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