【摘 要】
：
环境危机和能源危机是人类当前面临的重大问题。在此背景下,开发环境友好型、无碳的可再生清洁能源取代化石燃料,是一个非常有前瞻性的课题。在国家“双碳”的大形势下,发展绿色技术是应景之举。众所周知,光催化裂解水技术能够实现太阳能到化学能源的转化。实现太阳能-化学能高效转化的核心是开发和应用高活性、高稳定性和高选择性的催化剂,因此,深入理解催化剂与其催化活性之间的构效关系非常重要。近年来,固溶体硫锌镉(C
论文部分内容阅读
环境危机和能源危机是人类当前面临的重大问题。在此背景下,开发环境友好型、无碳的可再生清洁能源取代化石燃料,是一个非常有前瞻性的课题。在国家“双碳”的大形势下,发展绿色技术是应景之举。众所周知,光催化裂解水技术能够实现太阳能到化学能源的转化。实现太阳能-化学能高效转化的核心是开发和应用高活性、高稳定性和高选择性的催化剂,因此,深入理解催化剂与其催化活性之间的构效关系非常重要。近年来,固溶体硫锌镉(Cd0.5Zn0.5S)因其带隙合适,导带和价带位置可调节等特点,被广泛的应用于太阳能驱动的催化领域。介于此,本论文以Cd0.5Zn0.5S材料（CZS）为研究模型,针对其存在光生电子和空穴重组率高、催化反应动力学不足的问题,发展其在酸碱性官能团功能化、催化活性位点的激活、反应位点的物理/空间分离方面的改性策略,探究酸碱性官能团与光生载流子转移路径之间的关系,并揭示催化体系结构与光催化裂解水制氢活性之间的作用规律和反应机理。论文主要研究及成果如下:（1）采用热处理方法制备了表面氨基（-NH2）和硫基(S2-)共修饰的硫锌镉纳米颗粒(N-CZS-S2-)。通过瞬态表面光电压（TPV）表征分析发现,N-CZS-S2-与改性前的硫锌镉相比,因结构中有表面-NH2基团和S2-基团修饰,其本征电子结构发生改变,即表面的电性由负变为正负共存。（2）在前面研究的基础上,特定官能团的辅助下,通过光沉积技术合成新型的还原位点和氧化位点物理分离的复合光催化剂(Nix/N-CZS-S2-)。通过物理表征分析得知,Ni团簇的注入,对主催化剂的本征特性不会造成影响,而是起到一个激活反应点位的作用。本论文就Ni团簇如何影响材料光电化学特性也做了探讨,与N-CZS-S2-样品相比,Nix/N-CZS-S2-体系呈现出更低的电子和空穴重组率、更长的荧光寿命和更强的光电流密度。产氢性能检测结果显示,在可见光照射下,Nix/N-CZS-S2-复合材料(32.02 mmol g-1·h-1)较于N-CZS-S2-材料(16.20 mmol g-1·h-1)展现出更佳的产氢活性。催化反应机理研究表明,CZS光生电子通过桥梁-NH2基团转移到金属团簇Ni位点进行析氢,空穴通过桥梁S2-基团被牺牲剂消耗,实现了还原位点和氧化位点的物理分离。（3）进一步优化了催化反应位点的结构分布。利用Co-MOF的光化学不稳定性来设计2D纳米片组装形成的花状助催化剂,将其负载在1D CZS主催化剂上,构建独特的催化还原位点和氧化位点空间分离的2D@1D复合光催化剂（Co Sx-C/Ny@CZS）。为了更好地研究反应位点的物理/空间分离机理,制备其对比材料0D/1D Co Sx/CZS复合材料。通过电子显微镜表征分析得知,2D@1D光催化体系通过光吸收中心和催化活性中心在形态结构上的空间分离实现催化还原为点和氧化位点的空间分离。进一步分析材料的化学组成和电子结构,发现以ZIF-67作为模板创新发展了Co-S-C/N电荷通道,能够改善电荷转移的速率。本论文就高维/低维助催化剂如何影响材料光电化学特性也做了探讨,与Co Sx/CZS样品相比,Co Sx-C/Ny@CZS体系呈现出更低的电子和空穴重组率、更小的界面电阻率和更强的光电流密度。产氢性能检测结果显示,在可见光照射下,Co Sx-C/N2@CZS复合材料(18.57 mmol g-1·h-1)较于Co Sx/CZS材料(13.16 mmol g-1·h-1)展现出更佳的产氢活性。催化反应机理研究表明,光生电子经Co-S-C/N电荷通道转移到2D催化活性中心Co Sx进行析氢,而光生空穴留在1D光吸收中心CZS被牺牲剂消除,实现了还原位点和氧化位点的空间分离,解决了物理分离结构存在的催化活性位点堆积问题。
其他文献
壳聚糖基复合膜材料具有良好的生物降解性、生物相容性、可持续性,被广泛应用于食品包装、组织工程、药物载体和废水净化等领域。然而,壳聚糖薄膜存在力学性能较差、韧性差等问题限制了其应用。本文采用物理交联和化学改性等方法制备了三种壳聚糖基复合膜,通过多交联网络构筑了内部复合结构,实现了对壳聚糖基复合膜机械性能的调控,揭示了网络结构调控机理,并研究了紫外线阻隔、抗氧化和抗菌等性能。主要内容如下:（1）壳聚糖
铜基复合材料具有价格廉价、催化性能优异等优点,因而在电催化、尾气处理、光催化等方面受到广泛关注。对于多相催化,化学反应通常发生在固体催化剂的表面和界面上,电子表面和界面状态的设计对于提高催化剂的催化活性非常重要。因此,本文从调控铜基复合材料的表面和界面的电子状态入手（金属-载体相互作用、表面调控、界面调控）,探究表界面电子调控的调控机理,研究了表面电子状态与原子尺度材料催化性能之间的关系,深入研究
核能的开发和利用可以促进科技发展和缓解能源短缺,但在核能及核技术使用过程中会产生大量放射性废水,其中含有放射性核素锶和铯,它们不仅半衰期长,而且会影响人类健康和生态环境。因此,设计高效的吸附剂从被污染的水体中分离核素锶和铯,引起了大量研究者的关注。层状金属氧化物作为一类阴离子层状材料,由带负电的主体层和柔性层间电荷补偿阳离子组成。其具有优异的阳离子交换能力以及灵活的层间空间,已被广泛应用于去除放射
随着社会的飞速发展,能源和环境问题日渐突出。工业化造成的有机和无机有毒化合物的积累导致水、空气和土壤质量恶化。这些有毒化合物影响生态系统,进而影响人类健康。今天,清洁的水、空气和土壤对改善人类生存条件具有重要意义。在各种环境修复方法中,利用光催化半导体材料和可再生太阳能降解污染物被认为是最有前途的环境修复绿色技术之一。对于光催化降解污染物来说,光生电子-空穴对（PEH）复合率高,低的PEH迁移率,
锂硫电池因其高比容量和高能量密度有望替代锂离子电池成为下一代清洁高效的储能系统。然而,硫正极存在导电性差和充放电过程中的体积膨胀的问题,以及电池充放电过程中不可避免发生的“穿梭效应”现象严重阻碍了锂硫电池的商业应用。将硫封装于导电载体材料中是有效解决锂硫电池上述问题的有效方法,因此,开发具备优异电化学性能的导电载体材料成为制备高性能锂硫电池的关键。在众多锂硫电池载体材料中,氮掺杂碳基多级孔碳基材料
随着全球变暖,节能一直是一个经久不衰的话题,也是当今世界重要的社会意识。不断增长的能源需求,使得二氧化碳排放量增加并导致全球变暖。此外,由于全球变暖,北极极涡在冬季会出现频繁、极端的低温,这种改变会促使平流层中形成云,而这些云能为几十年前由人类排放的含氯氟烃等化学物质提供合适的反应条件,促使其和平流层中的臭氧反应,消耗臭氧。臭氧层出现空洞,到达地表的紫外线辐射便会增强。为了缓解全球变暖效应以及解决
皮肤作为人体面积最大的器官,直接与外界环境相接触,因此皮肤屏障时常会发生破损。皮肤受损后,临床会使用伤口敷料保护创面,直至伤口愈合。然而,目前的伤口敷料功能较为单一,只能为创面提供物理保护,难以治疗伤口处可能发生的细菌感染。因此,开发一种既能够保护创面、释放药物促进伤口愈合,又能抑制微生物感染的多功能新型伤口敷料具有重要意义。本文选用醋酸纤维素为基体材料,添加包合了促血管生成药二甲基乙二酰氨基乙酸
有机-无机杂化金属卤化物（OIHMHs）钙钛矿材料因其优异的光电特性而备受关注,由于其多样的晶体结构以及化学成分使其发光性能具备高可调性。根据杂化钙钛矿ABX3的组成,A位的可选择有机胺种类繁多,和B位的多种金属阳离子,以及卤素离子X（F、Cl、Br、I）,因此杂化金属卤化物类钙钛矿材料具有多样化的晶体结构,而无机金属卤化物骨架的结构类型和畸变程度是受到有机阳离子调控的,从而改变杂化卤化物钙钛矿的
马尾松（Pinus massoniana）是我国重要的商业用材。木质部的射线组织是树木的基本组织并沿着木质部的径向进行排列,在树木的木质部中发挥着多种功能。本论文从木质部射线组织的显微构造、立体构造、分化规律以及细胞壁的化学成分进行研究,结论主要如下。对马尾松和杉木的7个射线组织特征以及8个轴向组织特征进行了定量解剖研究。通过方差分析表明,幼龄材和成熟材在射线组织和轴向组织上存在显著的解剖差异。幼
随着工业化的发展,毒性大、难降解、易生物富集的重金属离子被排放至自然水体并引发严重的生态环境问题。吸附法因其通用性强、操作简便、成本低等特点成为去除重金属离子的有效方式。此外,光催化利用太阳光等作为驱动力将重金属离子还原,可作为吸附法的替代或补充应用于重金属离子污染的治理。然而,现有吸附材料存在吸附容量低、难分离等缺陷,光催化材料也存在光响应范围小、降解效果差等问题。本文以天然生物质牛血清白蛋白为