摘要：光催化技术是减轻能源危机和环境污染的有效技术之一。由于光生电子–空穴对的快速复合,单组分光催化剂的光催化效率不高。新型S型异质结光催化剂可以实现光生载流子的有效分离,同时具备强氧化还原能力,因此受到了广泛的关注和研究。对S型异质结光催化剂电子转移机理的深入理解有利于设计出更高效的光催化剂。通过选择合适的表征技术可以有效揭示S型异质结光催化剂的电子转移机理。因此,本文综述了直接和间接表征S型异质结光催化剂电子转移机理的技术。对于每种表征技术,首先对基本原理进行简述,然后通过代表性示例加以证明。研究S型异质结光催化剂电子转移机理可以加深对S型异质结光催化剂的理解,为进一步优化光催化系统提供极大帮助。

摘要：开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率,在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应,在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中,Zn_(0.5)Cd_(0.5)S是一种带隙较窄、导带位置较高、耐光腐蚀的还原型光催化剂;然而,单一Zn_(0.5)Cd_(0.5)S中光生电子和空穴的复合率较高,只有少部分光生载流子参与光催化反应,导致量子效率较低而无法达到实际需求。WO_(3)是一种典型的氧化型光催化剂,具有较低的价带位置和较强的氧化能力,是与Zn_(0.5)Cd_(0.5)S耦合构建S型异质结的理想半导体。基于此,本文通过静电纺丝和水热方法将Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米片垂直生长在WO_(3)纳米纤维上,制备了具有核壳结构的WO_(3)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S异质结。功函数的差异驱动Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的电子转移到WO_(3)上,在界面处形成内建电场并使能带弯曲。通过原位光照X射线光电子能谱、电子顺磁共振和时间分辨荧光光谱分析,发现在内建电场、弯曲能带和库仑吸引力的作用下,WO_(3)导带上的光生电子迁移到Zn_(0.5)Cd_(0.5)S价带上并与其光生空穴复合,表明WO_(3)和Zn_(0.5)Cd_(0.5)S之间形成了S型异质结,实现了具有强氧化还原能力的载流子的高效分离。得益于独特的S型光催化机制以及反应物在催化剂表面的有效吸附与活化,没有贵金属助催化剂的情况下,WO_(3)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S异质结在产氢(715 μmol·g^(-1)·h^(-1))和乳酸转化为丙酮酸方面表现出增强的光催化活性,实现了光生电子和空穴的高效利用。原位漫反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了光催化产氢和有机物转化的反应机理。本工作为设计和研究新型S型异质结光催化剂、实现高效产氢耦合有机物转化提供了新的见解。

摘要：当前,高等学校化学类专业本科教育阶段关于“仪器分析实验”教学中涉及的元素分析检测内容主要通过商品化大型仪器进行,包括原子发射、吸收、荧光等,它们能有效满足《高等学校化学类专业指导性专业规范》中关于分析仪器部分基础原理的教学需求。然而,这些仪器均存在价格高昂、结构封闭等问题。基于以上不足,我们结合液体阴极放电(SCGD)技术,设计了便携式微等离子体-原子发射光谱装置的搭建与应用实验。该装置实现了原子发射光谱仪器的小型化,并便于直观演示。在该实验中,学生可以自主搭建装置并自行采集信号,从而提高他们的动手能力以及对仪器构造和原子发射光谱原理的理解。该实验不仅可以实现多种元素的快速、灵敏分析和检测,而且极大地降低了实验成本,培养学生的学习兴趣和创新意识,达到良好的教学效果。此外,该实验方案极富趣味性,有利于培养学生的创新思维和科研能力。与传统分析仪器相比,改进后的仪器装置价格低廉,易于实验教学推广,从而增强学生的实验参与感,提高教学效果。

摘要：半导体光催化技术为太阳能的高效利用提供了巨大的潜力.尽管众多单一半导体材料,如TiO_(2),CdS,g-C_(3)N_(4)等,已被广泛制备并用于光催化反应,但在单一光催化剂中,光生电子和空穴常因强库仑引力作用而迅速复合,导致光催化效率较低,难以实现大规模产业化应用.针对这一问题,开发S型异质结光催化剂成为提高催化效率的有效途径之一.该异质结不仅能实现氧化还原位点在空间上的有效分离,同时保持了较强的氧化还原能力.然而,目前关于空间分离对光催化氧化产物选择性的影响研究较少.因此,深入探究S型异质结光催化剂中空间分离对产物选择性的作用机制,对于优化光催化过程、提高产物选择性具有重要意义.本文构建了具有良好暴露活性位点的2D/2D层状BiOBr/ZnIn_(2)S_(4)S型异质结(BOB/ZIS).实验发现,在纯ZnIn_(2)S_(4)体系中,由于无法实现空间上的有效电荷分离,氧还原反应(ORR)生成的H_(2)O_(2)在光生空穴的作用下进一步转化为•OH(羟基自由基),其氧化能力超过了体系中的光生空穴,导致2,5-呋喃二甲醛被过度氧化为经济性不高的产物呋喃二甲酸.在BOB/ZIS异质结中,我们实现了光生电子-空穴的有效转移和丰富的活性中心利用.ZnIn_(2)S_(4)价带上的电子通过ORR持续生成H_(2)O_(2)(1.15 mmol∙L^(-1),5 h),而BiOBr导带上的空穴则将5-羟甲基糠醛(HMF)氧化为具有高经济价值的2,5-呋喃二甲醛(有机合成中有价值的中间体).这一结果证实了S型异质结中光生电子-空穴的有效空间分离能够同时促进H_(2)O_(2)的产生和HMF的选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛.这一发现不仅揭示了S型异质结在光催化反应中的优势,还证实了其相对于传统牺牲剂的经济可行性.原位光照X射线光电子能谱、飞秒超快瞬态吸收光谱和密度泛函理论计算均证实,在BOB/ZIS界面之间构建了S型电荷转移机制,加速了光生电子-空穴对的转移动力学.此外,通过原位傅里叶变换红外光谱研究了催化剂表面HMF氧化过程中官能团的变化,不仅加深了对纯ZnIn_(2)S_(4)体系中HMF过度氧化现象的认识,还揭示了S型异质结在选择性氧化HMF和原位生成H_(2)O_(2)中的独特光催化机制.综上所述,本文构建了2D/2D层状BiOBr/ZnIn_(2)S_(4)S型异质结,不仅实现了光生电子-空穴的有效空间分离,还提高了产物选择性和光催化效率.本文通过深入研究S型异质结在光催化反应中的作用机制,为调控光催化产物提供了新的见解,并为有机合成相关反应中S型异质结的设计提供了借鉴.

摘要：过氧化氢是一种高效的绿色氧化剂,广泛应用于纸浆漂白、外科消毒、废水处理和化学合成等领域.目前,过氧化氢的工业生产仍依赖于传统的蒽醌氧化法,该方法存在能耗高、污染大以及工艺复杂等问题.以太阳能为驱动力,水和氧气作为原料,利用半导体材料光催化生产过氧化氢被认为是一种清洁、安全、经济和节能的技术.该技术的关键是开发高效稳定的半导体光催化材料.共价有机框架(COF)是一种可用于光催化产过氧化氢的新型晶态多孔有机材料,具有结构可调控、密度低、比表面积大、热稳定性和化学稳定性高等优点,但其应用受到光生载流子快速复合的限制.将助催化剂金纳米粒子负载在COF表面,可以有效促进光生载流子的迁移与分离,从而获得较好的光催化产双氧水性能.然而,这方面的研究尚未受到较多的关注.本文采用NaBH_(4)还原法将金纳米粒子原位负载在一种空心球状COF(TB-COF)的表面,制得了不同Au含量的Au/TB-COF复合物(记为AT-x,其中x代表复合物中Au的质量百分含量),并系统研究了该材料光催化生产过氧化氢的性能.粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶转换红外光谱(FT-IR)等表征结果证明了Au/TB-COF复合物的成功制备,且发现原位负载的金纳米粒子并没有改变TB-COF的晶型、形貌和化学结构.在光催化反应中,以乙醇作为牺牲剂时,复合物AT-1的性能最佳,表现出最高的过氧化氢生成速率常数(Kf)和最低的过氧化氢分解速率常数(Kd),在可见光照射下过氧化氢生成速率达到6067μmol g^(-1)h^(-1),超过大多文献报道的COF基光催化剂性能.经4次光催化循环反应后,AT-1催化生成过氧化氢的产率略有下降,且FTIR谱、XRD谱和FESEM显示光催化反应前后AT-1的结构和形态几乎没有变化,表明其具有较好的光催化稳定性.此外,在本实验所制得的AT-x复合物中,AT-1具有最短的荧光平均寿命、最大的光电流响应和最小的阻抗,表明其具有最高的光生载流子迁移和分离能力.原位辐照X射线光电子能谱结果表明,界面电子在光照前后均从TB-COF转移到金纳米粒子,与密度泛函理论计算结果一致.电子顺磁共振和原位漫反射傅里叶变换红外光谱等实验证实了光催化过程中超氧自由基的存在,这表明AT-1光催化生产过氧化氢是连续两步单电子氧气还原的过程.实验还发现,当O_(2)被N_(2)替代时,几乎检测不到过氧化氢的产生,说明过氧化氢来源于O_(2)的还原反应.当用硝酸银和对苯醌分别作为捕获剂来消除·O_(2)^(−)和e^(−)时,光催化过氧化氢的产率显著下降,可推断·O_(2)^(−)和e^(−)是产生过氧化氢的关键物种.综上,本文详细研究了金纳米粒子作为助催化剂对COF光催化生成过氧化氢性能的促进作用,可为设计高效光催化生成过氧化氢的COF基催化剂提供参考.目前,光催化生产过氧化氢技术仍处于起步阶段,其产率仍处于mmol g^(-1)h^(-1)的水平,尚不能达到工业生产要求.开发高效的半导体催化剂是实现高效光催化生产过氧化氢的关键.未来还需要进一步提高光催化产过氧化氢的生成效率和选择性,解决O_(2)的有效吸附、可见光有效利用、光生载流子的分离与转移效率等问题,以推进光催化产过氧化氢技术的工业生产和商业应用.

摘要：采用传统的高温固相法合成出了硫元素掺杂的具有473 nm和525 nm双发射的UCr_(4)C_(4)型RbNa_(3)(Li_(12)Si_(4)O_(16-y)S_(y)):Eu^(2+)窄带蓝光荧光粉,并在UCr_(4)C_(4)结构中实现零热猝灭发光性能,其发光积分强度在250℃下提升至室温的107%。Eu^(2+)离子的格位占据分析及缺陷表征揭示了对应的发光调控和零热猝灭机理。采用阳离子取代策略(Ti^(4+)部分取代Si^(4+))成功消除了荧光粉位于525 nm的肩带峰,将蓝光色纯度从61.1%提升至83.7%,使RbNa_(3)(Li_(12)Si_(3)O_(16-y)S_(y)):Eu^(2+)荧光粉有望成为应用于液晶显示背光的蓝色发光候选材料,为UCr_(4)C_(4)型发光材料零热猝灭性能的实现及色纯度的优化提供了新的设计思路。

摘要：设计并合成4种N-羟乙基脂肪酸酰胺类捕收剂,分别为N-羟乙基亚油酸酰胺(ELOA)、N-羟乙基油酸酰胺(EOA)、N-羟乙基蓖麻油酸酰胺(EROA)、N-羟乙基硬脂酸酰胺(ESOA)。考察4种捕收剂对湖南凤凰-花垣地区低品位碳酸锰矿的浮选行为。锰品位为11.49%的原矿,通过一次粗选工艺后,捕收能力顺序为:ELOA≈EOA>EROA>ESOA。其中,经过化合物ELOA和EOA浮选后的精矿中锰的品位分别为14.86%、14.69%,回收率分别为81.85%、83.54%。通过表面张力、Zeta电位、IR及量子化学计算探究捕收剂与锰矿之间的作用机理。结果表明:4种N-羟乙基脂肪酸酰胺类化合物和锰矿之间是化学吸附作用;捕收剂能明显地降低溶液的表面张力,降低矿物表面的动电位;分子中的负电荷主要集中在N,O原子上,分子与矿物表面的Mn具备多个作用位点及多种作用模式。

摘要：为寻找高效抗氧化剂,本文采用量子化学方法,在"万能抗氧化剂"硫辛酸的结构基础上,设计、研究了16种不同碳链长度、不同成环原子类型、不同成环原子个数的硫辛酸类似物。以X-Y键的解离焓DBE和分子电离势IP为理论指标评价了这些化合物的抗氧化性。研究结果表明,成环原子数目、分子碳链长度、成环原子类型对BDE和IP产生不同程度的影响。其中,成环原子数目、分子碳链长度对抗氧化性影响较小,成环原子类型影响较大。硫辛酸的含硒类似物有可能成为新型的高效抗氧化剂。HOMO能级顺序与IP数值预测的抗氧化性的顺序一致,较好的阐明了结构对硫辛酸类物质抗氧化性的影响。计算结果为新型抗氧化剂的设计、合成提供了理论支撑。

摘要：本文以近十几年所发表的论文为主 ,同时也参考了早些年的研究文献 ,综合介绍了氢化物发生与电感耦合等离子体质谱联用的分析方法 ,主要比较了研究工作者们沿用的各类氢化物发生器的构造和性能 ,分析测试中主要存在的问题 。

摘要：多孔材料因其潜在的气体存储、吸附、分离和催化等性质,一直以来是化学家、材料学家的研究热点方向之一。选择合适的有机前驱体是设计合成多孔材料的关键。本文对卟啉基多孔材料进行了简单的阐述,主要分金属有机框架、共价有机框架和多孔有机框架三个方向。在此基础上对该方向的前景进行了展望。