摘要：在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升光催化效率至关重要.尽管科研人员在设计开发用于光催化反应的新材料方面付出了巨大努力,但对半导体的内在性质、表面活性位点和催化反应机理之间的深层次联系,仍缺乏充分的理解和认识.基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算是揭示材料内禀电子结构性质和反应过程能量变化的重要工具,正逐渐获得研究者的广泛关注.并且,随着计算方法的不断优化,该领域也取得了显著的进步.本文通过系统梳理国内外代表性研究工作,深入探讨了DFT计算在光催化领域中的广泛应用.首先,总结了DFT计算在光催化领域中的六大优势:(1)预测光催化材料的电子结构,如能带结构、能带间隙和能级;(2)预测表面反应的吸附位点、吸附能等变化;(3)在原子水平上揭示电荷转移过程,包括电子和空穴的运动;(4)阐明光催化剂与底物之间的相互作用;(5)预测光催化材料中空位、间隙和掺杂等缺陷的形成及其影响;(6)阐明光催化反应的机理细节,包括中间物种、过渡态和反应途径等.接着,简要概述了常用于第一性原理计算的软件和计算方法,并特别关注了如何利用不同策略来纠正传统DFT方法对半导体电子结构特性的不适当估计.随后,分析了基于DFT计算的半导体电子和能量特性的典型研究案例,如能带结构、态密度、电荷分布、功函数、形成能和吸附自由能等.此外,还详细阐述了半导体催化剂在多种太阳能驱动反应中的基本应用,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、CO_(2)还原反应和氮还原反应等.最后,指出了DFT计算在光催化研究中的机遇与挑战,并展望了未来可能的发展方向.综上,本文系统综述了DFT计算在光催化领域中的广泛应用,旨在深入理解光催化反应中“组成-结构-功能”之间的关系,并为未来开发设计用于太阳能到化学能催化转化的高效稳定催化剂提供参考.

摘要：氨(NH_(3))作为重要的化学品和能源储存介质,需求量与日俱增.本文旨在通过电化学硝酸根还原反应(NO_(3)^(−)RR),将NO_(3)^(−)转化为NH3,不仅解决了NO_(3)^(−)引起的环境污染问题,又可以满足对NH_(3)的迫切需求.然而,NO_(3)^(−)RR涉及多个电子和质子转移过程,其中,NO_(2)^(−)是NO_(3)^(−)活化转化和深度还原合成NH_(3)的重要中间体.酞菁铜(CuPc)能够高效地活化转化NO_(3)^(−)为NO_(2)^(−),但在低过电位时无法有效地将NO2−还原为NH3,难以获得较高的氨法拉第效率(FENH3)和分电流密度.而氮配位的铁单原子催化剂(FeNC)则有较好的NO_(2)^(−)吸附活化特性.因此,利用双组分催化剂之间的协同作用以实现高效NO_(3)^(−)RR的活性和选择性是本文的主要研究思路.本文设计了CuPc/FeNC串联催化剂,利用CuPc和FeNC对NO_(3)^(−)和NO_(2)^(−)的吸附活化能力的差异,实现了高效的协同催化转化.X射线衍射、高角环形暗场扫描透射电镜、X射线光电子能谱及X射线吸收谱结果表明,FeNC催化剂中Fe原子均匀分布于ZIF-8热解后的基底.通过将FeNC和CuPc负载于气体扩散电极,在流动电解池中完成NO_(3)^(−)***/FeNC催化剂在较低电势区间中能够实现接近100%的NH3法拉第效率,同时在−0.57 V ***时达到273 mA cm–2的NH3分电流密度,并且在整个电势范围内有效地抑制了NO_(2)^(–)聚集.与单组分催化剂CuPc和FeNC对比结果表明,在−0.53 V ***时,CuPc/FeNC催化剂表现出较高的FE(NH_(3))/FE(NO_(2)^(−))比值,是CuPc催化剂的50倍;同时CuPc/FeNC催化剂上NH3分电流密度是FeNC催化剂的1.5倍.进一步研究了NO_(3)^(–)RR中的串联反应机制,其中FeNC催化剂表现出较高的NO_(2)^(–)RR活性,并且有效抑制了析氢反应.此外,CuPc/FeNC催化剂和FeNC催化剂在NO_(2)^(−)RR中表现出类似的NH3分电流密度,这表明在NO_(3)^(−)RR中,CuPc/FeNC催化剂性能的提高来源于FeNC位点能够进一步还原CuPc位点产生的NO_(2)^(–).理论计算结果表明,FeNC比CuPc表现出更强的NO_(2)^(–)吸附活化能力,说明NO_(2)^(−)在FeNC上更容易进行加氢还原.NO_(3)^(−)RR反应全路径分析结果表明,对于^(*)NO_(3)还原到*NO2过程,CuPc相对于FeNC位点具有明显降低的反应自由能,说明CuPc有利于NO_(2)^(−)的生成;而FeNC位点在后续的^(*)NO_(2)还原合成^(*)NH_(3)过程中具有更低的反应自由能,这与实验结果一致.一系列非原位和原位表征证明了CuPc催化剂在高电位下存在少量金属颗粒析出,与CuPc催化剂在高电位下NH_(3)分电流密度快速增加结果一致.综上,本工作中CuPc和FeNC催化剂之间的协同作用弥补了各自的不足,通过串联反应机制,在低过电位下有效增加了NH_(3)的法拉第效率和电流密度,实现了高效的协同催化转化,为设计和合成高效催化剂提供了新思路.

摘要：炔烃烷氧羰基化反应是一种原子经济反应,可以生成α,β-不饱和羧酸、二羧羧酸酯及其衍生物.其中,乙炔的双烷氧羰基化产物(丁烯二酸二酯)可通过两段加氢制备1,4-丁二醇,该反应路径对于生产生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有重要意义.然而,目前广泛应用的均相Pd基催化体系存在催化剂分离困难、金属流失以及需要添加有机膦配体或各种磺酸助剂等问题,这不仅增加了制备成本,还可能引入不必要的杂质.此外,尽管纳米催化剂在催化领域有着广泛的应用,但大多数纳米催化剂在炔烃双烷氧基羰基化反应中仍表现出反应活性低和稳定性差的问题,这限制了其在工业生产中的应用.相比之下,多相单金属点催化剂因其100%的原子利用率和较好的催化活性而备受关注.然而,由于多相单金属点催化剂具有相对简单的结构和配位环境,其应用仍受到一定的限制.为了克服这一难题,合成具有不同金属的双位点催化剂成为了一个研究热点.双位点催化剂有望进一步释放单金属位点催化剂的潜力,提高反应活性和稳定性.然而,尽管双位点催化剂具有巨大的应用前景,但目前仍面临着制备方法的挑战.如何设计并实用可行地制备出具有高效催化性能的双位点催化剂,是当前科研领域亟待解决的问题.本文提出一种由CO/CH3I混合物诱导分散Pd-Ag合金纳米颗粒的处理方法,用于制备Pd1-Ag1/AC双位点催化剂.利用X射线衍射、X射线光电子能谱和高角环形暗场扫描透射电子显微镜等方法对分散过程进行表征.结果表明,在分散过程中,CO和CH3I与金属发生协同作用,通过配位生成一种独特的双核络合物(PdI2(CO)-I2-AgI)结构.这种络合物结构逐一从合金纳米颗粒上剥落,直至完成原子级的分散.乙炔双烷氧羰基化反应结果表明,与单金属Pd1/AC相比,在相同反应条件下,双位点Pd1-Ag1/AC催化剂上的乙炔转化率提高了2倍.同时,在保持丁烯二酸二酯选择性为98%的情况下,该催化剂循环使用10次后催化剂性能未见明显变化.炔烃底物拓展结果表明,Pd1-Ag1/AC的协同作用不仅可以提高催化活性,而且在高位阻存在的情况下可以提高产物的立体选择性,这表明双位点协同促进作用对炔烃双羰基化反应具有良好的普适性.微分吸附量热表征结果证明了通过碘配体桥连的Pd1和Ag1单金属点之间的协同效应可以增强催化剂对乙炔的吸附能力.此外,结合拓展边X射线精细结构等实验结果,对催化剂的结构变化和反应机理进行了进一步的探究.第一性原理计算得到的反应能垒和过渡态结果表明,乙炔吸附是反应的速率决定步骤.与Pd1/AC相比,Pd1-Ag1/AC催化剂在反应决速步上表现出了更低的活化能,这从热力学和动力学两个层面解释了其具有更好催化性能的原因.Bader电荷分析和投影态密度计算的结果表明,由于Ag1位点的引入,使Pd1-Ag1/AC催化剂的电荷转移能力和吸附能力均得到增强.相较于Pd1/AC,Pd1-Ag1/AC具有更低的形成能,表明Ag1位点不仅可以提升催化活性,也可以增强双位点结构的稳定性.因此,在催化反应中,Ag1位点的存在起到了重要的促进作用,使得Pd1-Ag1/AC催化剂表现出更优异的性能.综上,本文制备的双位点Pd1-Ag1/AC催化剂在乙炔双烷氧羰基化反应中表现出较好的催化活性和稳定性,证明了双位点协同效应的重要性,为高效催化剂的设计和应用提供了新的思路.

摘要：丁二烯选择性加氢是提升碳四综合利用效率的关键技术,因此受到了工业界和学术界的广泛关注.然而,在实际操作过程中,原料中的单烯烃也可能发生加氢,这降低了整个工艺过程的经济性.此外,丁二烯分子内含有两个共轭的C=C双键,其化学性质活泼,容易在金属催化剂表面发生聚合生成碳沉积物,从而导致催化剂失活.因此,如何提高烯烃的选择性和催化剂的稳定性成为一项挑战.目前,丁二烯加氢反应主要采用Pd,Pt,Au等贵金属催化剂,但贵金属的高昂价格和稀缺性限制了其大规模应用.因此,开发基于廉价金属的替代催化剂具有重要意义.镍基体系在丁二烯的选择性加氢中显示出一定潜力,然而,其实际应用受到积炭和过度加氢导致的严重失活等问题的影响.本文在前期工作固相法合成Ni_(3)ZnC_(0.7)@C(采用无溶剂的固态反应法合成,将金属硝酸盐与双氰胺机械混合,再于氢气下高温还原制得,其中Ni_(3)ZnC_(0.7)颗粒外围具有碳层覆盖,详见Dalton Trans.,2023,52,11571–11580)基础上,通过对Ni_(3)ZnC_(0.7)@C进行可控的空气氧化处理去除碳层,设计制备了一种具有双核壳结构的Ni_(3)ZnC_(0.7)@Ni@C新型催化剂.该催化剂的特点是金属镍小团簇均匀分散在中心Ni_(3)ZnC_(0.7)纳米粒子上,而Ni_(3)ZnC_(0.7)@Ni被全部包裹在多孔碳壳中.利用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜、高分辨透射电镜、热重分析和Ar离子溅射X射线光电子能谱等技术进行了表征,并提出了氧化过程中催化剂组成与结构的变化规律.实验结果表明,Ni_(3)ZnC_(0.7)@Ni@C催化剂在丁二烯选择性加氢反应中表现出较好的活性和稳定性,其性能超过了Ni_(3)ZnC_(0.7)@C和很多文献报道的镍催化体系,如Ni_(3)InC0.5和Ni_(3)In合金等.此外,本文还发现Ni_(3)ZnC_(0.7)@Ni@C催化剂在初始反应阶段的积炭行为具有自限性.相对于碳载体本身,反应中原位沉积的少量碳质(“软”积炭)能够在更低温度下被氧化,并且碳沉积在反应初期达到平衡,该现象不仅能够抑制催化剂的进一步失活,还可以显著提高总丁烯的选择性.在温和反应条件下,Ni_(3)ZnC_(0.7)@Ni@C催化剂能够获得高于93%的总丁烯选择性和98%的转化率,并且在长达80 h测试中依然保持催化性能稳定.综上,本文通过利用镍及其间隙化合物的独特性质,开发了一种高活性、高选择性的非贵金属催化剂.通过调节电子结构、表面反应性以及潜在的协同效应,显著提高了催化性能.此外,研究发现反应中原位生成的“软”积炭不仅能够抑制催化剂的过度失活,还有助提高催化剂的选择性和稳定性.上述结果对于研究存在类似积炭问题的其他催化过程具有借鉴意义.

摘要：天然气汽车尾气中尚未充分燃烧的甲烷是一种典型的温室气体之一,其温室效应远超二氧化碳,达到后者的20倍以上.因此,减少甲烷的排放对于有效应对气候变化至关重要.目前,以Pd/Al_(2)O_(3)为基础催化剂的催化燃烧反应,已被证实为减少甲烷排放的最为切实可行的技术手段.深入了解钯基催化剂的活性结构不仅有助于合理设计高效的催化体系,还能在很大程度上减少贵金属钯的使用量.然而,在甲烷燃烧反应过程中,由于氧化还原气氛的复杂性,Pd金属的表面容易转变为不同结构,这增加了研究其活性结构的难度.此外,催化剂的制备方法、载体的性质、预处理的气氛以及温度等因素均会对Pd的价态和粒径效应产生影响,使得Pd基催化剂在甲烷燃烧反应中的活性结构至今仍存在争议.为了深入研究这一问题,本文选用商业化的纳米级γ-Al_(2)O_(3)作为载体,采用易于工业化应用的浸渍法制备了Pd/Al_(2)O_(3)催化剂,并研究其在低温(200-400℃)贫燃条件下的活性结构.球差电镜结果表明,催化剂中的Pd纳米颗粒在不同气氛中经800℃高温预处理后呈现出不同的结构特点.氦气处理后的催化剂中,Pd以完全金属态的形式存在;氧气处理后的催化剂中,Pd以PdO的形式存在;甲烷燃烧反应气处理后的催化剂中,PdO大颗粒上存在金属Pd小颗粒,呈现出“荔枝型”Pd/PdO结构.准原位X射线光电子能谱和原位X射线吸收谱等结果表明,“荔枝型”Pd/PdO结构是在甲烷燃烧反应中受氧化还原气氛诱导形成的.该独特的“荔枝型”Pd/PdO结构的催化剂在300℃甲烷燃烧反应中,表现出337.8μmol gPd^(-1) s^(-1)的反应速率,分别是纯金属Pd和PdO型催化剂反应速率的10.7倍和15.5倍.进一步研究表明,无论催化剂中Pd的初始状态为金属态或是氧化态,高活性的“荔枝型”Pd/PdO结构都可以在较低温度(500℃)的长时间(12 h)甲烷燃烧反应中缓慢生成.通过调节预处理气氛中甲烷与氧气的相对浓度,可以实现689.2μmol gPd-1 s^(-1)的反应速率,高于文献已报道的Pd基催化剂在相似反应条件下的活性.密度泛函理论计算结果表明,相对于金属Pd和PdO,甲烷在Pd/PdO界面处表现出最低(0.40 eV)的自由能势垒,这表明由于界面处金属Pd和PdO的协同作用,甲烷断裂第一个C-H键的解离活化过程更容易发生,从而解释了“荔枝型”Pd/PdO结构高催化活性的来源.综上,本文通过先进的球差电镜和原位光谱表征技术,为深入认识甲烷燃烧钯基催化剂活性结构提供了新的角度.研究发现,反应过程中因气氛诱导而生成的高活性结构可能是重要的活性中心,这一观点不仅有助于理解甲烷燃烧反应的机理,而且可以为其他氧化还原催化体系的研究以及工业催化剂的设计制备提供参考.

摘要：浆态床加氢是一种先进的非常规石油资源(重油等)加氢提质技术,它采用分散型催化剂以提高催化剂与原料中的沥青质等大分子的接触程度.沥青质等大分子中多环芳烃的快速转化是浆态床重油加氢技术的挑战,因此设计高活性的加氢催化剂是浆态床加氢技术的关键.作为典型的二维层状材料,分散型MoS_(2)催化剂表现出较好的催化加氢性能.然而,纳米尺寸的分散型MoS_(2)催化剂的稳定性有待提高,在高温高压下MoS_(2)片层会折叠并聚集成较大的颗粒以降低其表面能.MoS_(2)颗粒的生长会导致其悬浮性降低和边缘活性位点暴露量减少,因而降低催化剂的活性和寿命.因此,急需设计开发高性能的分散型MoS_(2)纳米催化剂,从而解决MoS_(2)层在高温高压条件下的折叠和聚集难题,提高MoS_(2)纳米催化剂的催化加氢活性和稳定性.纳米复合材料的构建可以有效地解决活性组分的团聚问题.近年来,Janus纳米复合材料因其在催化方面的广泛应用引起了科研人员的关注.此外,复合材料中各组分的种类对其催化活性有显著影响.早期研究表明,与Al_(2)O_(3),SiO_(2),MgO或其他金属氧化物相比,TiO_(2)复合MoS_(2)催化剂具有较高的催化加氢活性.本文通过一步溶剂热法合成了一系列不同MoS_(2)含量的Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂,并研究了其在浆态床催化菲加氢中的活性和稳定性.高分辨透射电镜结果表明,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂由TiO_(2)纳米粒子(10-15 nm)和MoS_(2)片层(堆积层数为1-3和片层长度为2-10 nm)组成.活性位模型计算和NO化学吸附测试表明,与MoS_(2)和负载型MoS_(2)/TiO_(2)催化剂相比,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂中的MoS_(2)层具有更高的MoS_(2)分散度,暴露出更多的边缘配位不饱和Mo原子.X射线光电子能谱结果表明,通过形成Mo-O-Ti键成功构建了具有强MoS_(2)-TiO_(2)相互作用的Janus结构,并出现了TiO_(2)向MoS_(2)的电子转移现象.从TiO_(2)到MoS_(2)的电子转移会削弱Mo-S键并在基面产生大量配位不饱和Mo原子.浆态床催化菲加氢反应结果表明,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂上菲转化率最高可达91.6%.而MoS_(2)催化剂上菲转化率仅为50.4%.催化剂的稳定性评价结果表明,经过7次菲催化加氢循环反应后,Janus MoS_(2)-TiO_(2)-15纳米复合催化剂上菲转化率降低了25.1%,保持在68.6%,仍高于新鲜的MoS_(2)催化剂上菲的转化率.然而经过7次菲催化加氢循环反应后,MoS_(2)催化剂上菲的转化率下降了49.6%,仅为25.4%.与MoS_(2)催化剂相比,Janus MoS_(2)-TiO_(2)纳米复合催化剂在高温高压下表现出更高的菲催化加氢活性和稳定性.结合反应后的催化剂表征,其高活性可归因于大量配位不饱和Mo原子的暴露.而其高稳定性主要是源于其稳定的Mo-O-Ti键提供的MoS_(2)-TiO_(2)强相互作用,可以有效地将MoS_(2)层锚定在TiO_(2)纳米粒子表面,避免MoS_(2)层卷曲、折叠和团聚.综上,将二维层状催化剂与另一种纳米材料耦合形成Janus纳米复合催化剂是设计和构建在高温高压条件下具有较好催化性能和稳定性的二维层状催化剂的有效途径.

摘要：光催化苯甲醇直接脱氢制苯甲醛是一种利用太阳能合成精细化学品的同时生成氢气的节能途径。负载型半导体CdS基催化剂是该反应的一类典型的光催化剂。文献报道CdS的形貌对光催化水分解的性能有明显的影响,但其在光催化苯甲醇无氧脱氢制苯甲醛反应中的形貌效应研究报道极少。本工作合成了纳米片状(NS)和纳米线状(NW)两种不同形貌的CdS,发现CdS-NS表现出比CdS-NW更高的转化苯甲醇的光催化活性,但这两种催化剂对苯甲醛的选择性非常低。通过在CdS-NS和CdS-NW上负载Au_(25)纳米团簇,光催化苯甲醇无氧脱氢制苯甲醛反应的活性和选择性明显提高,并显著减弱了CdS载体的形貌对催化反应性能的影响。以上结果为设计合成精细化学品的高效光催化剂提供了参考。

摘要：电催化是发展可持续洁净能源技术的基础科学,是电化学能源转换和物质转化的关键环节.精准合成催化活性纳米结构是制约很多电催化反应走向实际应用的重要挑战.与湿化学合成、固相合成和气相沉积等传统方法相比,电化学合成是一种简单、快速、廉价及可控的高效催化材料制备方法,也是一种最为直接的一体化电极制备方法.本文综述了近年来利用电化学合成方法制备高效能源催化材料的研究进展.首先,简要介绍了电沉积、阴极腐蚀、电化学去合金化、电化学置换、电化学剥离和电化学修饰等几种主要电化学合成方法的基本原理,并讨论了电化学合成中电势、电流和电解质组成等关键合成参数的影响.然后,重点讨论了电化学合成的催化材料在燃料电池、电解水、二氧化碳/一氧化碳电还原、电化学合成氨、有机分子电化学转化等重要电催化反应中的应用.这些催化材料按照形貌可分为单原子催化剂、球形纳米粒子、形貌可控的纳米粒子、二维层状/片状纳米材料和三维纳米结构等.电化学合成在制备结构明确的单原子催化剂上具有其它合成方法不可比拟的优势.与胶体化学方法相比,电化学合成的尺寸和形貌可控的纳米粒子具有表面清洁、无表面附着的有机配体以及不需要焙烧等催化剂预处理的特点.除形貌外,电化学合成还可以制备在原子尺度上具有特定几何和电子结构的催化活性纳米结构.电化学方法也是催化剂修饰和再生的一种重要途径,结合特定的电化学程序,可在连续操作条件下实现催化材料的原位再生.通过讨论代表性的催化剂案例,分析这些催化剂在电催化应用中的构效关系,阐明了电化学合成方法在催化剂理性设计和制备中的独特优势.最后,总结了当前电化学合成催化材料方面存在的问题和研究挑战,并展望了未来的发展方向.电化学合成的能源催化材料在热催化、光催化等领域的应用价值仍需进一步探索.此外,电化学合成在金属有机框架、高熵合金等新兴功能材料的制备上也具有很好的应用前景.如何利用电化学的特点并结合原位表征、大数据预测等先进实验和理论方法,更加精准、可控地合成催化活性纳米结构依然是未来该领域重要的研究机遇.

摘要：人类活动和工业生产导致全球氮循环严重失衡,对生命系统的健康造成了一定威胁.因此,开发高效、环保的NO_(x)脱除技术具有重要意义.其中,电化学硝酸盐还原反应(eNO_(3)RR)是反向人工氮循环的重要组成部分,同时也被认为是一种非集成式合成氨(NH_(3))的可行途径.NH_(3)是生产肥料的重要原料之一,传统哈伯法(H-B)合成氨能耗高,且会排放大量温室气体CO_(2),由可再生电力驱动的电催化氮气还原(eNRR)合成氨被认为是一条更环保和可持续的路线.目前,一些研究表明电催化硝酸盐还原具有比eNRR更高的产氨活性和选择性.然而,一个主要的挑战是在低过电位下产物的选择性,即亚硝酸盐(HNO_(2))和NH_(3)之间的竞争.本文选择了六个具有MN_(4)单元的石墨烯负载的过渡金属单原子催化剂(SACs)作为模型,通过密度泛函理论(DFT)计算研究eNO_(3)RR机理.采用本课题组开发的反应相图分析(RPD)方法从全局热力学最优的角度构建了六个MN_(4)催化剂的二维准活性和选择性相图,其中FeN_(4)催化剂展示出较高的准活性和适当的选择性.DFT计算结果表明,产生HNO_(2)和NH_(3)的最优路径共享一个关键中间体(NO_(2)*),其吸附结构和在后续转化中的偏好决定了产物选择性.结合电势相关性动力学势垒计算和微观动力学模拟结果,动力学研究表明,理论上两种产物不同电压下的法拉第效率(FE)趋势会发生反转,与FeN_(4)催化剂上实验测得的HNO_(2)和NH_(3)的FE趋势和反转电压吻合,这归因于两个重要的基元步骤(R4:NO_(2)*-→cisHNO_(2)*和R7:NO_(2)*→HNO_(2)+*)具有不同的电荷转移系数(β),前者(R4)具有更大的电荷转移系数,使得生成NH_(3)的动力学能垒随电压的降低而下降得更快,这就把NH_(3)从低过电势下的低选择性到高过电势下的高选择性归因到动力学问题,较好地理解了两种产物的FE发生发转的原因.最后,从电子结构方面对R4和R7两个关键基元步骤的初态和过渡态进行了电子局域化函数和晶体轨道哈密顿布居分析.综上,理论计算的机理研究很好地解释实验观察的结果,其机理方面的理解对于将来理性设计高效的eNO_(3)RR合成NH_(3)催化剂具有一定的指导意义.

摘要：大量废弃塑料引发了一系列的环境和生态问题,其转化和利用一直受到广泛关注.塑料中含有丰富的碳元素,但这些碳元素往往以惰性的C–C键和C–H键形式存在,因此如何利用这些碳资源成为一大难题和挑战.以往部分研究已经提供了塑料催化转化制备碳材料、化学品和燃料的可能性,但是自然界中的废弃塑料总量庞大,需要考虑其转化过程中的能量来源.地球上有丰富的太阳能资源,光催化过程有可能利用太阳能来实现温和条件下的废弃塑料转化.在以往的研究中,光催化塑料降解和光催化塑料重整过程主要关注的目标产物分别是CO_(2)和H_(2).相较而言,光催化塑料转化制备低碳数有机化合物的过程有望助力碳循环经济的发展.近年来报道了一些光催化塑料转化制备低碳数有机化合物的研究工作,这些研究为获取和利用塑料中的碳资源提供了新的研究思路和策略.本文概括对比了光催化塑料降解、光催化塑料重整和光催化塑料转化制备低碳数有机化合物三种过程的差异,包括其中的目标产物和相应的反应活性物种.此外,本文总结了光催化塑料转化制备低碳数化合物的反应方法.简要地说,塑料可以经过光催化选择性氧化、氧化偶联和水解脱氢等策略来得到低碳数的化学品和燃料,涉及利用光催化氧化过程断裂塑料中的C–C键,利用水解过程断裂塑料的C–N和C–O键,以及利用光催化脱氢过程断裂中间产物的O–H键和N–H键等关键步骤.在光催化塑料转化到低碳数有机产物的文献报道中,主要涉及液固相反应体系和反应器,需要考虑反应溶剂的选择.水是理想的溶剂,但对塑料的溶解能力有限.当使用其他有机溶剂时,需要利用同位素标记实验验证产物中的碳物种来源.此外,实际废弃塑料上残留的其他杂质会影响光催化剂的吸光过程,降低光催化反应效率,因此亟需设计和开发合理的光反应器来提高对光能的利用率,实现塑料的高效转化.虽然塑料制备低碳数化学品和燃料的光催化转化策略已有研究报道,但未来仍需探索更加高效的转化路线.此外,塑料主要呈现高分子聚合物的结构,未来的研究可以借鉴对生物质等天然聚合物分子的转化策略.