摘要：过氧化氢（H2O2）是一种多功能氧化剂,利用地球上丰富的水和氧合成过氧化氢是解决能源危机和环境修复的一种有前景的方法.共价三嗪框架（CTFs）因具有独特的稳定结构以及π共轭sp2碳结构上功能基团的高可设计性,其作为光催化剂而备受关注.然而,由于共轭键的可逆性较差,极大地影响了电荷的分离和转移.为了提高载流子分离效率,目前的策略主要为开发高结晶结构或在CTFs骨架中加入具有不同电离势和电子亲和力的供电子和接受电子单元,但催化性能和太阳能化学转化（SCC）效率仍然低于预期.碳点（CDs）具有类分子特性,可以通过表面接触或结合改变材料的微观结构和物理性能,起到调控光生电荷行为的作用.因而,本文把CDs引入到CTFs分子中,使其充当电荷分离器,提升光生载流子的利用效率.本文提出一种可扩展的方法,使1,4-二氰苯（DCB）、CDs和碱金属盐在溶液中发生选择性吸附反应,去除溶剂后制备出预混物,然后再以CF3SO3H为催化剂,在空气氛围内直接加热预混物至250°C并反应8 h,获得具有高结晶CTFs与CDs的复合光催化剂（CDs@CTFs）.透射电镜、X射线光电子能谱（XPS）等结果证明了CDs引入到CTFs插层中.粉末X射线衍射结果表明,适量的CDs可以提高CTFs的结晶度.紫外-可见吸收谱表明CDs的引入扩大了可见光的吸收范围.Zeta电位、光致发光光谱等结果表明,二价和多价阳离子同时与两个或两个以上的CDs相互作用,导致其溶胶溶液的不稳定性和表面电子态的改变,影响了光催化剂性能.XPS、红外光谱、热重分析（TGA）等表征结果表明CDs表面羧基的H+离子可能被碱金属离子取代,从而调节表面电荷分布,促进电荷分离和转移.电荷牺牲实验、原位漫反射红外傅立叶变换光谱和电子顺磁共振谱测试结果表明, CDs@CTFs可以实现氧还原反应和水氧化反应双通道产H2O2.通过使用已知的电子受体和电子供体来识别CDs和CTFs之间的电荷转移过程,并结合对空穴传输层器件的暗I-V曲线测试结果,揭示了CDs具有空穴存储功能.所制光催化剂的H2O2产率为2464μmolh-1g-1,全光谱光化学转化效率为0.9%, 500 nm的表观量子产率为13%,超过了目前报道的大多数光催化剂.结合理论分析结果表明, CDs可以作为空穴提取剂有效地驱动激子解离,并为水氧化反应提供活性位点;研究发现碱金属离子在合成过程中与CDs表面的羧酸基团相互作用,增强对CTFs的空穴提取能力,加速光催化生成H2O2.此外,所制光催化剂在自然阳光下可连续工作产H2O2,且光催化性能经过100 d循环使用仍表现出高的稳定性.综上所述,本文开发了一种简便且可扩展的方法,将CDs引入到CTFs中,以实现高效的光催化产***通过其界面产生的内电场从CTFs中提取光生空穴,并在CTFs上充当空穴存储层.此外,碱金属离子能显著调节内部电场强度,使CDs@CTFs具有更显著的光催化性能.本工作揭示了一种新的设计策略来调控有机共轭聚合物中的载流子分离和迁移.

摘要：氧电催化一般涉及到氧还原反应(ORR)和氧析出应(OER),是诸如燃料电池,金属空气电池和水电解池等能源转换与存储技术的关键步骤.其中,可充电的金属锌空气电池具有较高的能量密度,开发成本较低,运行安全且环境友好.然而,开发并采用高效,低成本且储量丰富的催化材料代替贵金属基电催化剂,仍旧是现阶段尚未完全解决的问题和挑战.最近,金属有机框架(MOFs)以及碳基的金属有机框架衍生物作为高效电催化剂,因其超乎寻常的形貌,结构,组分和功能性的可调节能力,已经逐渐引起了广泛的关注和研究兴趣.因此,本文报道了一种泡沫镍负载的二维金属有机框架及其衍生物耦合阵列作为无粘结剂型ORR/OER双效催化剂,能够实现高比表面积,高电导率和高双功能性,同时避免了使用有机粘结剂的复杂制备过程和不可避免的电池性能影响.与传统设计不同,本文主要通过集成各司其职的不同功能组分并充分暴露电化学活性面积来提高双效电极的整体活性.电化学测试结果表明,耦合阵列电极(R-NCM)相比于MOFs阵列(NCM)和MOFs衍生物阵列(A-NCM)等对比电极,具有显著提高的双效氧电极性能,氧还原反应的起峰电位约为0.90 V,而氧析出反应电流密度达到100 m Acm-2时的过电势为319 m V.由于其在生长–热裂解–再生长过程中所具有的稳定的站立多级二维纳米片结构,所制备的双效氧电极材料表现出显著增强的双官能团性,电化学活性面积,反应动力学和稳定性,并可进一步用于可充电的金属锌空气电池(ZABs).考虑到制备过程的可行性与简洁性,所提出的生长–热裂解–再生长策略不仅能够用于耦合型分级纳米片阵列结构的合成,还能为设计开发相关能源电化学装置的高活性电极结构提供借鉴.