摘要：光催化氧还原制备过氧化氢具有节能、环保等优点.然而,低活性以及低选择性的问题限制了其实际应用.基于金属离子耦合电子转移机制,本文通过浸渍-煅烧法合成了原子分散的钪路易斯酸位点修饰的氮化碳,光合成过氧化氢速率高达55μmol h^(-1),是氮化碳的6.2倍.光催化性能的提升归因于原子分散钪路易斯酸位点与·O_(2)^(-)结合,提高了O_(2)的得电子能力,减少了·O_(2)^(-)逆反应的发生,促进了氧还原反应进行.密度泛函理论模拟及Koutecky-Levich分析表明,钪原子的引入减少了O–O键的断裂,提高了合成过氧化氢的选择性.本研究提出了一种路易斯酸单金属位点光催化剂设计新概念,可同时提升催化反应活性及选择性.

摘要：设计廉价和高效的双功能催化剂应用于CO_(2)还原和O_(2)还原反应(CO_(2)RR和ORR)是实现碳中和的理想选择.因此,本文研制出铌原子分散固定在氮掺杂有序介孔碳(Nb-N-C)上的双功能CO_(2)RR和ORR催化剂用于锌-空气电池(ZAB)自驱动CO_(2)RR.得益于高铌原子利用率和有序介孔结构,Nb-N-C催化剂展现出高达90%的CO法拉第效率,ORR的半波电位活性为0.84 V,ZAB的峰值功率活性为115.6 mW cm-2.此外,采用两个串联的ZABs单元作为自供能CO_(2)RR系统的电源,能够连续将C O_(2)转化为C O.该自供能系统前10小时的C O平均产率为3.75μmol h-1mg-1cat.理论计算表明,铌原子分散固定在氮掺杂的碳上形成Nb–N配位键,从而有效地降低CO_(2)RR的决速中间体*COOH和ORR的决速中间体*O的生成能垒.

摘要：锂离子混合电容器是一种集合了超级电容器和锂离子电池双重优点的储能器件.然而,正负极电极材料的选择和设计仍存在着巨大的挑战.本文采用水热反应与热处理相结合的方法,合成了四氧化三铁纳米颗粒填充的氮掺杂碳胶囊负极材料(Fe_3O_4@NC),用稀酸洗去Fe_3O_4核,得到中空的氮掺杂碳胶囊正极材料(HNC),并测定了其作为锂离子混合电容器电极材料的性能.结果表明,Fe_3O_4@NC负极材料在100 mA g^(-1)电流密度下具有1530 mA h g^(-1)的容量,且具有优异的倍率性能和循环稳定性.同时HNC正极材料确保锂离子混合电容器具有大倍率性能.结合上述正负极材料的优点,Fe_3O_4@NC//HNC锂离子混合电容器在39Wkg^(-1)的功率密度下表现出185Wh kg^(-1)的能量密度,并且当该锂离子混合电容器的能量密度为95Wkg^(-1)时,其功率密度可高达28 kW kg^(-1).本文采用的制备电极材料的方法操作简便,廉价易得,组装成的锂离子混合电容器具有优异的能量密度和功率密度,为新型锂离子混合电容器电极材料的设计提供了新思路.

摘要：氢能作为一种清洁能源,已成为全球能源战略的重要组成部分,也是实现全球“碳中和”的必要途径之一.在可再生电力的驱动下,水电解法有望成为实现“零碳”排放的一种理想的长期制氢方法.与传统合金相比,高熵合金由于其独特的结构特征,包括占位无序和晶格有序,可提供更多的催化活性位点.它们在水解催化剂领域具有广泛的应用前景.本文综述了电解水的机理、水解过程中高熵合金的催化原理,以及高熵合金作为电解水催化剂的最新研究进展.总结了新型高熵合金设计方面存在的难点及其应用潜力,重点讨论了高熵合金在水解催化过程中表面形态和催化活性之间的联系.最后归纳了高熵合金的组成调控及其在水电解等新兴领域的可能应用前景.

摘要：可再生能源驱动电催化二氧化碳还原制备高附加值化学燃料,是一种实现二氧化碳资源化的有效途径.以金属有机骨架(MOF)为模板制备的层状双金属氢氧化物空心多面体已成为当前电催化领域的热门材料.然而,该类材料的高析氢活性严重阻碍了其在电催化二氧化碳还原中的应用.基于此,本文报道了一种在离子液体电解液中可高效稳定电催化二氧化碳还原的钴铁层状双金属氢氧化物空心多面体(CoFe LDH/HP),其最大法拉第转换效率可达86%±3%(-0.9 V相对于可逆氢电极),且可连续电解30 h.实验结果表明此CoFe LDH/HP因其独特的空心结构可暴露更多的活性位点,从而具有更快的电催化二氧化碳还原动力学;理论计算表明CoFe LDH/HP中Co-O-Fe键有利于稳定关键中间体(*COOH)并降低相应的活化势垒.本研究可为其他层状双金属氢氧化物用于二氧化碳固定的设计提供参考.

摘要：设计性能优异的硝基化合物选择性加氢或转移加氢生成胺类的非贵金属多相催化剂具有重要的意义,但又具有很大的挑战性.本文报道了氮掺杂碳负载的单原子Fe催化剂(Fe_(1)/N-C).通过调控温度,Fe_(1)/N-C催化剂对硝基苯的选择性加氢和转移加氢均具有良好的催化性能.DFT计算表明,Fe_(1)/N-C在较低温度下能够很好地活化反应物和中间体,因此具有较高的选择性加氢活性.此外,Fe_(1)/N-C在较高温度下可以克服异丙醇脱氢反应的能量障碍,因此具有很好的转移加氢性能.

摘要：设计和构建低成本、高效、高稳定性双功能电催化剂用于全解水生产氢气燃料是非常吸引人的研究,同时也充满挑战.我们精心构建了膨化四元FexCoyNi1-x-yP纳米阵列作为双功能电催化剂用于全解水.通过引入铁元素调节磷化镍钴的电子结构,可增加磷和金属的正电荷分布,从而可实现电催化析氢过程中对氢原子吸附脱附平衡,有利于水分子的吸附和解离.在电子调控的基础上,我们采用动力学控制碱刻蚀的方法优化催化剂的形貌结构,获得了膨化纳米阵列.膨化结构具有丰富的孔结构、空腔以及晶格缺陷,有利于更多活性位点的暴露和传质.膨化FexCoyNi1-x-yP只需25和230 mV过电势即可分别实现产氢和产氧.利用膨化FexCoyNi1-x-yP作为阳极和阴极搭建的电解池只需1.48 V即可实现全解水,并在较高电流中表现出优异的稳定性.我们期望协同优化电子和形貌结构促进电催化反应过程的研究思路对廉价高效稳定双功能电催化剂的研究有所启发.

摘要：亚纳米线(SNWs)具有类高分子的性质,可以像高分子一样进行加工,而且其组成和结构易于调控,具有丰富的功能.合理设计多组分异质结构SNWs可以进一步提高其功能性,然而目前合成这种SNWs仍然面临着巨大的挑战.本文合成了Bi_(2)O_(3)-多酸异质结构SNWs(PMB SNWs),并制备了超顺排的PMB SNWs薄膜(S-PMB SNWs薄膜),该薄膜可以作为中间层,有效抑制多硫化锂(LPSs)的穿梭,从本质上促进LPSs氧化还原转化动力学,并对锂阳极起到保护作用.以S-PMB SNWs膜作为中间层的锂硫(Li-S)电池在850次循环中表现出超低的容量衰减率,每循环一圈只衰减0.013%.本研究证明了这种异质结构的SNWs具有改善锂硫电池性能的潜力.