三聚氰胺泡沫支撑的S型硫铟锌镉/硫掺杂氮化碳异质结的绿色H2O2合成:协同界面电荷转移调控与局域光热效应
王伟康, 吴亚栋, 张建军, 孟凯, 李金河, 王乐乐, 刘芹芹
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100093
绿色光催化合成过氧化氢(H2O2)是替代高能耗蒽醌工艺的理想途径,但其在无牺牲剂体系中受限于快速载流子复合与氧化还原能力不足。本研究报道了一种原位化学浴-水热法制备的三聚氰胺泡沫(MF)负载的硫掺杂氮化碳(SCN)/硫空位修饰硫铟锌镉(CZIS)S型异质结(CZIS/SCN/MF),用于无牺牲剂H2O2光合成。通过原位辐照X射线光电子能谱(XPS)、自由基捕获电子顺磁共振(EPR)、飞秒瞬态吸收光谱(fs-TA)及理论计算,证实了其S型电荷转移机制。具体而言,硫掺杂可调控氮化碳骨架的局域电荷分布,强化SCN/CZIS异质结界面内建电场;同时,CZIS中煅烧引入的硫空位作为光电子陷阱促进电荷分离,并保留光生空穴用于H2O氧化,从而实现无牺牲剂H2O2合成。结合MF三维多孔框架的光热效应,优化S掺杂浓度和SCN用量的CZIS/SCN/MF催化剂在纯水中H2O2产率达3.46 mmol·g−1·h−1,显著优于多数无牺牲剂体系。该研究为无牺牲剂光催化体系中的界面电荷协同调控与能量转换强化提供了新策略。
关键词: S型异质结, 过氧化氢合成, 光热效应, 三聚氰胺泡沫, 无牺牲试剂
精准调控自旋态:可持续催化领域的创新理念
任伟, 李金河, 朱成章, 王伟康, 刘芹芹
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100178
在全球可持续发展与能源环境危机日益加剧的背景下,催化剂的创新正面临关键转折点。电子自旋调控作为一种新兴理念,有望在量子层面重构反应路径,打破传统电子结构与几何构型的限制。本综述阐述了自旋活性中心如何通过调控轨道对称匹配、自旋极化电子转移和过渡态能垒来调节催化反应活性、选择性和效率。涵盖金属氧化物(如Co3O4、Y2Ru2O7)、硫化物、合金及配位化合物(如MOF-Co/Cu/Ni)等多种催化材料,我们阐明了如何通过配位工程(掺杂/缺陷引入、配体调控)、价态调制、尺寸控制(量子限域)和外场刺激(磁耦合)等策略实现自旋态调控,实现动态调整d轨道占据数以优化中间体吸附,突破热力学的限制。特定的自旋构型能够加速电荷转移动力学,从而加快决速步的速率并提升整体催化性能。通过将先进的自旋表征与理论计算相结合,本综述总结了在反应中如何通过精准调控的高/低自旋态来实现性能提升,这些反应包括氧还原、二氧化碳(CO2)还原、析氢、尿素合成及电池相关的反应;并提出了非平衡自旋调控与自旋相关催化将有望成为下一代可持续能源技术的先驱。
关键词: 自旋控制, 催化反应, 自旋调控方法, 表征技术

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