工程在电催化反应中的研究进展
张新义, 任楷, 刘妍宁, 谷振一, 黄志雄, 郑硕航, 王晓彤, 郭晋芝, ZatovskyIgor V., 曹峻鸣, 吴兴隆
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202307057
目前对高性能与高稳定性的电催化剂进行精准合成仍然是亟待解决的问题。熵作为最重要的热力学参数之一,是描述体系无序程度的物理量,其数值主要由材料的结构、磁矩、原子和电子振动共同决定。根据体系的构型熵值,通常将材料分为低熵材料(ΔSmix < 1R)、中熵材料(1R ≤ ΔSmix ≥ 1.5R)和高熵材料(ΔSmix > 1.5R)。随着熵值的增加,材料本征的物理与化学性质也会发生相应的变化。高熵材料得益于不同金属元素的共存、界面处原子级的多组分排列,所产生的高熵、晶格畸变、迟滞扩散和“鸡尾酒”效应能够有效地提升电催化反应的活性,因此在电催化领域中得到了广泛的研究关注。本综述对高熵电催化剂的基本概念、合成路线(“自上而下”与“自下而上”)以及在不同电催化反应类型中,高熵材料结构与性能之间的构效关系进行了系统总结,主要包括析氢(HER)、析氧(OER)、氧还原(ORR)、醇氧化(AOR)、氮还原(NRR)和二氧化碳还原反应(CO2RR)等,从而阐明熵增工程对高性能电催化剂设计与应用的优势与潜力。同时,本文针对目前高熵催化剂研究所面临的主要问题与挑战,对未来基于熵增工程的高熵电催化剂的设计思路与合成方法进行展望。
关键词: 熵增, 合成, 电化学, 高熵催化剂, 电催化
设计串联S型光催化体系:机理见、表征技术与应用
KumarRohit, SudhaikAnita, Pawaz KhanAftab Asalam, NeguyenVan Huy, SinghArchana, SinghPardeep, ThakurSourbh, RaizadaPankaj
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100150
串联S型异质结已成为光催化领域一项极具前景的创新技术,为环境修复提供了有效解决方案。与传统Z型或Ⅱ型光催化剂不同,S型结构选择性保留了高效参与氧化还原反应的高能光生载流子。这种独特机理能增强电荷分离、强化内建电场并提升光吸收能力。然而,单结S型体系存在量子效率低的问题。因此,构建多组分S型体系可有效提升光催化性能。串联S型体系由多个具有交错能带位置的半导体/材料组成,形成阶梯式或定向电荷转移机制。这种阶梯式电位梯度可显著提升电荷分离、光吸收、氧化还原能力、稳定性及整体光催化活性。本文深入阐述了串联S型异质结的作用原理,探讨了通过半导体配对、助催化剂添加和介质嵌入等设计策略实现电荷迁移最大化与复合最小化的方法;系统分析了多种合成路径及其动力学与热力学原理;讨论了包括密度泛函理论(DFT)模拟、原位X射线光电子能谱(XPS)、瞬态吸收光谱(TAS)、光致发光(PL)和电化学阻抗谱(EIS)在内的一系列先进表征手段,这些技术为揭示电子行为与界面动力学提供了重要见解。文章还探讨了该类异质结在二氧化碳还原、产氢和有机污染物降解等主要领域的应用。尽管潜力显著,但仍需解决合成工艺复杂、材料稳定性和规模化生产等挑战。针对现有局限,本文提出了未来研究方向。总体而言,串联S型异质结是构建高效可持续光催化技术的卓越方案。
关键词: 串联S型异质结, 二氧化碳还原, 能源生产, 水分解, DFT
Preparation of functionalized upconversion nanoparticles for synergetic oxygen-enhancing photodynamic/chemodynamic therapy
Huiyuan CHU
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250183
An upconversion nanoparticle (NaErF4: Yb/Tm@NaLuF4: Yb@NaLuF4: Nd/Yb@NaLuF4, noted as UC) was designed, emitting strong red light by 808 nm laser. The mesoporous silica (mSiO2) shell co-doped with chlorin e6 (Ce6) and triethoxy(1H, 1H, 2H, 2H-nonafluorohexyl)silane (TFS) was coated on the outer layer of UC, and then a layer of HKUST-1 shell was coated. The obtained nanocomposite UC@Ce6/TFS@mSiO2@HKUST-1 (noted as UCTSH) was used for the synergistic treatment of chemodynamic therapy (CDT) and photodynamic therapy (PDT). Interestingly, the nanostructures can specifically re lease Cu2+ in the acidic tumor microenvironment. Cu2+ reacts with excess hydrogen peroxide (H2O2) in the tumor microenvironment to form cytotoxic hydroxyl radical. Secondly, Ce6, with the action of oxygen-carrying TFS, selectively produces a large amount of singlet oxygen by 808 nm laser irradiation. UCTSH can enhance the anti-tumor effects of PDT and CDT by increasing the production level of reactive oxygen species, without causing damage to normal cells.
关键词: upconversion nanoparticles, chemodynamic therapy, photodynamic therapy, synergistic therapy
超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、耦机理和增强吸附
严珂欣, 叶兆祺, 孔令涛, 李贺, 杨雪, 张亚红, 张宏斌, 唐颐
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202308019
缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中,缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种,快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体,且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段,为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律,实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构:晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化,缩短了诱导期;而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核,导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节,证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为,并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外,通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质,证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中,该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。
关键词: L沸石, 晶化机理, 非经典晶化机理, 形貌调控, 吸附性能, 晶种法
磺酰腙的高效快速合成及其抗菌性能初探——推荐一个医学本科院校化学创新实验
唐敬杰, 谢露影, 刘嘉昱, 石尚玉, 孙欣雨, 林家阳, 杨琦堃, 于传昂, 王泽诚, 王盈盈, 解增洋
【大学化学】doi: 10.3866/PKU.DXHX202309091
在有机化学实验教学过程中,实验内容通常是完成某一化合物的合成或提取,缺少对目标化合物的结构鉴定和性质检验。为了提高有机化学实验教学质量,培养学生的科研素养和创新能力。以商业易得的醛、酮和对甲苯磺酰肼为反应原料,于室温无溶剂条件下,利用研磨方法在1 min内高效快速合成磺酰腙,并对产物进行结构表征和性质研究。产物应用于抗菌实验研究时,化合物3i3h对大肠杆菌有最好的抑制效果。实验涉及合成、TLC检测和柱色谱层析等操作,可以锻炼学生在有机化合物合成、纯化及结构鉴定等方面的操作技能。要求学生独立查阅文献,熟练掌握Origin、ChemDraw和MestRec等软件的使用,可以提升学生分析问题并解决问题的能力。改进的实验以提高学生综合素质为宗旨,适用于有机化学基础实验教学。
关键词: 无溶剂条件, 磺酰腙, 研磨方式, 抗菌性能

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