BiSbO4/BiOBr的制备及其可见光响应光催化性能
黄信哲, 徐丽, 杨悦, 王黎明, 刘章勇, 王忠坚
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240212
采用两步水热法制备了BiSbO4/BiOBr复合材料,并对其微观形貌、物相结构、化学组成、光学性能、光催化性能进行测试。结果表明:由纳米棒组成的BiSbO4成功负载到片状BiOBr表面,二者产生的异质结结构不仅拓宽了催化剂的光响应范围还提升了光生电子-空穴对分离效率。其在模拟可见光下的光催化性能都优于单一的BiSbO4和BiOBr,当BiSbO4在复合材料中的质量分数为6%时,所制备的复合材料的光催化降解亚甲蓝(MB)性能最佳,其在模拟可见光下照射120 min后对MB的降解率达91.3%,经过4次循环后降解率仍有77.4%。
关键词: BiSbO4/BiOBr, 制备, 光催化降解, 异质结结构
Preparation and photocatalytic performance of CsxWO3/TiO2 based on full spectral response
Zhangyong LIU, Lihui XU, Yue YANG, Liming WANG, Hong PAN, Xinzhe HUANG, Xueqiang FU, Yingxiu ZHANG, Meiran DOU, Meng WANG, Yi TENG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240345
CsxWO3/TiO2 composites with full‐spectrum catalytic activity were prepared by solvothermal reaction. The composites were characterized using X‐ray diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), specific surface area testing, X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), and UV‐Vis diffuse reflectance spectra (UV‐Vis DRS). CsxWO3 and TiO2 were uniformly bonded together in the composites. The heterojunction structure was formed. The band gap was reduced from 2.75 to 2.65 eV. The photocatalytic property of CsxWO3/TiO2 was demonstrated by the degradation rates of 20 mg·L-1 methylene blue dye, which were 99.7%, 91.4%, and 70.7% under irradiation from a 300 W high‐pressure mercury lamp, a 500 W xenon lamp, and a 400 W infrared lamp, respectively. After five cycles of photocatalytic degradation, the composite photocatalyst still showed a degradation efficiency of 87.6%. This indicates that CsxWO3/TiO2 has good photocatalytic degradability and cyclic stability. The photocatalytic mechanism of CsxWO3/TiO2 was investigated. The trapping experiments of the active species showed that the main active substances were the empty hole (h+) and hydroxyl radical (·OH).
关键词: CsxWO3‐based, solvothermal method, full spectrum, composite material, photocatalytic activity
基于活性炭||Na0.44MnO2的低成本、高倍率和长寿命碱性钠离子电池电容器
薛晴, 李圣驿, 赵亚楠, 盛鹏, 徐丽, 李正曦, 张波, 李慧, 王博, 杨立滨, 曹余良, 陈重学
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202303041
水系钠离子电池电容器具有成本低、功率大、安全性好等优点,是下一代大规模储能系统的理想选择之一。本文采用Na0.44MnO2正极、活性炭(AC)负极、6 mol∙L−1 NaOH电解液和廉价的不锈钢集流体构建了可充电碱性钠离子电池电容器。由于Na0.44MnO2正极在碱性电解液中具有较高的过充耐受性,通过首次充电时的原位过充预活化过程可以解决半钠化Na0.44MnO2正极和AC负极初始库伦效率低的缺点。因此,AC||Na0.44MnO2可充电碱性钠离子电池电容器具有优异的电化学性能,在功率密度为85 W∙kg−1时,能量密度达26.6 Wh∙kg−1,循环10000次后容量保持率为89%。同时,在50 ℃的高温和−20 ℃的低温也具有良好的电化学性能。这些结果表明AC||Na0.44MnO2可充电碱性钠离子电池电容器具备应用于大规模储能的潜力。
关键词: 钠离子电池电容, 碱性电解液, 过充自保护, 低成本, 宽工作温程
氮掺杂碳纳米管包覆Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN核壳结构用于高稳定锌-空气电池
蒲晨, 邓代洁, 李赫楠, 徐丽
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202304021
可逆锌-空气电池因其高功率密度和环境友好性而得到了广泛研究。然而,氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的缓慢动力学限制了其实际应用。迄今为止,二氧化铱和二氧化钌被认为是氧析出反应的最佳电催化剂,同时铂碳被认为是最有效的氧还原反应的电催化剂。然而,由于Pt、Ir和Ru的天然丰度低、成本高的原因,它们在ZABs中的实际应用严格受限。因此,探索低成本和高性能的双功能催化剂对促进可充电锌-空气电池的发展至关重要。具有高导电性、低氧还原反应能垒的过渡金属合金可作为有潜力的氧还原电催化剂。为提高过渡金属合金催化剂的双功能催化活性,可构筑过渡金属合金@过渡金属氮化物的核壳结构。在此,我们设计了一种氮掺杂碳纳米管包覆Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN核壳结构(Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN/NCNT)的双功能电催化剂,其具有高效的双功能催化活性。核壳结构可以为ORR/OER产生更多的活性点。Fe0.64Ni0.36核具有高导电性,有助于电荷转移。Fe3NiN壳有助于提升催化剂的OER性能。氮掺杂碳纳米管不仅能够有效增强传质效应和内部电荷传递,还可以提升其电化学活性表面积。此外,具有高抗腐蚀性能的Fe3NiN外壳可以有效地保护Fe0.64Ni0.36内核,从而提高了电化学过程中催化剂的稳定性。氮掺杂碳纳米管对Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN核壳结构也具有一定的保护作用,因此Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN/NCNT表现出优异的稳定性。Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN/NCNT催化剂表现出优异的双功能氧电催化性能,获得ORR的半波电位为0.88 V,在10 mA∙cm−2时的OER过电位为380 mV,以及高电化学稳定性(8 h后电流密度剩余92.8%)。此外,与基于Pt/C + IrO2 (155 mW∙cm−2)和Fe0.64Ni0.36/NCNT (89 mW∙cm−2)的锌-空气电池相比,基于Fe0.64Ni0.36@Fe3NiN/NCNT的锌-空气电池展现出更高的功率密度(214 mW∙cm−2),提供781 mAh∙g−1的高容量,并展现出了超长的循环稳定性(循环寿命超过1100 h)。我们相信这项工作将对于新型催化剂设计有所启发,从而实现高度稳定和高效的锌-空气电池。
关键词: 双功能电催化剂, Fe3NiN, 核壳结构, 锌-空气电池, 长循环寿命
多策略提升卤化氧铋活性材料的光电性能及其在光电化学领域的应用进展
严鹏程, 王鹏, 黄婧, 莫曌, 徐丽, 陈芸, 张瑜, 齐志冲, 许晖, 李赫楠
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309047
光电化学(PEC)技术作为一种简单的太阳能转换装置,是解决环境和能源挑战最有前途的方法之一。PEC技术主要涉及到在光照射下光活性材料被激发导致载流子生成和电荷转移,进而发生光电转换的过程,活性材料在整个系统中起着核心作用。因此,获得高效PEC性能的关键是设计和合成高光电活性材料。光活性材料的光电转化效率主要取决于较宽的光吸收响应范围和较快的光生载流子分离和传递速率。常见的光敏半导体可以作为光电活性材料,包括金属氧化物、金属硫化物、有机小分子和有机聚合物等。但是由于单个半导体材料的固有局限性,难以满足不断增长的检测需求。探索具有特定结构组成的功能复合材料可以克服单个半导体材料的性能缺陷。此外,太阳光谱中紫外光区仅占约5%,而可见光占比约45%。研发可见光驱动的光电活性材料例如银基、铋基、有机聚合物材料等对于PEC技术的商业应用具有更重要意义。由于BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料具有带隙可调、独特的层状结构、无毒性、光吸收范围宽、光稳定性优异等特点,基于BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)的PEC技术已成为研究热点。本文介绍了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料的理化性质,从提升太阳光的利用率、抑制光生电子和空穴的复合着手,从表面和界面两个角度讨论了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)基材料的改性方法,重点介绍了其在微结构调控、表面缺陷、官能团修饰、金属沉积、杂原子掺杂和异质结构建等方面的研究进展。通过不同的设计策略,可以有效地提高BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)光生载流子的分离效率,从而提高其PEC性能。介绍了改性BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)在PEC传感、光电水分解、光电催化降解、CO2还原、固氮和光催化燃料电池等方面的应用。最后,讨论了BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)材料在上述应用中面临的挑战,并对BiOX (X = Cl, Br, Ⅰ)材料未来的研究和实际应用进行了展望。
关键词: 卤化氧铋, 光电化学性能, 电荷分离, 传感器, 异质结
废旧棉织物基多孔炭材料的制备及其吸波性能
朱倩倩, 徐丽, 潘虹, 姚程健, 赵红, 马楠, 施小淋, 沈子晗, 张伟俊, 王忠坚
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250040
以废旧棉织物为原料,氯化锌为活化剂,采用一步活化-炭化法制备具有丰富孔隙结构的废旧棉织物基炭吸波材料(CCF),并探讨了不同氯化锌质量分数对CCF吸波性能的影响。结果表明:氯化锌能够有效丰富CCF的孔隙结构,提高其吸波效果。在炭化温度为700 ℃(N2气氛下)、氯化锌质量分数为10%时制备的CCF-10的比表面积高达1 310 m2·g-1,其在厚度为2.0mm时的最小反射损耗达-35.02 dB,有效吸收带宽为5.6 GHz。
关键词: 生物质, 废旧棉织物, 炭材料, 吸波性能

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