西南石油大学 新能源与材料学院, 成都 610500
化学动力学疗法(CDT)利用肿瘤细胞内源性H2O2与芬顿催化剂反应生成高毒性的羟基自由基(•OH), 从而杀死肿瘤细胞, 但内源性H2O2不足和纳米粒子转运效率较低导致抗癌效果不理想。本研究制备了一种分散性良好、尺寸较小的铜掺杂介孔二氧化硅(Cu-MSN), 负载化疗药物阿霉素(DOX)和抗坏血酸盐(AA)后, 表面经叶酸(FA)和二甲基马来酸酐(DMMA)改性的壳聚糖(FA-CS-DMMA)以及羧甲基壳聚糖(CMC)包裹, 得到pH响应型靶向纳米催化剂FA-CS-DMMA/CMC@Cu-MSN@DOX/AA(缩写为FCDC@Cu-MSN@DA)。扫描电镜显示纳米粒子FCDC@Cu-MSN@DA粒径约为100 nm。体外48 h内Cu2+释放量可达80%, 药物DOX释放达到57.3%。释放的AA经自氧化后产生H2O2, 诱导Cu2+发生类芬顿反应, 从而增强CDT。细胞实验证明, FCDC@Cu-MSN@DA联合化疗药物表现出优异的抗肿瘤活性, 说明该多功能纳米催化剂在癌症治疗中具有潜在应用前景。
癌症治疗 铜离子 过氧化氢 纳米催化剂 化学动力学疗法 tumor therapy copper iron hydrogen peroxide nanocatalyst chemodynamic therapy
1 1.贵州梅岭电源有限公司 特种化学电源全国重点实验室, 遵义563003
2 2.南昌工学院 机械与车辆工程学院, 南昌 330108
氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程, 其自发反应进程缓慢, 对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题, 因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MCM), 再把获得的MCM与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MCMT)。该方法热解条件简单, 无需模板剂和NH3、HF等有毒物质。由于MCM含有较高的氮和氧元素, 有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力, 通过MCM和铁盐制备出的Fe-N/MCMT含有丰富的、催化ORR的Fe-Nx活性位点, 其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V (vs RHE), 比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16 mV。氧还原反应按照反应过程分为二电子过程和四电子过程, Fe-N/MCMT和Pt/C的转移电子数分别为3.77和3.91, 表明具有四电子反应过程。
铁氮共掺杂介孔碳 氧还原反应 半封闭体系 催化剂 iron-nitrogen co-doped mesoporous carbon oxygen reduction reaction semi-containment system catalyst
1 河南工业大学理学院, 郑州 450000
2 上海大学理学院物理系, 上海 201900
本文采用热聚合法和水热法成功制备了ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂, 并对所制备样品的结构、形貌和光吸收性能等进行了表征和测试, 通过在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)和光解水产氢评估了样品的光催化性能。实验结果表明, 制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂性能均优于ZnO和g-C3N4样品。此外, 当ZnO和g-C3N4的摩尔比为1∶1时, 所制备ZnO/g-C3N4复合样品的光催化性能最好。一方面, 此样品仅在30 min后便达到了94.36%的降解率, 其降解速率分别是ZnO和g-C3N4的5.6和6.7倍; 另一方面, 此样品6 h光解水产氢量为11.75 mmol, 产氢速率是g-C3N4的7倍。研究表明, 所制备的ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂在降解污染物和光解水产氢方面均展现出了优异的性能。同时, 本文还对ZnO/g-C3N4系列复合光催化剂的光催化降解和产氢机理进行了研究。
ZnO/g-C3N4复合光催化剂 水热法 光降解 光解水产氢 活性自由基 ZnO/g-C3N4 composite photocatalyst hydrothermal method photodegradation photolysis aquatic hydrogen active free radical
类Fenton反应是降解水中有机污染物的有效方法之一，开发高效的非均相催化剂至关重要。通过硬模板法制备了Fe掺杂的具有有序介孔结构的FeCeOx材料，以此为载体通过浸渍法负载Cu和Co后，构建了具有多金属活性位点的催化剂。催化剂在亚甲基蓝降解反应中表现出优异的催化性能，在45 min内可将亚甲基蓝完全降解，且具有良好的循环使用性能，使用5次后亚甲基蓝降解率仍达到93.3%。催化剂的介孔结构有利于吸附亚甲基蓝，暴露更多的活性位点，多金属之间的协同作用促进了催化剂上的电子转移，从而提高H2O2的活化效率和促进·OH的产生。
类Fenton反应 介孔结构 催化剂 协同作用 非均相催化 fenton-like reaction mesoporous structure catalyst synergistic effect heterogeneous catalysis
1 江苏旅游职业学院,扬州 225000
2 盐城工学院化学化工学院,盐城 224051
光催化技术在太阳能资源利用方面呈现出良好的应用前景,已受到世界各国的广泛关注。g-C3N4是一种二维结构的非金属聚合物型半导体材料,具有合成简单、成本低、化学性质稳定、无毒等特点,在环境修复和能量转化方面应用潜力较大。但g-C3N4存在对可见光吸收能力差、比表面积小和光生载流子复合速率高等缺点,限制了其实际应用。构筑异质结光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。基于Ag基材料的特点,前人对g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂进行了大量研究, 并取得显著成果。本文总结了近年来AgX(X=Cl,Br,I)/g-C3N4、Ag3PO4/g-C3N4、Ag2CO3/g-C3N4、Ag3VO4/g-C3N4、Ag2CrO4/g-C3N4、Ag2O/g-C3N4和Ag2MoO4/g-C3N4复合光催化剂降解环境污染物的研究进展,并评述了g-C3N4/Ag基二元复合光催化剂目前面临的主要挑战,展望了其未来发展趋势。
Ag基材料 二元复合光催化剂 光催化性能 环境污染物 g-C3N4 g-C3N4 Ag-based material binary composite photocatalyst photocatalytic performance environmental pollutant
1 兵器工业卫生研究所，西安 710065
2 西安石油大学电子工程学院，陕西 710065
3 延安大学化学与化工学院，延安 716099
面对化石能源危机问题，清洁高效的氢能源受到人们的广泛关注，电解水制氢成为新的研究热点。本文主要围绕铂/铜合金催化剂的合成、表征及其电解水析氢催化应用展开研究。采用溶剂热法合成铂/铜合金，通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征铂/铜合金的组成结构和微观形貌，对铂/铜合金的构效关系进行探索。利用电化学测试系统测得铂/铜合金不同条件下的析氢催化性能。在0.5 mol/L H2SO4中，铂/铜合金的起始过电位为20.3 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为37.56 mV·dec-1；在1 mol/L 磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，铂/铜合金的起始过电位为35.0 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为52.12 mV·dec-1；在1 mol/L KOH中，铂/铜合金的起始过电位为25.3 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为36.82 mV·dec-1。对比发现，铂/铜合金在酸性电解质中展现出更为优异的催化性能。而且，进一步实验表明铂/铜合金催化剂在酸性电解质中具有高的电催化活性面积(30.83 cm2)和良好的循环稳定性。
催化剂 铂/铜合金 溶剂热法 电解水 析氢反应 catalyst Pt/Cu alloy solvothermal method water electrolysis hydrogen evolution reaction
1 中国计量大学材料与化学学院，杭州 300018
2 河北民族师范学院，承德 067000
3 中国计量大学光学与电子科技学院，杭州 300018
近年来，通过光伏辅助电催化(PV-EC)分解水制备“绿氢”成为实现碳中和目标的关键。然而，普通电解水催化剂不能满足PV-EC系统中较高的太阳能到氢能(STH)转换效率的需求。因此，获取价格低廉、低反应过电势的电催化剂材料极为重要。本文选取具有高价态的过渡金属W作为掺杂源，采用一步电沉积方法制备出NiFeW三元金属磷化物。通过一系列的表征发现，NiFeW磷化物电催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性，且作为双功能电催化剂时，在10 mA/cm2电流密度下W掺杂后样品的过电势降低了51 mV。使用NiFeW磷化物作为双功能电催化剂和太阳能电池(a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H)作为驱动源，PV-EC器件实现了超过7%的理论STH转换效率，对推动太阳能分解水制氢装置的实际应用具有重要意义。
电解水制氢 双功能电催化剂 光伏辅助电催化 太阳能电池 过渡金属磷化物 掺杂 electrocatalytic water splitting for hydrogen evol bifunctional electrocatalyst PV-EC solar cell transition metal phosphide doping
1 1.安徽理工大学 材料科学与工程学院, 淮南 232001
2 2.安徽理工大学 环境友好材料与职业健康研究院, 芜湖 241000
3 3.安徽水韵环保股份有限公司, 芜湖 241000
采用共沉淀水热法制备了CoFe2O4@Zeolite (CFZ), 并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解合成染料。综合表征表明, 组成多孔壳层的CoFe2O4纳米颗粒均匀地覆盖在Na-A沸石上。CFZ的比表面积为107.06 m2/g, 是原始沸石比表面积的3倍。CFZ的饱和磁化强度为29.0 A·m2·kg-1, 可以进行有效磁分离。催化降解实验表明, CFZ/PMS体系对甲基橙(MO)的去除率远远高于单独使用CFZ或PMS。在最佳条件([MO]=50 mg/L、[PMS]=1.0 mmol/L、0.2 g/L CFZ、pH 8和T=25 ℃)下, MO去除率可达到97.1%。实验研究了pH、PMS用量、CFZ用量、MO浓度以及共存阴离子等因素对CFZ催化性能的影响。活性氧粒子淬灭实验表明, 1O2和O2•-在降解过程中起主导作用。CFZ具有良好的回收性能, 5次循环后MO去除效率仅下降2.4%。本文还详细讨论了CFZ/PMS体系的催化降解机理。
高级氧化技术 过一硫酸盐活化 磁性催化剂 CoFe2O4@Zeolite 活性氧粒子 降解 advanced oxidation processe peroxymonosulfate activation magnetic catalyst CoFe2O4@Zeolite reactive oxygen species degradation
中国科学院化学研究所有机固体实验室，北京 100190
碳基材料一直被认为是替代贵金属氧还原反应(ORR)催化剂的最有潜力的材料。其中，石墨炔作为一种新的碳同素异形体，由于同时具有sp和sp2杂化的碳原子以及单原子层厚度的二维平面结构，因此在具有碳基材料固有的导电性和稳定性的同时，石墨炔基材料表现出更高的本征电化学活性。本文综述了目前用于电化学氧还原催化的各种石墨炔基催化材料合成的最新进展和成果，并从其电子结构和催化活性等角度分析了石墨炔基碳材料在氧还原催化应用方面的优势。最后，对石墨炔基碳材料在电化学氧还原催化方面研究的前景和面临的挑战进行了概述，为实现高质量石墨炔基无机非金属氧还原催化剂的设计合成提供了新的思路。
石墨炔 催化剂 电催化 氧还原反应 能量转换 graphdiyne catalyst electrocatalysis oxygen reduction reaction energy conversion
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030032
3 太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024
4 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H2与N2的混合气氛下进行高温退火, 成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低, 在退火温度为1 000 ℃时其位错密度最小, 应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的发光强度显著提高, 这可归因于多孔结构的孔隙率增大, 有效增加了光的散射能力。此外, 通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度, 结果表明, 具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时, 光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜, 为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。
多孔GaN薄膜 氢气氛 高温退火 金纳米颗粒 催化剂 光学性能 光电流密度 porous GaN thin film hydrogen atmosphere high-temperature annealing Au nanoparticle catalyst optical property photocurrent density
