納米前沿最新集錦20170605


1. JACS: C3N4光催化HER

g-C3N4在光解水製H2反應中具有可觀的活性和穩定性,但是人們對於其中的電子傳導機製尚不是特別清楚。本文中作者利用飛秒級的透射吸收譜(transient absorption (TA) spectroscopy )研究了這一過程。他們發現將體相的g-C3N410%剝離的C3N4混合後可以將其HER性能提升約兩倍(2050 to 3810 μmol h–1 g–1 )。通過TA譜他們發現光生電子在剝離的C3N4上以接近分子擴散極限的速率猝滅。在混合樣品上TA譜的衰減速率為1/ke′ = 660ps 而在純的g-C3N4 1/ke = 4.1 ns。在體相g-C3N4上的載流子生成的效率大約65%,而在剝離材料上則幾乎不對載流子的生成產生貢獻。因而在該材料上電子的傳導機製是在g-C3N4上產生的電子在表麵發生鏈終止反應生成氫氣。

Ultrafast Spectroscopy RevealsElectron-Transfer Cascade That Improves Hydrogen Evolution with Carbon NitridePhotocatalysts

J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.7b02869

 

2. JACS: 鈣鈦礦捕獲態鈍化

在鈣鈦礦太陽能電池中,對於捕獲態(Trap state)的鈍化是提升其性能的重要途徑。本文中通過引入Cu(thiourea)I與鈣鈦礦中未飽和配位的金屬離子和鹵素離子之間產生相互作用,可以使得捕獲態的能量從0.34-0.45 eV降低到0.25-0.35eV。此外Cu(Tu)I的引入還與鈣鈦礦形成了p-i節,大幅提升了空穴的遷移距離(126 nm提升至265 nm)。由於上述兩種因素使得Cu(Tu)I作為p型半導體的性能遠好於CuI,其效率可達19.9%


A Breakthrough Efficiency of 19.9%Obtained in Inverted Perovskite Solar Cells by Using an Efficient Trap StatePassivator Cu(thiourea)I

J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.7b01439


3. Angew: Fe-N-C催化H2O2還原

Fe-N-C材料被視為低溫燃料電池中Pt催化劑的潛在替代催化劑。對於Fe-N-C催化的ORR反應過程中會伴隨H2O2的生成,影響反應的選擇性和效率,同時也影響電池材料的穩定性。本文中作者設計了含有N摻雜C材料包裹FeNxCyFe納米顆粒等位點的催化劑,他們發現這些CNx包裹的物種對於H2O2還原均有一定活性,且FeNxCy物種的性能更好。但是純的Fe納米顆粒或者純的CNx則沒有活性。

Unraveling the Nature of Sites Activetoward Hydrogen Peroxide Reduction in Fe-N-C Catalysts

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704356

 

4. Angew: 氧化石墨烯歧化脫氧

通過濕法化學製備完整的石墨烯至今依然存在較大挑戰。一般而言在熱處理的過程中伴隨CO2的脫除都會使得石墨烯的C層撕裂或者產生較多的缺陷。本文中作者通過拉曼和原子分辨的HRTEM研究了不同含量O功能基團的氧化石墨烯的熱處理過程中的反應機製。他們發現,除了傳統的CO2脫除過程,還存在表麵的歧化反應過程,含O基團以自由基的形式脫除,在表麵留下空穴並得到完整的石墨烯層。

Thermal disproportionation ofoxo-functionalized graphene

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704419

 

5. Angew: 纖維素納米纖維自清潔膜

本文中作者發現,在固體表麵通過簡單地沉積一層纖維素納米纖維膜就可以將表麵沉積的從機動車油到丁醇等油性汙垢通過簡單的水洗就可以清潔幹淨。這種自清潔作用與纖維素的官能團結構相關,在單股纖維素上,其表麵的羧基和羥基形成了致密的各向同性地極性冠。這種極性核冠結構提供了一種高效的油水分離途徑。

Simple Nanocellulose Coating forSelf-Cleaning upon Water Action: Molecular Design of Stable SurfaceHydrophilicity

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201703913

 

6. Angew: 單位點Co催化劑直接光解水

對於大部分的光解水反應,一般在不存在犧牲劑的條件下的性能都不太好。本文中作者將g-C3N4進行簡單的磷化處理後負載得到單原子分散的Co催化劑,通過同步輻射X射線吸收表麵其結構為Co1-P4配位模式。這種單位點的催化劑可以大幅提高載流子的分離效率和光解水的催化活性。這種配位不飽和的單位點Co使得載流子的壽命提高了20倍,其HER的速率達410.3 μmol/h/g。其500nm處的量子效率為2.2%

Single-siteactive cobalt-based photocatalyst with long carriers lifetime for spontaneousoverall water splitting

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201704358

 

7. Angew: Au NPs相變自由基雜化材料抗腫瘤

對於腫瘤治療的常規的基於氧自由基方法中的光熱療和化療是兩種有潛力的腫瘤治療方案。但是在腫瘤細胞周圍的缺氧環境中限製了自由基的產生,從而降低了上述方案的效率。本文中作者引入了可以發生相變(由固態分解為自由基)的非O自由基作為抗腫瘤材料AIPH,並將其包裹在Au納米顆粒中,進一步通過AuNPs光照後產生的熱效應釋放自由基從而達到殺死腫瘤細胞的目的。

A Hybrid Nanomaterial for the ControlledGeneration of Free Radicals and Oxidative Destruction of Hypoxic Cancer Cells

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201702898

 

8. Angew: Au-Fe3O4自組裝囊泡

Janus兩性納米顆粒相對於單個納米粒子一般而言在成分調控、表麵電荷分部、偶極矩等方麵具有獨特的性質。而通過自組裝可以將納米粒子的光電磁等性質進行耦合。本文中作者實現了Au-Fe3O4Janus納米顆粒的可控自組裝。在Au-Fe3O4Janus納米顆粒中的AuFe3O4上分別吸附不同的表麵活性劑後便可以促進其進行自組裝。其組裝的結構與脂質體中的分子類似,是頭頭相對的兩層膜。而且,通過調配AuFe3O4的表麵配體可以使得其組裝方式發生反轉。該材料結合了AuSPR性質和Fe3O4的磁性性質,使得該材料在生物成像中具有極大的優勢。

Double-Layered Plasmonic-Magnetic Vesiclesby Self-Assembly of Janus Amphiphilic Au–Fe3O4 Nanoparticles

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201702572

 

9. Angew: 合成氨催化劑表麵LiFe活性中心

本文中作者發現,在合成氨反應中表麵LiH物種的形成可以提高使得Fe催化劑的性能提高3倍。通過光譜和質譜表征作者發現了表麵形成的LiFeH物種,該物種被視作合成氨反應的活性中心,與在純的Fe或者Ru基催化劑上的反應過程不同,在該位點上N2H-發生氧化還原反應形成Fe-(NH2)-LiLiNH2

The Formation of Surface Li-Fe TernaryHydride and its Function on Catalytic Ammonia Synthesis at Low Temperatures

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201703695

 

10. Angew: OER表麵活性O物種識別

在過渡金屬催化的OER中由於中間體物種存在時間較短一般手段難以捕捉其信息。本文中作者通過引入一種探針分子tetraalkylammonium (TAA)Ni(OH)2表麵催化的OER反應進行了研究。TAA具有表麵活性劑的性質,在催化劑表麵會與OER反應中的活性氧物種產生相互作用從而使其中的氫鍵信息發生變化。結合同位素交換實驗和不同pH下的光譜信號,作者發現在無序Ni(OH)2表麵引入Fe3+離子之後可以大幅改變表麵的質子交換性質和OER反應機製並且大幅提高催化活性。

Chemical recognition of active oxygenspecies on the surface of oxygen evolution reaction electrocatalysts

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201701984

 

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