石墨二炔@Janus磁鐵礦用於光催化固氮

2021-01-08 科學網

石墨二炔@Janus磁鐵礦用於光催化固氮

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/10/29 13:28:45

石墨二炔@Janus磁鐵礦用於光催化固氮，這一成果由中國科學院化學研究所Yuliang Li研究團隊經過不懈努力而取得。 相關論文於2020年10月27日發表在國際學術期刊《德國應用化學》上。

研究人員設計並製造了一個具有高活性的石墨二炔異質結與高效的光催化相結合。該催化劑在光催化合成氨反應上表現出轉化性能。這種優異的性能是由於石墨二炔含有Fe位點特定的磁鐵礦，從而導致催化劑中的價態轉變。結果顯示石墨二炔在有效調節磁鐵礦活性和配位環境上的強大優勢，同時揭示了磁鐵礦可以選擇性地形成兩種不同價態的四面體配位Fe和八面體配位Fe。

該催化劑對光催化合成氨表現出顯著的催化性能，表現出優異的轉化光催化活性，氨產率(YNH3)達到前所未有的1762.35±153.71 μmol h-1 gcat -1(最高可達1916.06 μmol h-1 gcat -1)。這項工作充分利用了石墨二炔的結構和性質特點，在催化領域為光催化開闢了一個新的方向。

附：英文原文

Title: Graphdiyne@Janus Magnetite for Photocatalysis Nitrogen Fixation

Author: Yuliang Li, Yan Fang, Yurui Xue, Lan Hui, Huidi Yu

Issue&Volume:

Abstract: A highly active graphdiyne heterojunction integrated with high‐efficiency photocatalysis is designed and fabricated. This catalyst demonstrates transformative properties on photocatalysis for ammonia synthesis. Such excellent properties are reigned from graphdiyne incorporating Fe site‐specific magnetite resulting in a valence state transition within the catalyst. Our results show the strong advantages of graphdiyne in effectively regulating magnetite activity and coordination environments and also indicate that magnetite can selectively form two different valence tetrahedral coordination Fe and octahedral coordination Fe. The catalysts show remarkable catalytic performance for ammonia synthesis by photocatalysis, indicating transformative photocatalytic activity with an ammonia yield (Y  NH3  ) of unprecedented level of 1762.35 ± 153.71 μmol h  ‐1  g  cat.  ‐1  (the highest Y  NH3  could reach up to 1916.06 μmol h  ‐1  g  cat.  ‐1  ). This work makes full use of the structural and property features of graphdiyne and opens up a new direction for photocatalysis in the field of catalysis.

DOI: 10.1002/anie.202012357

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202012357

相關焦點

  • 合成氨產率提高近十個數量級:石墨炔基Pd原子催化劑|NSR
    近日，中國科學院化學研究所李玉良院士團隊和山東大學薛玉瑞教授、香港理工大學黃勃龍教授合作在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表研究論文，他們在石墨炔（GDY）上錨定了零價鈀（Pd）金屬原子（圖1），並將獲得的
  • ...錒系單離子與石墨炔配位規律並提出核燃料循環關鍵分離過程新策略
    ，具有豐富的碳化學鍵、大共軛體系、多活性位點、特殊三角孔道結構以及優良的化學穩定性，在諸如儲能材料、催化、電化學、生物傳感與探測、分離等領域均有著重要的應用前景。對石墨炔結構特徵的深入探究及對其應用領域的不斷拓展，都將對石墨炔研究起到重要的推動作用。在核燃料循環領域，針對特定離子間的選擇性分離關係到核工業的可持續發展問題。首先，為了將高放廢液中的次錒系元素轉變成短壽命或者穩定的核素，從而降低或消除核廢物的長期危害，研究人員提出了「分離-嬗變」的處理方法。
  • 今日Nature:光催化碳炔類似物的生成及功能化
    相較之下，具有3個非成鍵電子的單價碳——碳炔，反應的中間體還有待研究，涉及炔碳的反應設計受限於對極端反應活性的控制和有效反應來源的缺失。巴塞隆納科學技術研究所Marcos G.Suero（通訊作者）等人意識到碳炔的本徵特點是可以連續形成3個新的共價鍵，猜測產生碳炔或相對穩定的其他碳形式的催化方法可以通過構建手性中心的組裝點分離法實現。該研究組設計了一種新的催化方法，利用可見光光氧化還原催化劑，生成重氮基甲基自由基作為碳炔的類似物。
  • 銀催化活化端炔 •...
    根據C≡C鍵上的取代基，炔烴可以通過π活化（內炔）或σ活化（端炔）。與內炔相比，端炔往往缺乏有效的催化活化方法，因而在有機合成中的研究進展相對有限。銀鹽可以用作有效的軟π-路易斯酸催化劑，通過銀絡合物選擇性地活化C≡C鍵，因此銀催化活化端炔研究逐步引起化學家們的關注。然而，已報導的銀催化/介導炔烴的轉化反應通常僅形成一個碳-碳或碳-雜原子鍵，得到炔基化/烯基化產物。
  • 光催化全解水:借鑑光合系統II的稀土-過渡金屬簇合物|NSR
    廈門大學孔祥建團隊借鑑植物中光合系統II催化中心的結構，設計了一種四核稀土-過渡金屬簇合物LnCo3(Ln= Nd, Eu, Ce)，將該簇合物錨定在摻磷石墨化氮化碳（PCN
  • 科學家利用小於3納米的超細氧化亞銅實現可見光固氮
    科學家利用小於3納米的超細氧化亞銅實現可見光固氮 作者：小柯機器人 發布時間：2020/10/28 12:54:37 中科院理化技術研究所的張鐵銳團隊的最新研究製備了小於3納米的超細氧化亞銅（Cu2O），
  • 光催化的非均相Click Chemistry
    近年來，非均相Cu催化的該類型的反應也被廣泛報導，其中參與反應的非均相催化劑一般被認為僅僅是作為金屬的來源：反應中微量的Cu從催化劑表面淋溶，進入溶液中催化反應。最近，渥太華大學Juan C.Scaiano教授課題組報導了一類光催化的「真實的」非均相催化Click Chemistry，尤其對疊氮與末端炔的Huisgen環加成反應具有很好的催化活性，並且該反應的催化劑可以簡單分離以及循環使用。
  • 光催化系列初探 近三年光催化領域經典應用舉例及文獻推薦
    不論是從能源利用還是從環境保護的角度來看，相對於光催化降解有機汙染物而言，光催化分解水產氫似乎顯得更加有意義。從催化反應動力學的角度來看，如果能夠通過光催化劑設計，使得光催化反應動力學過程改變，而不是上文提及的直接的4電子過程的話，將有可能提高光催化劑光催化分解水的性能。這裡給大家推薦介紹蘇州大學康振輝老師課題組2015年發表在Science上的一項工作[2]，該工作結合了兩種碳材料—碳點和石墨相氮化碳各自的優勢，實現了催化反應的「強強聯手」。
  • 【催化】具有能帶可調的超薄多孔氮化碳集束體應用於同步光催化分解水和苯甲醇選擇性氧化反應
    石墨相氮化碳作為一種性能優異、廉價易得、穩定無毒的聚合物半導體，具有良好的商業開發和應用潛力。在熱力學方面，氮化碳的能帶位置可驅動水分解以及有機氧化還原反應的進行。但塊體氮化碳（BCN）受形貌、聚合度以及缺陷的影響，表現出比表面積小、可見光利用率低、光生電子-空穴易複合等問題，不利於其在光催化領域中應用。
  • 【綜述】分子結構設計推進石墨相氮化碳的新應用:從光催化到生物傳感
    ‍‍‍氮化碳是一種具有類石墨結構的二維聚合物材料，由於具有良好的物理化學穩定性、獨特的化學結構和電子能帶結構，近年來作為經濟、穩定
  • 金屬催化反應小結
    對於炔基滷化物來說，雖然沒有太多的文獻報導，但是炔基碘化物的確可以和Pd(0)反應生成炔基鈀配合物。另外還有鎳催化和銅催化的反應也有幾個經典反應，下面都有介紹。一、Buchwald-Hartwig反應一價銅作為催化劑，端基炔和炔基滷化物反應生成非對稱性二炔的反應三、羰基化偶聯反應 Carbonylative Cross Coupling
  • Ni催化末端炔與磺醯基自由基的分子間碳-磺醯化反應
    分子間的反應則需首先通過炔烴的磺醯化滷化反應，隨後以Pd催化的偶聯反應兩步實現（圖1A），該過程往往需要藉助兩種催化體系，有時還需在苛刻的反應條件下進行，由此限制了其在合成上的應用。近年來，復旦大學的吳傑課題組報導了通過三氟甲基自由基途徑，實現了末端炔烴的三氟甲基化-磺醯化加成反應（圖1B），雖然這一反應具有較高的選擇性，但是僅能得到含有全氟烷基的磺醯肼產物，引入其他類型C-C鍵的反應亟待發展。
  • 光催化最新科研動態導讀(2018-04)
    多孔缺陷改良的g-C3N4材料光催化產氫機理圖近年來，石墨相氮化碳（g-C3N4）被認為是最具潛力應用於轉換太陽能量的光催化劑，但是其固有的缺陷在於對可見光吸收不足且電荷分離效率較低，從而限制了該材料在可見光光催化產氫中的實際應用度
  • 用於可見光碟機動產氫的特殊定製的自組裝光催化納米纖維
    用於可見光碟機動產氫的特殊定製的自組裝光催化納米纖維 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/23 17:06:32 一個由布裡斯託大學Ian Manners課題組領導的國際合作小組，通過自組裝納米纖維實現了可見光碟機動的高效產氫
  • 環境工程|光熱催化氧化VOCs:光碟機動熱催化氧化法、光碟機動光熱協同催化氧化法
    李娟娟1,2 張 夢1,2 蔡松財1,2 於恩琪1,2 陳 儆3 賈宏鵬1,2*（1.中國科學院城市環境研究所；2.中國科學院大學；3.中國科學院海西研究院廈門稀土材料研究所）VOCs是指在常溫下，沸點50～260 ℃的各種有機化合物，能參與大氣環境中臭氧、光化學煙霧、二次氣凝膠的形成，是加劇大氣複合汙染的重要因素，直接影響人類健康和經濟社會可持續發展
  • ARM:釩和鐵替代固氮酶的前世今生
    三種形式固氮酶的示意圖。鉬固氮酶催化的總反應為N2+ 16ATP + 8e−+ 8H+→ 2NH3+ H2+ 16ADP + 16Pi從這個公式可以看出，固氮是一個ATP密集型反應，它還需要大量的質子和以高能量電子形式存在的還原劑。
  • 金屬有機骨架修飾氧化亞銅納米線用於選擇性光催化CO2還原制CH4
    金屬有機骨架修飾氧化亞銅納米線用於選擇性光催化CO2還原制CH4 作者：小柯機器人 發布時間：2020/12/31 23:28:00 香港城巿大學Yun Hau Ng團隊揭示了金屬有機骨架修飾氧化亞銅納米線用於選擇性光催化CO2
  • 黑龍江大學井立強課題組:鎳修飾TS-1分子篩納米片用於高效光催化醇氧化及汙染物降
    這表明2Ni/TS-1 NS催化下的光催化苯甲醇氧化過程較為複雜。與空白實驗相比，引入AgNO3或TEA均會一定程度地降低光催化性能。而BQ的引入顯著的抑制了反應進行，綜合表明氧二負自由基在反應過程中的關鍵作用。綜上推斷光催化反應過程機制如圖5右，在全光照射下，2Ni/TS-1 NS的光生電子將還原O2產生·O2-自由基，然後產生·OOH自由基。
  • 黑龍江大學井立強課題組:鎳修飾TS-1分子篩納米片用於高效光催化醇氧化及汙染物降解
    而BQ的引入顯著的抑制了反應進行，綜合表明氧二負自由基在反應過程中的關鍵作用。綜上推斷光催化反應過程機制如圖5右，在全光照射下，2Ni/TS-1 NS的光生電子將還原O2產生·O2-自由基，然後產生·OOH自由基。·OOH自由基將通過與脫氫苯甲醇進一步反應，最終產生苯甲醛產物。
  • 大學回收舊手機電池中的石墨制新鋰電池 或可用於電動汽車
    該項目找到了一種方法來回收此類設備中的石墨，此種材料位於電池的負極，主要功能是用於存儲和傳導鋰。該研究的負責人之一Álvaro Caballero教授表示，研究人員能夠清除使用過的石墨中的雜質，重組其結構，並重新使其激活以做新用。有趣的是，此種材料佔鋰電池總重量的四分之一，所以當其被回收時，相當於回收了整個儲能系統的25%。特別是石墨又來自於原油，所以就更加有意義了。