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氧化物表面氧空位形成及后续分子吸附的密度泛函理论计算
摘要: 表面氧空位形成能(EOvac)是决定金属氧化物催化活性的重要参数。因此估算这些能量可实现具有潜力的催化剂候选材料的数据驱动设计。本研究测定了多种绝缘体和半导体氧化物的EOvac。统计分析表明,带隙、体相形成能和电子亲和能是显著影响EOvac的关键因素。氧脱附后电子会进入缺陷态,这些态可能位于价带、禁带中部或导带。研究还考察了O2、NO、CO、CO2和H2分子在缺氧表面的后续吸附行为。这些分子优先吸附于缺陷位点,且EOvac被确认为决定吸附模式的主导因素,同时也是与吸附能呈现良好相关性的描述符。
关键词: 催化活性、分子吸附、氧空位形成能、金属氧化物、密度泛函理论
更新于2025-09-23 15:21:21
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一对独特的纳米团簇:具有相同表面但不同核心的Ag40与Ag46,用于结构-性能关联研究
摘要: 理解纳米团簇的光学性质是基础研究中的核心任务之一。本工作研究了两种具有显著不同内核但共用?;た遣愕男乱擅淄糯兀篬Ag40(2,4-DMBT)24(PPh3)8]和[Ag46(2,5-DMBT)24(PPh3)8]2+。值得注意的是,Ag40纳米团簇包含首次通过实验观测到的简单立方结构Ag8内核。以这对独特的Ag40与Ag46纳米团簇为研究对象,我们探究了内核结构对其光学吸收特性的影响。Ag46的致密核壳结构使其前沿轨道高度简并,而Ag40的松散核壳结构导致前沿轨道简并度大幅降低。此外,由于内核结构的差异,这两种银纳米团簇在氧还原反应中表现出不同的催化活性。总体而言,本研究揭示了内核堆积模式对金属纳米团簇光学性质具有决定性作用。这些具有可控晶相的新材料在其他应用领域也展现出潜力。
关键词: 银纳米团簇、晶体相、核结构、光学性质、催化活性
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于第一性原理的原子级精确金属纳米团簇界面、稳定性、电子性质及催化活性的研究洞察
摘要: 原子级精确的配体?;そ鹗裟擅淄糯匾蚱浣峁姑魅?、理化性质独特以及在催化、生物和纳米技术领域的潜在应用而备受关注。其结构精确性为通过理论与实验紧密结合,关联几何构型、稳定性、电子特性与催化活性提供了诸多机遇。本文重点介绍我们近期在理解原子级精确金属纳米团簇的金属-配体界面、能量景观、电子结构与光学吸收及催化应用方面的理论进展,主要聚焦金纳米团簇。从计算视角看,金-配体界面的成键模式与能量学是两大核心课题:对于金-硫醇盐界面,?RS?Au?SR?"订书钉"模体并非始终占优——在Au(100)和Au(110)等开放晶面更倾向形成桥连模体(?SR?),该发现有助于阐释不同核几何与尺寸下金-硫醇盐模体的多样性;以PhC≡C?为例,金-硫醇盐与金-炔基界面在形成订书钉型模体方面表现出高度相似性;此外,无大位阻基团的N-杂环卡宾(NHCs)同样形成订书钉型模体。通过对比六类27种配体发现,炔基与大位阻NHCs与金表面结合最强,这为合成NHC保护的金团簇提供了可能。 纳米体系的能量景观通常复杂,但相同Au-S组成不同R基团团簇及同Aun(SR)m分子式异构体的合成进展,使得能量贡献的精细理论分析成为可能。配体-配体相互作用对团簇稳定性起重要作用,且通过动力学控制可获得亚稳态异构体。虽然超原子复合理论是理解原子级精确金团簇电子结构的起点,但轨道能级还受其他因素显著影响(如实验观测的Au25(SR)18?典型体系HOMO-LUMO跃迁分裂需引入自旋-轨道耦合才能复现);此外掺杂会导致偏离超原子电子计数的结构变化与电荷态。原子级精确金属纳米团簇因其结构明确,是研究纳米催化的理想体系——我们探究了含/不含掺杂剂的硫醇盐?;そ鹉擅淄糯卦谘≡裥约忧庥胛銮夥从χ械幕钚晕坏阌氪呋疲晗阜治隽饲庠谀擅捉鹬械男形?,发现最易吸附氢的位点是配位不饱和金原子。第一性原理研究原子级精确配体?;そ鹉擅淄糯匾鸦竦弥疃喽醇?,文末指出了尚待解决的重要问题。
关键词: 原子级精确的金属纳米团簇、金纳米团簇、催化活性、第一性原理、金属-配体界面、电子性质
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过原子尺度重排实现Pt-Skin金纳米颗粒失稳的动力学图谱
摘要: 一种常用的提高铂基催化剂质量活性的策略是合成具有单层厚铂皮层的金纳米颗粒(NPs)。金与铂的协同效应可提升催化活性并改善铂利用率。然而我们近期平衡蒙特卡洛模拟预测表明,铂皮层的稳定性存疑——表面铂最终会被金取代。通过分子动力学研究揭示了金在真空和溶液环境中促使铂皮层失稳的作用机制,该方法模拟了多种纳米颗粒合成路径下的不同初始金-铂排布构型。当铂团簇中的原子数超过临界值时,理想的单层铂结构会迅速转变为三维(3D)铂团簇,这与我们预测的金-铂体系中铂单层向Volmer-Weber生长模式转变的模型相符。在室温条件下,铂原子主要通过涉及金原子的交换机制或金原子攀爬至铂上方的途径,在亚秒级时间尺度内迁移至次表面层。实际上,实验中所谓的"铂皮层"金纳米颗粒很可能对应着次表面铂层上方仅存在单层表面金的结构。大尺寸三维铂团簇的存在可能减缓金原子在铂表面的攀爬过程,从而延迟金皮层的形成。
关键词: 铂皮肤、金纳米颗粒、失稳、催化活性、分子动力学
更新于2025-09-23 15:21:01
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银改性氧化镉——一种用于增强孔雀石绿光降解的新型材料
摘要: 通过水热法在低温短时间内对氧化镉(CdO)基催化剂进行银(Ag)修饰后,观察到其活性得到增强。采用XRD、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对产物进行表征。XRD证实形成了CdO,在晶面(111)处于32.73°呈现强烈衍射峰。红外光谱显示607、1387 cm-1的特征峰对应Cd-O键。CdO与银修饰CdO(Ag-CdO)的带隙分别为2.76 eV和2.56 eV,均延伸至太阳光谱的红光区域。紫外光照射下,Ag-CdO在175分钟内对有害染料孔雀石绿草酸盐(MG)的降解率达78.02%,优于原CdO(175分钟降解率75.85%)。光致发光(PL)研究表明,Ag-CdO具有更优的发射强度猝灭效果,这对光催化应用极具前景。
关键词: 催化活性、半导体、发光、纳米结构
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于分层CoS2/N掺杂C@Co-WS2蛋黄壳纳米多面体构建无铂染料敏化太阳能电池电催化剂
摘要: 具有蛋黄-壳结构的纳米材料因其更大的比表面积、更高效的活性位点及更短的电荷传输路径,被公认为能源转换器件中极具前景的先进催化剂。本研究开发了一种简便的模板法,合成了蛋黄-壳结构CoS?/N掺杂碳@Co-WS?(CoS?/NC@Co-WS?)作为染料敏化太阳能电池的对电极材料。具体而言,以沸石咪唑酯骨架-67(ZIF-67)为模板,通过阴离子转化/交换过程与(NH?)?WS?反应,随后进行硫化处理。此外,我们还探究了反应物质量比对催化剂形貌及电化学性能的影响。当ZIF-67前驱体与(NH?)?WS?的质量比为5:1时,无铂染料敏化太阳能电池的功率转换效率高达9.21%,显著优于铂基电池(8.18%)。这一优异性能可归因于多元素协同效应、显著的蛋黄-壳结构以及最大的比表面积(110 m2·g?1)。
关键词: 纳米多面体,CoS2/NC@Co-WS2,对电极,催化活性,染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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一步法制备具有增强光催化活性和光伏性能的TiO2/石墨烯杂化介孔薄膜
摘要: 我们采用一步气热法合成了基于二氧化钛-还原氧化石墨烯(RGO)杂化材料的中孔薄膜,无需额外退火工艺。气热制备的TiO2-石墨烯杂化材料(VTH)具有超大比表面积(约260 m2/g)和低团聚度的独特结构,从而增强了光捕获能力并提高了电荷产生与分离效率。研究发现,在VTH生长过程中同步获得了孔隙分布均匀的中孔薄膜。当使用5.0 wt% RGO含量的VTH薄膜作为光催化活性层时,实现了甲基橙降解的最高光催化活性。此外,当采用0.75 wt% RGO含量的VTH薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极时,其功率转换效率达到7.58%,较传统溶剂热法制备的纯TiO2光阳极电池提升了73.1%。这种简便的TiO2/石墨烯杂化中孔薄膜合成方法,有望为制备其他具有超高光催化活性和光伏性能的金属氧化物/石墨烯杂化材料提供实用解决方案。
关键词: 二氧化钛-石墨烯杂化材料、介孔薄膜、光阳极、催化活性、气相热法
更新于2025-09-19 17:13:59
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一步浸渍法制备染料敏化太阳能电池用铂对电极
摘要: 在设计用于提升染料敏化太阳能电池(DSSCs)性能的对电极(CEs)时,简便方法是重要特征。铂(Pt)金属是DSSCs中最具前景的对电极设计方案之一。本文开发了一种简单且经济高效的单步浸渍工艺来制备DSSCs中的Pt对电极。通过将氟掺杂氧化锡(FTO)浸入3-巯丙基三乙氧基硅烷(MTS)-Pt悬浮液中制备Pt对电极。我们测试并比较了MTS-1-Pt、MTS-10-Pt和溅射Pt作为DSSCs对电极的效果。MTS-1-Pt和MTS-10-Pt分别指采用1毫升和10毫升MTS制备的样品。采用MTS-1-Pt对电极的DSSCs展现出高达8.28%的功率转换效率(PCE),优于使用MTS-10-Pt对电极的电池(1.61%)。此外,由于与碘具有相同的催化活性,MTS-1-Pt对电极的DSSCs其PCE值与溅射Pt对电极(8.55%)基本相当。因此,这种改良的简易Pt对电极制备工艺可进一步用于提升DSSCs性能。
关键词: 一步浸渍法、催化活性、功率转换效率、铂对电极、染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过金属氯化物路线合成的钯纳米立方体在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的应用
摘要: 采用金属氯化物路线合成了钯纳米立方体(Pd NCs)。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察电极形貌。能谱分析证实了钯材料成分。利用X射线衍射(XRD)分析研究了合成钯纳米立方体的相纯度,并将所得图谱与JCPDS标准数据对比。目前正在研究以钯对电极制备的染料敏化太阳能电池的光伏性能。
关键词: 对电极,催化活性,腐蚀
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光辅助制备碳布负载钯纳米粒子用于水介质中环境污染物的降解
摘要: 液相激光烧蚀(LAL)作为制备纳米粒子的有效方法之一,被用于通过沉积钯纳米粒子(Pd NPs)来改性碳布(CC)。采用简单的搅拌法将Pd NPs沉积在CC表面。运用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等表征技术对所得样品表面进行研究,证实LAL技术成功在CC表面制备并沉积了Pd NPs。此外,还研究了碳布-钯纳米粒子(CC/Pd NPs)体系在硼氢化钠或甲酸辅助下还原水介质中多种环境污染物(包括六价铬[Cr(VI)]、4-硝基酚(4-NP)、刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB))的催化性能。该CC/Pd NPs体系具有高稳定性/可持续性、优异催化性能和易重复使用等优势。
关键词: 碳布负载钯纳米颗粒,污染物降解,激光烧蚀,催化活性,环境治理
更新于2025-09-12 10:27:22