孔内氨基的稳定性铟基金属有机骨架高灵敏电化学传感多巴胺
苏婧, 李冰融, 白乙艳, 籍文娟, 杨海英, 范哲锋
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230414
为设计高稳定性且高灵敏度的纯金属有机骨架(MOF)电化学传感器以检测多巴胺(DA),我们选用铟基MOF [In(2-NH3-BDC)(2-NH2-BDC)]·1.5H2O(RSMOF-1,RSMOF=resistance switchable metal-organic framework,2-NH2-H2BDC=2-氨基对苯二甲酸)修饰玻碳电极(RSMOF-1/GCE)。制备的电极RSMOF-1/GCE的DPV测试结果显示其线性范围为0.990~663 μmol·L-1、检出限为0.770 μmol·L-1。在多种干扰物质如尿酸、尿素、葡萄糖和对乙酰氨基酚存在的条件下,RSMOF-1/GCE对DA仍具有高的选择性。理论模拟结果显示,在RSMOF-1孔道内壁的—NH2可通过氢键增强与DA分子的相互作用,使RSMOF-1/GCE具有灵敏的电化学传感DA的性能。
关键词: 氨基官能化金属有机骨架, , 电化学传感器, 多巴胺
超高比能电池锂层状氧化物正极材料面临的挑战与解决策略
宋亮亮, 梁颢严, 李顺清, 邱报, 刘兆平
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100085
得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应,富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh·g−1的比容量,因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖,开发高锰富锂层状氧化物(HM-LLOs)成为一种可行的策略。通过引入更多的Li–O–Li构型,可以促进更多晶格氧参与氧化还原反应,从而提升理论比容量。然而,锰含量的增加也带来了如活化困难和不可逆氧释放等挑战,显著限制了HM-LLOs理论比容量的实际利用。基于此,本文首先探讨了HM-LLOs高理论比容量的来源,随后深入分析了高锰特性引发的结构变化及其对实际比容量利用的限制,最后系统总结了从合成到活性材料改性的多种优化策略,并展望了可能提升HM-LLOs实际比容量的未来方向。
关键词: 锂离子电池, 正极材料, 富锂层状氧化物, 合成优化, 改性策略
依托“第二课”多维度开放实验室,拓展实验教学的深度和广度
乔晋萍, 李运超, 南彩云, 张媛, 魏朔, 赵云岺, 韩娟, 李玉峰, 全燕苹, 孙根班, 李会峰, 郭少师, 贺勇, 邓学彬, 张家新, 司书峰, 欧阳津
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405016
实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节,如何突破课堂教学的时空限制有效实现实验资源的开放利用,是高校实验教学中心改革和建设的重要内容。本文以化学国家级实验教学示范中心(北京师范大学)为例,介绍本中心将有组织的“第二课堂活动”纳入实验教学体系,探索并创建了多层次、多维度的实验室开放模式;通过举办丰富的实验竞赛/实践活动,支持大学生开展创新创业、学科竞赛、科学研究和科普宣传等活动,为学生提供了多样化的、以自驱为主、崇尚创新的实践训练机会,从而切实发挥了实验教学中心在创新人才培养中的支撑作用和在基础教育领域的辐射和示范作用。上述举措得力、育人效果显著,值得推广借鉴。
关键词: 第二课堂, 实验竞赛, 实验室开放模式, 实验教学模式改革
熵合金及熵陶瓷在电解水中的应用进展
彭凯, 赵新怡, 陈子茜, 张旭海, 曾宇乔, 蒋建清
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240454
析氢、析氧的动力学过程迟缓,带来电解水制氢能效低、成本高的问题,给绿氢的大规模应用设置了严重障碍。开发具有低成本、高催化性能的催化材料,是突破这一瓶颈问题的关键环节。近年来,高熵材料因其优异的物理和化学性能在各领域受到广泛关注。高的混合熵可以赋予材料大的晶格畸变、显著的迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应,为催化剂的成分设计和性能提升提供了良好平台。高熵材料也因此开始在电解水制氢领域崭露头角,并迅速成为解决绿氢制备低能效问题的一种理想催化剂,是该领域当前的一个研究热点。鉴于此,本文综述了高熵合金和高熵陶瓷在电解水催化方面的研究现状。文章首先基于电解水反应机制,总结了高熵合金、高熵陶瓷催化剂的成分设计和结构调控策略,梳理了用于析氢和析氧催化的不同高熵合金、高熵陶瓷成分体系,介绍了高熵电解水催化剂的合成方法,并对其优缺点进行了评估,最后对该领域面临的挑战和未来发展方向进行了展望,以期为低成本、高性能高熵电解水催化剂的开发提供新思路,促进绿氢相关技术的研究和发展。
关键词: 高熵合金, 高熵陶瓷, 电解水, 析氢反应, 析氧反应
氧空位V掺杂MnO2高性能水系锌离子电池电极材料的性能
戴勤进, 樊姗, 樊鹏阳, 郑晓英, 董伟, 王梦雪, 张永
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240326
通过较为简单的水热法制备了V掺杂MnO2(VMO),并研究了其作为水系锌离子电池(ZIB)正极材料的电化学性能。材料表征和电化学性能结果表明V被均匀地掺杂到MnO2中。V掺杂不仅扩大了MnO2的层间距,增加了比表面积,还提高了其内部离子电导率。组装成的ZIB在电流密度为0.1 A·g-1的条件下,初始放电容量可达362 mAh·g-1。V的掺杂使MnO2的晶格结构更加稳定,Jahn-Teller畸变效应减弱,电极材料的结构稳定性提高。当电流密度为1 A·g-1时,经过300圈的充放电循环后,其放电容量仍然能够达到初始容量的87%。
关键词: 锌离子电池, MnO2, V掺杂, 高比电容
勒烯受体有机太阳能电池稳定性研究进展
郭雅雯, 李大伟, 高杨, 李翠红
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202306050
近年来,基于非富勒烯受体(NFAs)的有机太阳能电池(OSCs)取得了迅猛的发展。单异质结OSCs的光电转换效率(PCE)已突破19%,这进一步推动了有机光伏技术的商业化进程。光电转换效率的快速提升源于活性层材料的创新开发、器件工程的优化以及对器件物理的更深刻理解。然而,稳定性问题已成为制约其商业化的一个主要因素。目前,关于活性层材料和电池器件稳定性的研究仍相对有限。在本综述中,我们对NFA-OSCs不稳定性的机理进行了简要介绍,包括NFAs的光氧化降解、不稳定的共混薄膜形貌以及界面层诱导的NFAs不稳定性。同时,我们总结了近年来国内外关于提高NFA-OSCs稳定性的研究策略。期望本综述能为实现高效、稳定的NFA-OSCs提供有益的指导。
关键词: 有机太阳能电池, 非富勒烯受体, 内部不稳定性, 光氧化降解, 形貌不稳定性, 界面层
A photothermal agent with high photothermal conversion efficiency and high stability for tumor therapy
Tao LIU, Yuting TIAN, Ke GAO, Xuwei HAN, Ru'nan MIN, Wenjing ZHAO, Xueyi SUN, Caixia YIN
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240107
A photothermal agent (ECEI) with high photothermal conversion efficiency (85.78%) was synthesized based on coumarin fluorescent groups. In addition, the experimental results of hot and cold cycling show that ECEI has good photostability. Despite damage to the mitochondrial membrane potential, ECEI can effectively target mitochondria and induce cancer cell death under laser irradiation. This allows ECEI to maximize mitochondrial damage and thus inhibit tumor cell reproduction. Notable, after irradiating mouse tumors once, the mouse tumors gradually disappeared within 10 d. This indicates that ECEI has an excellent tumor inhibition effect.
关键词: photothermal therapy, tumor ablation, high photothermal conversion efficiency
用于高性能水系锌离子电池正极材料的1T-MoS2纳米薄片的制备及性能
樊鹏阳, 樊姗, 戴勤进, 郑晓英, 董伟, 王梦雪, 黄小潇, 张永
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240339
通过一步水热法成功制备了一种水系锌离子电池正极材料——富1T相的MoS2(1T′-MoS2)。表征结果与密度泛函理论(DFT)模拟计算表明,1T′-MoS2的电导率明显高于2H-MoS2,并且含有丰富的硫缺陷。这有助于大幅提升离子扩散速率和电荷转移速率,优化材料的电化学和动力学性能。因此,采用1T′-MoS2组装的电池在0.1 A·g-1的电流密度下,首次放电容量高达202 mAh·g-1。此外,在大电流密度下(1 A·g-1),其经过500次恒电流充放电循环后,电池的容量保持率为92%,显示出较高的容量和长循环稳定性。
关键词: 水系锌离子电池, 1T-MoS2, 硫缺陷, 正极材料
构筑富含阳离子缺陷的贫P-Ni2P和P-CoP3异质结用于增强尿素/肼电催化氧化反应
谭雯娟, 叶勇, 孙秀娟, 刘备, 周佳佳, 廖海龙, 吴秀琳, 丁锐, 刘恩辉, 高平
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202306054
废水中存在的肼和尿素会对环境造成严重污染。利用电化学氧化技术处理含肼和尿素的废水,既可以有效处理废水,实现氮循环,又能将肼和尿素作为新型燃料,有助于新能源的发展。然而,目前实现肼氧化(HzOR)和尿素氧化(UOR)的电化学技术仍存在挑战。因此,开发低成本、高效且稳定性好的电催化剂是实现这一技术的先决条件。在本文中,我们采用水热-碱刻蚀-磷化的三步方法,制备了一种富含阳离子缺陷的双金属磷化物Ni2P/CoP3催化剂(简称Ni2P/CoP3-Znvac),并将其应用于肼氧化和尿素氧化。该催化剂由贫磷的Ni2P和富磷的CoP3两种不同性质的磷化物组成。CoP3中富集的磷含有大量的负电荷,有利于吸附带正电荷的中间物种;而Ni2P中磷含量较少,金属含量高,具有良好的导电性,可以确保快速的反应动力学。通过物理表征和电化学测试,证实了Ni2P/CoP3的成功合成和其独特的电子结构。电子顺磁测试(EPR)证明了阳离子空位的存在,大量的阳离子空位缺陷有助于增加活性位点的数量,从而提升催化性能。因此,该催化剂在肼氧化和尿素氧化方面表现出色。仅需−47 mV (HzOR)和1.311 V(UOR)的电位即可产生10 mA∙cm−2的电流密度。Tafel斜率分别为54.3 mV∙dec−1 (HzOR)和37.24 mV∙dec−1 (UOR)。Ni2P/CoP3-Znvac在HzOR和UOR方面的性能远优于单独的Ni2P和CoP3,也优于未经碱刻蚀的镍钴磷化物。基于以上的测试结果,我们将Ni2P/CoP3-Znvac催化剂应用于直接肼燃料电池(DHzFC)和直接尿素-双氧水燃料电池(DUHPFC)的阳极,测试表明DHzFC和DUHPFC的最大功率密度分别为229.01和16.22 mW∙cm−2。更为重要的是,DHzFC和DUHPFC能够稳定工作24 h,性能几乎不衰退。此外,Ni2P/CoP3-Znvac材料还可应用于自制的锌-肼燃料电池,并展示出良好的实际应用潜力。综上所述,本研究通过一系列方法制备了Ni2P/CoP3-Znvac催化剂,该催化剂在肼氧化和尿素氧化方面具有优异性能。这项工作为设计高效且稳定性好的肼氧化和尿素氧化电催化剂提供了新的思路。
关键词: Ni2P/CoP3异质结, 阳离子空位缺陷, 碱刻蚀, 肼氧化, 尿素氧化
熔融中间体运输导向合成氨基g-C3N4纳米片用于高效光催化产H2O2
陈郭强, 郑子璇, 钟威, 王国宏, 吴新鹤
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021
为避免使用当前g-C3N4纳米片合成策略中的外加辅助,如模板、强酸、强碱等,本研究设计了一种g-C3N4熔融中间体运输的创新模式,在没有任何外加物质辅助情况下,成功一步合成富含氨基g-C3N4纳米片。该创新模式具体包括先将三聚氰胺放置在倒置坩埚的顶部平台上,随后进行一步煅烧。在煅烧过程中,三聚氰胺及其随后形成的g-C3N4中间体转变为熔融状态,并沿倒置坩埚外表面逐渐向下流动。这种熔融中间体运输模式可以有效减少其团聚,并使其依次分批聚合成富含氨基的g-C3N4纳米片。此外,所得富氨基g-C3N4纳米片的光催化产H2O2速率显著提高,约为85.8 μmol·L–1·h–1,是传统块体g-C3N4的2倍,这主要是因为除了其纳米片结构具有较大的比表面积外,富氨基结构可以有效增强对O2原料和*OOH中间体的吸附,并加速*OOH高效转化为H2O2。该探究提供了一种创新模式来合成富含氨基的g-C3N4纳米片,并深入探究了其光催化机理。
关键词: 光催化, 氮化碳纳米片, 富氨基, 中间体运输, 产过氧化氢

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