氮化碳其实不是平的:皱纹结构改写光催化剂设计的理论起点
澳大利亚ARC碳科学卓越中心研究发现,石墨相氮化碳(g-C3N4)并非传统假设的完美平面结构,而是带有温和波纹的褶皱形态。团队通过能量最小化计算与X射线散射实验验证了这一结构修正,相关成果发表于《Materials Advances》。g-C3N4是光催化制氢与污染物降解的明星材料,结构模型的修正将直接影响缺陷工程与性能预测的准确性。
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澳大利亚ARC碳科学卓越中心研究发现,石墨相氮化碳(g-C3N4)并非传统假设的完美平面结构,而是带有温和波纹的褶皱形态。团队通过能量最小化计算与X射线散射实验验证了这一结构修正,相关成果发表于《Materials Advances》。g-C3N4是光催化制氢与污染物降解的明星材料,结构模型的修正将直接影响缺陷工程与性能预测的准确性。
发表于《自然·化学》的研究用铱光催化剂蓝光驱动aza-1,5-二烯闭环,打破有机化学近60年的五元环规则,可从同类起始物选择性构建两类刚性双环结构。计算建模揭示氮上基团电子效应决定环化路径。三维双环片段更能契合生物靶点且抗代谢,该工具将助力药物化学"逃离平面度"的分子设计。
Julia Santana-Andreo等9月2日提交arXiv的第一性原理研究显示,通过链接器功能化(如COOH修饰)与pH协同调控,可把MOF-5带隙收窄至可见光区间并保持还原端能级对齐;卤代/羟基化框架在碱性条件下可直达HCOOH、CO、HCHO产物,COOH系列中金属节点选择可在几乎不改变过电位下调节带隙超1 eV,Sr、Ba基架构最优。
研究利用二维光致发光映射与波长分辨光EPR等多谱学框架,解析重氮染料敏化UiO-66的光激发态命运:高活性Anisole修饰样品(相对TiO2活性97%)的可见吸收带确实布居电荷转移通道并产生持久自旋分离态,而低活性β-萘酚样品(4%)的红移吸收实为局域发光陷阱。提出光学重叠描述符S_Exc可定量预测活性,指导光敏剂设计。
基于第一性原理计算的研究提出,Zr2Ge2S6单层可通过顺电-铁电相变实现光催化活性的相位切换:相变调控能带边缘位置与载流子分离,使水解产氢反应可按需开启/关闭,为二维材料光催化制氢的性能调控提供了新自由度。论文9月1日提交arXiv。
8月29日提交至arXiv的DFT研究显示,g-C3N4/GeS二维范德华异质结具II型能带排列(带隙2.17eV),双轴拉伸应变最高3%可调节带边位置对齐水产氢氧化电位:析氢自由能从0.2eV降至±0.1eV内近热中性,析氧过电位从2.17V大幅降至0.97V,可见光吸收与分子动力学模拟确认热力学稳定性。
香港城市大学等机构研究团队利用超快瞬态光栅光谱、二维电子谱与从头算模拟,研究原子级精确金纳米团簇Au25的配体界面动力学,发现光激发后高频金-配体振动立即出现而低频集体框架振动通过态间振动耦合延迟出现,光激发驱动配体键合网络持续超快重组,为光催化与能量转换界面设计提供微观依据。
美国光催化技术公司 Syzygy Plasmonics 与世界银行集团私营部门 arm 国际金融公司(IFC)签署框架协议,支持其在拉美开发 SAF 项目管线并提供技术与商业顾问服务。首个支持项目为乌拉圭 Durazno 规划中的商业化规模 SAF 设施 NovaSAF-1,将利用可再生电力与沼气,采用 Syzygy 光驱动技术生产可持续航空燃料,系该技术首次商业化部署。
美国光催化技术公司Syzygy与国际金融公司(IFC)达成合作,加速拉丁美洲可持续航空燃料(SAF)项目开发。首个项目为乌拉圭Durazno的商用规模NovaSAF-1设施,采用可再生电力驱动光反应器将沼气转化为SAF,全生命周期温室气体减排最高可达90%,Trafigura已签署全部产能的约束性承购协议。
arXiv新论文提出泵浦-泵浦光催化方法,将入射激光脉冲分为时间可变延迟的两束等效脉冲,通过催化活性对延迟时间的敏感性区分等离子体纳米颗粒上光热与非热催化机制的时间尺度与贡献,为争议多年的等离子体催化机理提供直接实验判据。
Nature Chemistry研究显示,含双齿吡唑基吡啶配体的杂化Cu(I)-BINAP铜配合物可作为有效三线态光敏剂,通过吸能型能量转移驱动双环[1.1.0]丁烷与烯烃的环加成反应,避免贵金属光催化剂快速产生双自由基引起的聚合副反应。
美国能源部阿贡国家实验室研究团队开发了一种将无机材料与生物组分结合的新型纳米构筑学材料,能够利用太阳能更高效地生产过氧化氢,为绿色化学合成和人工光合作用开辟新途径。
中科院大连化物所李灿团队联合内蒙古大学开发出仿生空心纳米反应器,在可见光下实现H2O2光合速率3.24 mmol/g/h、太阳能-化学能转化效率1.2%,为人工光合成和清洁能源催化开辟新路径。研究发表于JACS。
研究团队提出利用机器学习方法设计传统计算无法处理的金属有机框架(MOF)材料的通用框架。以光催化为案例研究,展示了ML方法在处理复杂多参数材料设计中的能力。该方法可推广到催化剂、吸附剂和储能材料的发现。论文7月29日提交arXiv。
研究团队开发结合强化学习MOF生成与晶体图卷积神经网络的MatCreatioNN框架,从12万候选物中筛选出两种光催化性能优于基准材料PCN-224(Zr)的MOF,光催化适应性提升20%-70%。
中国科学技术大学与香港城市大学的研究团队开发出一种由铁、锰、氧原子簇与有机连接体构成的新型金属有机框架(MOF)材料,可在可见光照射下直接捕获烟气浓度的CO2并将其转化为CO,CO选择性高达95%。成果发表于《Chem》,C&EN于6月23日报道。该材料将碳捕获与催化转化集成于同一活性位点,为燃煤电厂、工厂烟气“一锅法”碳利用提供了新路径,但钌光敏剂成本与烟气杂质耐受性仍是产业化关键瓶颈。