中科院一区顶刊！国仪量子EPR助力光催化材料研究

2023-12-13 20:04:09, CIQTEK 国仪量子技术（合肥）股份有限公司

CIQTEK

精选成果简报

Applied Catalysis B: Environmental: S^2-doping inducing self-adapting dual anion defects in ZnSn(OH)₆ for highly efficient photoactivity.

——重庆大学段有雨老师

研究中使用国仪量子EPR200-Plus系列产品

AFM: Simultaneous CO₂ and H₂O Activation via Integrated Cu Single Atom and N Vacancy Dual-Site for Enhanced CO Photo-Production.

——重庆大学段有雨老师

研究中使用国仪量子EPR200-Plus系列产品

背景

近一个世纪以来，随着人口大规模增长和工业规模持续扩大，燃烧了大量石油、煤、天然气等传统化石能源，从而造成了资源短缺和环境污染等问题。如何解决这些问题，一直是人们研究的方向。随着“碳达峰”和“碳中和”等政策的提出，有限的资源已经无法满足人们日益增长的发展需要，寻求一种可持续的解决办法具有重要的意义。科学家将目光放在了众多可持续能源中，其中在太阳能、风能、水能、地热能和潮汐能等清洁能源中，太阳能由于具有清洁可再生、能量巨大等特点脱颖而出，如何充分利用太阳能、在解决能源短缺和减少污染排放的同时将其应用于污染物的降解成为研究人员致力于研究的方向。

目前，光催化材料大致分为无机半导体光催化剂和有机半导体光催化剂两类。无机半导体光催化剂主要有：金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物；有机半导体光催化剂包括：g-C₃N₄、线性共价聚合物、共价多孔聚合物、共价有机框架、共价三嗪有机框架。基于光催化原理，光催化半导体应用于光催化分解水、光催化二氧化碳还原、光催化降解污染物、光催化有机合成和光催化产生氨气等方向。

电子顺磁共振技术（EPR）是目前唯一可直接、原位、无损检测未成对电子的方法，使用EPR技术可以直接检测光催化材料中的空位（氧空位、氮空位、硫空位等）和掺杂过渡金属的价态，此外，EPR技术也可以检测光催化剂表面生成的e^-、h⁺、•OH、O₂^•-、¹O₂、SO₃^•-等自由基。

EPR技术测试实例

国仪量子EPR助力CN（Cu₁/N₂CV-CN）光催化二氧化碳还原

（1）EPR技术直接检测光催化材料CN中过渡金属铜和N_2C空位；

（2）EPR技术佐证XAFS的分析结果，EPR谱图显示了三个与Cu的g‖对应的峰，表明Cu中心与三个相同的N原子配位归因于Cu原子与附近N原子的超精细相互作用；

（3）EPR技术可以检测光催化剂表面生成的羟基自由基，以鉴定光催化剂性能；随着引入N_2C空位后，羟基自由基强度明显增加，促进水的离解。

国仪量子EPR助力Zn₂SnO₄光催化降解NO

（1）EPR技术直接检测光催化材料中的氧空位；

（2）EPR技术检测并定性光催化材料表面生成的羟基自由基、超氧自由基、单线态氧，验证光催化材料的性能以及优化NO降解工艺；

（3）随着光照时间的增长，O₂^•-、•OH、¹O₂浓度增加，促进NO的去除；引入双阴离子缺陷位点的光催化剂BZTO-5较ZTO产生的O₂^•-、•OH、¹O₂等浓度更高，表明双阴离子缺陷位点光催化剂具有更好的光催化性能；

（4）EPR技术可以直接证明自由基淬灭实验结果并直接验证NO降解机理。

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国仪量子电子顺磁共振波谱仪

国仪量子目前已推出具有核心自主知识产权、商用化的X波段电子顺磁共振波谱仪全系列产品：X波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR100、X波段连续波电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus、台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M；并向前沿高端技术的高频谱仪进军，研发出了W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR-W900。在化学、环境、材料物理、生物医疗、食品、工业领域有着重要而广泛的应用。

X波段连续波电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus

参考文献

[1] Youyu Duan, Yang Wang, Weixuan Zhang, Jiangwei Zhang, Chaogang Ban, Danmei Yu, Kai Zhou, Jinjing Tang, Xu Zhang, Xiaodong Han, Liyong Gan, Xiaoping Tao, and Xiaoyuan Zhou Simultaneous CO₂ and H₂O Activation via Integrated Cu Single Atom and N Vacancy Dual-Site for Enhanced CO Photo-Production [J]. Adv. Funct. Mater. 2023, 2301729.

[2] Bangfu Chen, Zeyong Meng, Ping Ouyang, Youyu Duan*, Yuhan Li*, Wanjun Wang, Fan Dong, S^2-doping inducing self-adapting dual anion defects in ZnSn(OH)₆ for highly efficient photoactivity[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 338: 123093.

[3] Zhengjiang He, Bangfu Chen, Yuhan Li, Ping Ouyang, Youyu Duan, Fan Dong. Deep NO oxidation in Zn₂SnO₄ by dual-anionic-defects engineering[J]. Separation and Purification Technology, 2023: 123886.

[4] Ziteng Ren, Bangfu Chen, Yuhan Li, Sónia AC Carabineiro, Youyu Duan*, Fan Dong. Remarkable formaldehyde photo-oxidation efficiency of Zn₂SnO₄ co-modified by Mo doping and oxygen vacancies[J]. Separation and Purification Technology, 2023: 123202.

[5] Yang Wang, Kaiwen Wang, Jiazhi Meng, Chaogang Ban, Youyu Duan, Yajie Feng, Shaojie Jing, Jiangping Ma, Danmei Yu, Liyong Gan*, Xiaoyuan Zhou*, Constructing atomic surface concaves on Bi₅O₇Br nanotube for efficient photocatalytic CO₂ reduction [J]. Nano Energy, 2023, 109: 108305.

[6] Meng Hu, Jianhua Shu, et al. A novel nonmetal intercalated high crystalline g-C₃N₄ photocatalyst for efficiency enhanced H₂ evolution[J] International Journal Of Hydrogen Energy, 2022, 47: 11841-11852.

[7] Li Y, Ren Z, Gu M, et al. Synergistic effect of interstitial C doping and oxygen vacancies on the photoreactivity of TiO₂ nanofibers towards CO₂ reduction[J]. Applied Catalysis B: Environmental,2022,121773.

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