2025-06-22 21:19来源:本站
所有试剂均从Sigma-Aldrich,Fisher Chemical,Adamas,Jilin中国科学学院 - Yanshen技术或上海Tensus Bio-Chem Technology获得。氮化碳是从Carbodeon购买的。从商业来源获得溶剂,并没有进一步纯化。根据以前的文献合成了磺基装饰的亚胺COF FS-COF22。
使用Bruker Avance 400 NMR光谱仪,分别在400 MHz和100 MHz的溶液中记录了1H和13C NMR光谱。
使用Waters LCT Premier XE光谱仪获得高分辨率质谱数据。
PXRD模式在Bruker D8前进衍射仪上记录,CuKα辐射率为40 kV。在2–40°的2θ范围内收集数据,步骤为0.02°。
在配备有单个反射钻石ATR模块的Perkinelmer FTIR光谱仪上,在纯样品中记录了FTIR光谱。
X射线光电子光谱(XPS)数据使用具有单色ALKα线源的Escalab 250XI仪器(Thermo Fisher Scientific)以粉末形式测量。
使用Euro EA3000元素分析仪在东中国科学技术大学的分析和测试中心中测量了元素微分析。
固态13C NMR光谱记录在Bruker Avance 400 NMR光谱仪上,CP-MAS在MAS条件下以12 kHz的旋转速率在100 MHz的13C频率下记录。
通过在氮气气氛中以20°C min -1的加热样品在800°C下加热样品,在EXSTAR6000上进行热重分析。
使用微神经ASAP 2020强化吸附分析仪,通过在77.3 K处的氮吸附来测量表观表面区域。在动态真空(10-5 bar)下,将粉末样品在393 K下离线12小时。在吸附测试之前,使用涡轮分子阻力泵提供的高真空消除了惰性气体。使用BET模型评估特定的表面积。COF的孔径分布是通过将非局部密度功能理论拟合到吸附数据中获得的。
在Microtacbelsorp Max和Maxii气体吸附分析仪上进行了CO2(273、283、293和308 K)的低压气体吸附测量。在所有实验中,都使用了压缩气缸中的Ultrahigh-Purity(高于99.999%)CO2。在测量之前,将样品在393 K下脱气12小时。然后将每个COF的二氧化碳吸附等温线拟合到病毒模型方程,如下所示:
其中n是mmol g -1中吸附(或吸收)的量;P是KPA的压力;t是k中的温度;M和N是确定等位基热的多项式系数。
通过使用Clausius – Cplapeyron方程来根据病毒拟合吸附等热等激素计算每个COF的同位热,其中QST是J Mol -1中的等视热,T是K中的温度,P是KPA中的压力,R是KPA的压力,R是气体常数(8.314 J K – 1 Mol -1):8.314 J K – 1 mol -1):
使用现场发射扫描电子显微镜(Helios G4 UC,Thermo Fisher Scientific)对COF形态进行成像。
透射电子显微镜(TEM)表征是在配备两个低于200 kV的两个像差校正器的Themis Z显微镜(Thermo Fisher Scientific)上进行的。为了最大程度地减少电子束损伤,使用了一个冷冻转移固定器(2550型,Fischione仪器),并将温度设置为TEM成像期间-175°C以下。
通过测量固态中的粉末的反射,将COF的紫外线(UV) - 可见的吸收光谱记录在Perkinelmer Lambda 950 UV-VIS-NIR光谱仪上。
通过测量固态中的粉末,在Varian Cary Eclipse分光光度计上记录了光致发光光谱。
使用Bruker EMX-8/2.7光谱仪在环境条件下在室温下获取电子顺磁共振(EPR)光谱。COF粉末是在EPR管中取的,并使用420 nm滤光片用300-W XE灯激发。
在爱丁堡仪器LS980-D2S2-STM光谱仪上进行了时间相关的单个光子计数测量,配备了脉冲脉冲LED激发源和R928检测器,停止计数速率低于3%。使用EPL-375二极管(λ= 370.5 nm,仪器响应100 ps,最大宽度,最大宽度,FWHM),使用450 nm高通滤波器进行发射检测。通过超声将COF在水中进行超声来制备悬浮液。用胶体二氧化硅(Ludox HS-40,Sigma-Aldrich)在没有滤器的情况下测量仪器响应。使用建议的寿命估计值将衰减时间安装在快速软件中。
通过在乙醇和丙酮中进行超声处理清洁二锡氧化物(ITO)玻璃,然后在氮气流下干燥。将两毫克的COF分散在0.2 ml乙醇中,用µ110 µ110 nafion溶液(在低脂肪醇醇和水的混合物中5 wt%),超声持续20分钟,以产生同质悬浮液。ITO载玻片覆盖有铜面膜,面积为0.28 cm2。将十微粒的悬浮液放在ITO玻璃上滴下来,并在室温下干燥过夜。电化学阻抗光谱和光电流反应是使用生物与逻辑SP-200的电化学系统进行的。与工作电极(ITO玻璃上的COF),反电极(铂板)和参考电极(AG/AGCL)一起使用三电极设置,偏置电压为-0.35 V. A 300-W Newport XE XE XE XE光源(6258,Model 6258,无ozone-Free)用420纳米的过滤器使用了Samplease。使用0.5 m Na2SO4(pH = 6.8)的溶液进行测量。
使用六氯铂酸作为PT前体,将石英瓶带有光催化剂粉末(2.5 mg),0.1 mol L -1抗坏血酸水溶液(25 mL)和一定量的铂(PT)作为Cocatalyst。将所得的悬浮液进行超声检查,直到将光催化剂分散在N2起泡30分钟之前脱落。用300 W Newport XE光源(6258型,无臭氧)使用适当的过滤器在大气压下指定的时间来照亮反应混合物。XE光源是通过通过金属夹克循环的水冷却的。首先将样品照亮5小时,以完成PT照片沉积。然后将烧瓶通过N2冒泡脱气30分钟,然后进行光催化反应。用气密注射器采集气体样品,并在Bruker 450-GC气相色谱仪上运行。用导热率检测器检测到具有已知浓度氢的标准气体的导热率检测器。未测量溶解在反应混合物中的氢,在计算中未考虑由进化氢产生的压力增加。速率是根据线性回归拟合确定的。光催化5小时后,在配备有脉冲放电检测器的气相色谱系统上,无法检测到与框架或抗坏血酸分解相关的一氧化碳。
为了进行稳定性测量,将烧瓶用2.5 mg的COF光催化剂,0.1 mol L -1抗坏血酸水溶液(25 mL)和一定量的Pt(3 wt%)作为Cocatalyst,作为cocatalyst,使用六氯丙胺酸作为PT前体。超声悬挂得出的悬浮液以获得散布良好的悬浮液,然后转移到连接到封闭气体系统的石英反应器中(LabSolar-6A,北京,北京完美)。将反应混合物撤离几次,以确保完全去除氧气,并将压力设置为13.33 kPa。用300-W XE灯源以90°角辐照反应器。入射光的波长使用420 nm长的截止过滤器控制。通过冷水循环将反应溶液的温度保持在10°C。用热导电探测器在在线气相色谱(Shimadzu GC 2014c)上检测到进化的气体。在光催化实验之后,通过用水洗涤,分别用甲醇和四氢呋喃交换溶剂,然后在60°C下在真空下干燥,从而回收光催化剂。
使用单色LED灯(分别λ= 420、490、515和595 nm)测量光催化H2进化的外部量子效率(EQE)。对于实验,将带有PT载荷的光催化剂(2.5 mg)悬浮在含有抗坏血酸的水溶液中(0.1 mol L -1)。用Thorlabs S120VC光电二极管功率传感器测量光强度,该功率传感器由Thorlabs PM100D功率和能级控制台控制。使用方程式估算了式:
使用维也纳AB INITIO仿真软件包(VASP)Code49,在平面波形的形式主义中进行了周期性的DFT计算。应用了投影仪增强波的方法来描述电子 - 离子相互作用50,51。动力学能量截止500 eV被用来定义平面波基集,并且使用γ-中心的monkhorst-pack网格集成了电子布里渊区,其k-points(kspacing)之间的间距最小,为0.25Å-1。使用perdew-burke-ernzerhof交换 - 相关功能与DFT-D3(BJ)分散校正52,53,54进行了几何优化。在优化Kohn -Sham波函数和几何形状优化期间,应用了10-6 eV和10-2eVÅ1的公差。
对于COF的晶体结构,在几何优化期间,晶格参数和原子位置都可以改变。然后,使用筛选的杂交交换 - 相关功能(HSE06)计算优化的RC-COF-1和尿素-COF-1结构的电子结构(HSE06),从而具有关键的电子性能,例如带隙和静电电位,以比较COFS。在周期性边界条件下,相对于内部参考,给出了电子特征值。为了使用常见的真空水平实现价带对准,以便可以比较不同的COF结构的带能,我们遵循一种方法来确定多孔结构真空水平的方法55。
对于为COF的水解产物构建的结合模型,假定由水解释放的P-苯二胺单体被困在三层COF模型中,第一层被分解。周期性的COF层平行于XY平面,并沿Z方向与周期性图像分离,真空度约为14Å -1。固定晶格参数,并在此过程中完全优化原子位置。
使用以下公式计算结合能:
在其中ESYSTEM是COF的第一层水解,emonomenter和Eframework的能量分别是P-苯基二胺和框架的能量,并且相应的构象异构体与该系统中的相同。
为了可视化p-苯基二胺单体和COF片段之间的分子间相互作用,我们使用了独立的梯度模型(IGM)56。IgM方法量化了由于分子间相互作用而引起的净电子密度梯度衰减,识别非共价相互作用,并生成仅由分子间相互作用组成的数据,以绘制相应的3D同层表示。这里从周期性计算结果中提取结构,没有添加到片段中的氢原子,因为我们在此处使用了促分子水平的电子密度。Multiwfn Program57用于IGM分析,VMD Program58用于可视化。
复合物的几何形状通过混合M06-2X功能59完全优化。对于所有原子,应用了DEF2-SVP基set60,61。在优化过程中没有施加对称性或几何约束。优化的几何形状通过相同理论水平的频率计算在势能表面上被验证为局部最小值。这些计算是使用Gaussian 16套件的程序进行的62。水在SMD溶剂化型Model63中用作溶剂。在所有计算中,使用433 K的温度进行热化学分析。