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第二配位层磺酸根在电催化析氢反应中的作用
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作者 王妮 张学鹏 +6 位作者 韩金秀 雷海涛 张清鑫 张航 张伟 Ulf-Peter Apfel 曹睿 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期88-94,共7页
析氢反应涉及电子和质子转移过程,即PCET过程,需要较大的过电势才可以驱动析氢反应发生.因此,合成过电势低,活性高的催化剂成为研究热点.自然界中,铁铁氢化酶可以将质子高效地还原成氢气.经研究,铁铁氢化酶的结构中有一个氨基基团位于... 析氢反应涉及电子和质子转移过程,即PCET过程,需要较大的过电势才可以驱动析氢反应发生.因此,合成过电势低,活性高的催化剂成为研究热点.自然界中,铁铁氢化酶可以将质子高效地还原成氢气.经研究,铁铁氢化酶的结构中有一个氨基基团位于活性金属中心铁的一侧,因此可以精准、有效地将质子传递给金属铁,从而提高催化效率.受自然界启发,很多分子催化剂模拟了自然界中氢化酶的结构,在分子内引入proton-relay基团,促进了析氢过程中PCET的过程.但目前只有关于这类分子催化剂通过促进质子传输进而提高催化效率的文献报道,尚未发现有关其改变氢氢成键方式的研究.前期工作中,本课题组设计合成了卟啉镓并用于电催化质子还原的研究.利用循环伏安法对其析氢活性进行了测试,发现分别以三氟乙酸(TFA)和醋酸(HOAc)作为质子源时,催化析氢的电化学行为不同.在强酸(TFA)体系中,催化剂在经历了两电子还原后,生成的金属氢化物可以直接和质子发生反应,生成氢气.但是在弱酸(HOAc)体系中,生成的金属氢化物需要再经过一电子的还原才可以驱动整个催化反应的进行.在该工作的基础上,通过调研文献得知,在分子内引入酸基团时,可以极大地增加中心金属周围的质子浓度,并且改善质子传输的速率.基于以上想法,在卟啉镓的分子内引入了磺酸基团作为proton-relay的中心,使催化剂能够在弱酸存在的体系中实现强酸的催化析氢路径.本文合成了第二配位层带磺酸基团的卟啉镓化合物(1).在弱酸(HOAc)作为外加质子源时,利用循环伏安法证明了生成的镓氢化合物是真正的活性物种,可以驱动整个催化析氢反应的发生.循环伏安法实验结果表明,化合物1具有很高的催化活性,其TOF值可以达到1.3×10^(5)s^(-1).为了进一步研究催化机理,通过停留光谱实验对该反应进行了原位监测,将化合物1两电子还原后形成的物种(12-)与HOAc的乙腈溶液混合,混合液的紫外光谱可以迅速变回到化合物1原始的光谱,进一步证明了引入磺酸基团可以使生成的镓氢化合物能够直接与弱酸(HOAc)发生反应生成氢气.理论计算结果表明,引入磺酸基团可以显著地降低氢氢成键的能垒.因此,引入磺酸基团,利用限域效应使催化剂周围的质子浓度和强度增强,从而使催化剂能够在弱酸体系中通过强酸的催化路径生成氢气.综上,本文阐明了第二配位层proton-relay基团具有促进质子转移和调控氢氢成键过程的作用,为设计具有优异电催化析氢性能的分子催化剂提供了新的思路. 展开更多
关键词 分子电催化 金属氢化物 析氢反应 镓氢化合物 第二配位层 氢氢成键
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Accuracy of triage strategies for human papillomavirus DNA-positive women in low-resource settings:A cross-sectional study in China 被引量:9
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作者 Margaret Wang Shangying Hu +10 位作者 Shuang Zha o Wenhua Zhang Qinjing Pan Xun Zhang FengChen jinxiu han Junfei Ma Jennifer S.Smith Youlin Qiao Caihong Zhou Fanghui Zhao 《Chinese Journal of Cancer Research》 SCIE CAS CSCD 2017年第6期496-509,共14页
Objective: CareHPV is a human papillomavirus (HPV) DNA test for low-resource settings (LRS). This study assesses optimum triage strategies for careHPV-positive women in LRS. Methods: A total of 2,530 Chinese wom... Objective: CareHPV is a human papillomavirus (HPV) DNA test for low-resource settings (LRS). This study assesses optimum triage strategies for careHPV-positive women in LRS. Methods: A total of 2,530 Chinese women were concurrently screened for cervical cancer with visual inspection with acetic acid (VIA), liquid-based cytology and HPV testing by physician- and self-collected careHPV, and physician-collected Hybrid Capture 2 (HC2). Screen-positive women were referred to colposcopy with biopsy and endocervical curettage as necessary. HPV-positivity was defined as _〉1.0 relative light units/cutoff (RLU/CO) for both careHPV and HC2. Primary physician-HC2, physician-careHPV and self-careHPV and in sequential screening with cytology, VIA, or increased HPV test-positivity performance, stratified by age, were assessed for cervical intraepithelial neoplasia (CIN) grade 2/3 or worse (CIN2/3+) detection. Results: The sensitivities and specificities of primary HPV testing for CIN2+ were: 83.8%, 88.1% for physician- careHPV; 72. 1%, 88.2% for self-careHPV; and 97.1%, 86.0% for HC2. Physician-careHPV test-positive women with VIA triage had a sensitivity of 30.9% for CIN2+ versus 80.9% with cytology triage. Self-careHPV test- positive women with VIA triage was 26.5% versus 66.2 % with cytology triage. The sensitivity of HC2 test-positive women with VIA triage was 38.2 % versus 92.6% with cytology triage. The sensitivity of physician-careHPV testing for CIN2+ decreased from 83.8% at _〉1.0 RLU/CO to 72.1% at _〉10.00 RLU/CO, while the sensitivity of self- careHPV testing decreased from 72.1% at _〉1.0 RLU/CO to 32.4% at _〉10.00 RLU/CO; similar trends were seen with age-stratification. Conclusions: VIA and cytology triage improved specificity for CIN2/3 than no triage. Sensitivity with VIA triage was unsuitable for a mass-screening program. VIA provider training might improve this strategy. Cytology triage could be feasible where a high-quality cytology program exists. Triage of HPV test-positive women by increased test positivity cutoff adds another LRS triage option. 展开更多
关键词 Cervical cancer human papillomavirus careHPV testing screening TRIAGE
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多配位水分子的焦磷酸锰用于电催化水氧化研究
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作者 杨树姣 江鹏飞 +10 位作者 岳楷航 郭凯 杨璐娜 韩金秀 彭欣阳 张学鹏 郑浩铨 杨韬 曹睿 严雅 张伟 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期166-177,共12页
自然界水氧化中心Mn_(4)CaO_(5)团簇中的配位水被认为在促进水氧化方面起着重要作用.许多报道模拟了Mn_(4)CaO_(5)结构并研究了其析氧反应(OER)过程,但配位水结构难以模拟,在OER过程中的具体功能尚不明确.目前,揭示配位水在OER中的具体... 自然界水氧化中心Mn_(4)CaO_(5)团簇中的配位水被认为在促进水氧化方面起着重要作用.许多报道模拟了Mn_(4)CaO_(5)结构并研究了其析氧反应(OER)过程,但配位水结构难以模拟,在OER过程中的具体功能尚不明确.目前,揭示配位水在OER中的具体作用存在以下挑战.首先,大多数锰基材料的配位结构,特别是表面结构是模糊的,导致结构-性能相关性难以确定.其次,在Mn位点上引入配位水时,往往不可避免地会改变Mn中心的核心结构,甚至改变Mn的化合价,这些干扰因素可能严重混淆配位水对OER的影响,不利于探究OER过程中配位水分子的作用.因此,构建一个理想的催化剂平台用于研究配位水分子在水氧化过程中的作用具有重要意义.本文提出了一种研究OER过程中配位水分子作用的有效方法,并阐明了OER过程中源于锰中心配位水分子结构-活性关系.采用水热法合成了一种结晶型焦磷酸锰(crystalline MnPi).在相同起始物料比、不同反应条件下,采用共沉淀法制备了分子式相同的非晶型焦磷酸锰(amorphous MnPi).通过X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、热重分析和理论模拟,确定了MnPi催化剂的晶体结构(Mn_(2)P_(2)O_(7)·3H_(2)O).在0.05 mol L^(-1)pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中,crystalline MnPi催化剂比amorphous MnPi催化剂表现出更好的OER活性.晶体结构研究结果表明,crystalline MnPi催化剂暴露的Mn位点上含有四个配位水分子,并且相邻Mn位点通过氢键相互连接形成连续的氢键网络结构.连续的氢键网络使氧原子的电荷中和水平更高,使得crystalline MnPi催化剂中Mn^(Ⅱ/Ⅲ)转换更容易,进一步揭示了配位水在水氧化机理中扮演的重要角色.详细的电化学动力学研究、原位/非原位表面表征和理论计算结果表明,crystalline MnPi催化剂的Mn^(Ⅱ/Ⅲ)氧化过程在动力学和热力学上都比amorphous MnPi催化剂容易发生.同时,crystalline MnPi催化剂中配位水分管子有效参与了Mn(Ⅱ)到Mn(Ⅲ)的质子耦合电子转移过程,此过程是锰基体系中水氧化反应中的起始关键步骤.pH动力学实验结果表明,amorphous MnPi催化剂的Mn^(Ⅱ/Ⅲ)氧化步骤为常见的2H^(+)/le单位点过程.然而,由于crystalline MnPi催化剂表面暴露的Mn位点上存在多个配位水分子,导致crystalline MnPi催化剂的Mn^(Ⅱ/Ⅲ)氧化步骤为3H^(+)/2e双位点过程.双位点上的三个配位水分子失去三个质子生成三个OH基团,OH基团通过彼此之间以及与周围配位水分子之间的氢键来有效稳定中间体电荷,进而促进水氧化的发生.综上所述,以精心设计的催化剂平台进行对比研究,直观地观察和理解了配位水分子对电催化水氧化的重要作用,为阐明锰基催化体系中配位水分子在水氧化过程中的重要作用提供了有价值的见解. 展开更多
关键词 水氧化 结构 电催化 配位水 磷酸锰
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Bioinspired iron porphyrins with appended poly-pyridine/amine units for boosted electrocatalytic CO_(2) reduction reaction 被引量:1
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作者 jinxiu han Ni Wang +10 位作者 Xialiang Li Haitao Lei Yabo Wang Hongbo Guo Xiaotong Jin Qingxin Zhang Xinyang Peng Xue-Peng Zhang Wei Zhang Ulf-Peter Apfel Rui Cao 《eScience》 2022年第6期623-631,共9页
Developing highly efficient electrocatalysts for the CO_(2) reduction reaction(CO_(2)RR)has attracted increasing interest in the past decade.Herein,we report on the design and synthesis of Fe porphyrin 1 with an appen... Developing highly efficient electrocatalysts for the CO_(2) reduction reaction(CO_(2)RR)has attracted increasing interest in the past decade.Herein,we report on the design and synthesis of Fe porphyrin 1 with an appended N,N-di(2-picolyl)ethylenediamine(DPEN)unit that boosts electrocatalytic activity for CO_(2)-to-CO conversion in acetonitrile with water as the proton source.By mimicking carbon monoxide dehydrogenase(CODH),1 has poly-pyridine/amine units located at the active site to form hydrogen-bonded water-containing networks that enable fast proton transfer.The protonated and positively charged DPEN unit can also stabilize CO_(2) reduction intermediates through electrostatic and hydrogen-bonding interactions.These factors make 1 a highly active electrocatalyst for the CO_(2)RR by achieving a TOFmax of 5.0×10^(4)s^(−1) with water providing the protons.These critical roles of the DPEN unit in the CO_(2)RR are further supported by theoretical studies.This work is significant to highlight the benefits of using molecular catalysts to elucidate structural effects. 展开更多
关键词 CO_(2)reduction reaction Fe porphyrin Molecular electrocatalysis Structural effect Water network
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