A series of composites of graphitic carbon nitride and in situ nitrogen-doped titanium dioxide (g-C3N4-N-TiO2) were prepared by a simple pyrolysis process of urea and Ti(OH)4. The obtained products were characterized by means of X-ray diffraction, FT-IR transmission spectroscopy, electron microscopy, UV–vis diffuse reflectance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, etc. Compared with g-C3N4 and commercial P25, the as-prepared photocatalysts exhibit enhanced photocatalytic performance for photoreduction of CO2 in the presence of water vapor at room temperature. It was found that the mass ratios of urea to Ti(OH)4 in precursors play a role in formation of the composites, and the high ratios of urea to Ti(OH)4 result in the composites of g-C3N4 and N-doped TiO2, while low ratios only result in N-doped TiO2. An interesting selectivity of photocatalytic products displayed that N-doped TiO2 samples were related to CH4 and CO generation, while g-C3N4 and N-TiO2 composites were related to CO generation, and the product selectivity may originate from the formed g-C3N4. The highest amount of CO (14.73 μmol) was obtained on the optimized photocatalyst under 12 h light irradiation, which is four times of that over commercial P25. Based on these results, a possible mechanism for the enhanced photocatalytic performance was proposed.

ZIF-8 membranes with inborn-suppressed linker mobility sharpen molecular sieving with C 3 H 6 /C 3 H 8 separation factor above 300.

Abstract ZIF‐8 membrane has the potential for CO 2 /CH 4 separation based on size exclusion. But if traditionally prepared by solvothermal methods, it shows only negligible selectivity due to the linker mobility. Here, ≈500 nm‐thin hybrid ZIF‐7 x ‐8 membranes with suppressed linker mobility and narrowed window aperture are prepared by a fast current‐driven synthesis (FCDS) within 20 min. The in situ electric field during FCDS allows the formation of stiffened ZIF‐8_Cm as parent skeleton and the mixed‐linker strategy is applied to narrow the aperture size simultaneously. The ZIF‐7 22 ‐8 membrane shows significantly sharpened molecular sieving for CO 2 /CH 4 with a separation factor above 25, which soared tenfold compared with other unmodified ZIF‐8 membranes. Additionally, the membrane shows exceptional separation performance for H 2 /CH 4 and CO 2 /N 2 , with separation factors of 71 and 20, respectively. After 180 h temperature swing operation, it still maintains the excellent separation performance.

The growing attention in solar energy has motivated the development of a highly efficient solar absorber. Under a certain light concentration, increasing the solar spectral absorption of solar absorbers can improve the photothermal conversion efficiency. In this paper, we first designed and prepared a single-layered cermet absorber based on the double-gradient absorption model of refractive index and extinction coefficient with the structure of Ti@a-C cermet layer/a-C protective layer/SiO2 antireflective layer via a magnetron sputtering method. The cermet absorber shows a solar radiation absorption of 96.5% in the ultraviolet, visible, and near-infrared bands of sunlight (300–2500 nm). To further improve the solar radiation absorption of the device, a quasi-optical microcavity structure (QOM) based on cermet–metal–cermet (CMC) was proposed. Due to the synergistic effect of the interband transitions in metal and amorphous carbon (a-C), the plasmon resonance of the metal nanoparticles, and the surface propagating plasmon absorption in the microcavity, the designed and prepared CMC quasi-optical microcavity absorber (CMC-QOMA) reaches a remarkable absorption rate of 97.1% in the solar spectrum band of 300–2500 nm. In addition, the two absorbers are highly insensitive to the incident angle and polarization state of the incident light, demonstrating their high efficiency in practical application scenarios. We also investigated the thermal stability of the absorbers in an atmospheric environment by examining the structure and composition changes before and after annealing. These results indicate that a-C matrix cermet material is an outstanding candidate to improve solar heat conversion and prove that Ti@a-C-based ultrabroadband absorption devices have great potential in solar thermal collection, light detection, and imaging. Furthermore, the proposed device can be fabricated by a simple lithography-free film deposition method, which paves the way for a variety of large-area applications for a-C matrix materials.

Abstract In ion thrusters, grid electrodes are biased at high voltage to extract and accelerate ions. However, they are susceptible to vacuum breakdown which considerably undermines the ion thruster performance. To optimize the grid electrode design and improve the ion thruster longevity, the impact of ion sputtering on the vacuum DC breakdown characteristics of grid electrodes are systemically examined. The adopted seven-aperture grid electrodes are made of three materials including molybdenum, graphite, and stainless steel, which are exposed to Ar⁺ and Xe⁺ sputtering at energies of 400 eV and 1000 eV for durations ranging from 0.5 to 8 hours. It is found that the initial breakdown voltage, which means the first breakdown voltage after sputtering, generally decreased regardless of the electrode material as the sputtering time increased. However, the breakdown voltage rapidly increases with more repeated discharges. Each kind of electrode material demonstrates unique responses to ion sputtering and breakdowns. In comparison with metal electrodes, the graphite surface relatively easy to appear defects but exhibites the least insulation degradation. The metal surface remains relatively smooth, but breakdown voltage is significantly affected, with electrode materials such as stainless steel failing to recover to their initial insulation levels. Xe⁺ sputtering leads to greater breakdown voltage fluctuations during repeated discharges due to higher sputtering yield. Dark current is measured, and field enhancement factor is calculated to reveal correlations between local electric field and the breakdown voltage. Furthermore, micro particles are identified as major contributor to the first few times breakdown. Based on above observations, two kinds of distinct discharge mechanisms, including the cascade discharge induced by micro particles and the discharge induced by field emission are proposed to interpret experimental data.

Herein we report the deployment of kag-MOF as a sensing layer on a capacitive IDE sensor for detecting H 2 S at room temperature.

We theoretically study the Goos-Hänchen (GH) and Imbert-Fedorov (IF) shifts of a reflected Gaussian beam from a hyperbolic metasurface composed of graphene grating based on topological insulators (TIs). Perturbations are generated on the surface of TIs by applying a thin magnetic film, resulting in a broken time-reversal symmetry. The GH and IF shifts are greatly enhanced as a result of the combined interaction of the graphene grating and the topological magnetoelectric effect (TME). In particular, even with the p-polarized incident beam near Brewster angles, the magnitude of IF shifts is increased by approximately two orders when compared to the case without graphene or a single layer of graphene. A critical frequency is identified when the propagation model in TIs transitions from a surface wave to a bulk wave, which leads to comparatively substantial GH shifts with high reflection. By adjusting the filling ratio, chemical potential and rotation angle of the graphene grating, the shift of GH and IF can be controlled. The dependence of the spatial shifts on the TME and the degree of anisotropy of the TI are also discussed. Our results may provide new possibilities for applications of the TI with the TME.