Experiments combined with the density functional theory (DFT) calculation have been performed to understand the underlying photocatalysis mechanism of the nitrogen-doped titania nanobelts. Nitrogen-doped anatase titania nanobelts are prepared via hydrothermal processing and subsequent heat treatment in NH(3). Both the nitrogen content and the oxygen vacancy concentration increase with increasing the NH(3) treatment temperature. Nitrogen doping leads to an add-on shoulder on the edge of the valence band, the localized N 2p levels above the valence band maximum, and the 3d states of Ti(3+) below the conduction band, which is confirmed by DFT calculation and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. Extension of the light absorption from the ultraviolet (UV) region to the visible-light region arises from the N 2p levels near the valence band and from the color centers induced by the oxygen vacancies and the Ti(3+) species. Nitrogen doping allows visible-light-responsive photocatalytic activity but lowers UV-light-responsive photocatalytic activity. The visible-light photocatalytic activity originates from the N 2p levels near the valence band. The oxygen vacancies and the associated Ti(3+) species act as the recombination centers for the photoinduced electrons and holes. They reduce the photocatalytic activity although they contribute to the visible light absorbance.

P-doped g-C₃N₄ has been successfully synthesized using hexachlorocyclotriphosphazene, a low cost and environmentally benign compound, as phosphorus source, and guanidiniumhydrochloride as g-C₃N₄ precursor, via a thermally induced copolymerization route.

The aim of this study is to develop a new method for the preparation of high-value, environmentally friendly products from tailings. Magnetic Fe3O4 nano-powder was synthesized by ultrasonic-assisted chemical co-precipitation utilizing high purity iron separated from iron ore tailings by acidic leaching method. Magnetite particles with 15 nm average diameter were characterized by X-ray diffraction, field-emission scanning electron microscopy and vibrating sample magnetometer. Surfactant influence on particles shape and size was investigated. Fe3O4 nanoparticles coated with C12H25OSO3Na exhibit better dispersion and uniform size. The product consisted of ferrous ferrite (Fe3O4) nanosized cubic particles with a high level of crystallinity and exhibit super-paramagnetism based on magnetization curves lacking hysteresis.

The physics of membranes, a classic subject, acquires new momentum from two-dimensional (2D) materials multilayers. This work reports the surprising results emerged during a theoretical study of equilibrium geometry of bilayers as freestanding membranes. While ordinary membranes are prone to buckle around compressive impurities, we predict that all 2D material freestanding bilayers universally undergo, even if impurity-free, a spontaneous out-of-plane buckling. The moiré network nodes here play the role of internal impurities, the dislocations that join them giving rise to a stress pattern, purely shear in homobilayers and mixed compressive/shear in heterobilayers. That intrinsic stress is, theory and simulations show, generally capable to cause all freestanding 2D bilayers to undergo distortive bucklings with large amplitudes and a rich predicted phase transition scenario. Realistic simulations predict quantitative parameters expected for these phenomena as expected in heterobilayers such as graphene/hBN, WS 2 / WSe 2 heterobilayers, and for twisted homobilayers such as graphene, hBN, MoS 2 . Buckling then entails a variety of predicted consequences. Mechanically, a critical drop of bending stiffness is expected at all buckling transitions. Thermally, the average buckling corrugation decreases with temperature, with buckling-unbuckling phase transitions expected in some cases, and the buckled state often persisting even above room temperature. Buckling will be suppressed by deposition on hard attractive substrates, and survives in reduced form on soft ones. Frictional, electronic, and other associated phenomena are also highlighted. The universality and richness of these predicted phenomena strongly encourages an experimental search, which is possible but still missing.

Ultrasonication has been employed as a effective approach to strip bulk materials into nanocale size. This approach seems more adaptable to hydrogen-bonded crystals due to the weak hydrogen-bonding between building...

Designing low-cost and environmentally friendly oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts to enhance the electrocatalytic water decomposition to produce hydrogen still faces great challenges. In this work, a feasible strategy for metallic/nonmetallic elements co-doping to boost the OER catalytic properties of iron oxyhydroxide is proposed. A series of S and Cr co-doped iron oxyhydroxides nanoarrays loaded on nickel foam (Sx,Cr-FeOOH/NF) were prepared by an electrodeposition–hydrothermal method. The optimized S0.1,Cr-FeOOH/NF exhibits a superior electrocatalytic OER performance with low overpotential (235 mV at 100 mA cm–2), highly outperforming commercial RuO2. Meanwhile, the overpotential of S0.1,Cr-FeOOH/NF increases by only 4 mV after 70 h of stability testing at 100 mA cm–2, demonstrating its durability. The nanoarray with ultrathin nanosheets of S0.1,Cr-FeOOH/NF regulated by S and Cr co-doping can offer abundant active sites and also facilitate mass transportation. The density functional theory (DFT) calculation results show that S and Cr co-doping modifies the electronic structure of S0.1,Cr-FeOOH/NF, which thus optimizes the adsorption energy toward the OER intermediates, promotes the transformation of *O to *OOH (rate-determining step), and thus accelerates the OER kinetics.

Revealing the evolution of nanoscale third bodies confined between sliding surfaces is essential to understanding the friction and electrical properties for solid contacts. Here, with graphite/graphite contacts in structural superlubricity, a state of no wear and ultralow friction, we in situ reveal the morphological evolution of a third body layer introduced by air through measuring friction and conductance during cyclic hold–slide tests. The directional transport of confined molecules causes apparent elastic deformation of the third body layer, leading to local graphite/graphite direct contact. Together with a proposed quantum tunneling effective thickness (deff) model, a constant volume of third bodies with a sub-nm thickness is observed. Our work provides a feasible approach to investigate the kinetics of substances under nanoscale confinement.

RuO2-based materials are considered an important kind of electrocatalysts on oxygen evolution reaction and water electrolysis, but the reported discrepancies of activities exist among RuO2 electrocatalysts prepared via different processes. Herein, a highly efficient RuO2 catalysts via a facile hydrolysis-annealing approach is reported for water electrolysis. The RuO2 catalyst dealt with at 200 °C (RuO2-200) performs the highest activities on both oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) in acid with overpotentials of 200 mV for OER and 66 mV for HER to reach a current density of 100 mA cm-2 as well as stable operation for100 h. The high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterizations show that the activities of as-prepared RuO2 rely on the hydroxide group/lattice oxygen (OH-/O2-) ratio, size, and crystalline of RuO2. The density functional theory (DFT) calculation also reveal that the OH- would enhance the activities of RuO2 for HER and OER via modifying the electronic structure to facilitate intermediate adsorption, thereby reducing the energy barrier of the rate-determining step. The water electrolysis by using RuO2-200 as the catalyst on both anode and cathode demonstrates a stable generation of hydrogen and oxygen with high Faradic efficiency at a current density of ≈30 mA cm-2 and a potential of below 1.47 V.