CN113952964B - 一种2d/3d结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2D/3D结构的二硫化钼/氧化铟纳米复合材料制备方法及用途，该方法利用醋酸铟、尿素、硫代乙酰胺和钼酸钠为原料，先经水热‑煅烧法制备3D结构的In2O3纳米立方体，然后再通过简易的水热法将2D结构的MoS2纳米片负载到In2O3纳米立方体表面，合成廉价、高催化活性的2D/3D结构MoS2/In2O3纳米复合材料。利用In2O3材料能带结构的特点和MoS2材料能够加速光生电子‑空穴分离/迁移速率的优势，构建的MoS2/In2O3纳米复合材料能够用于高效光催化分解水制氢耦合光催化降解罗丹明B反应。本发明原料具有价格便宜、制备简单等优点，减少了能耗和反应成本，便于批量生产且无毒无害，符合节能环保与可持续发展的要求。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料合成技术领域，利用简单的水热方法合成2D/3D结构的二硫化钼(MoS2)/氧化铟(In2O3)纳米复合材料，可用于高效光催化分解水制氢耦合光催化降解罗丹明B。
背景技术
全球能源危机和环境污染是当今世界所面临的两大难题。目前，光催化技术具有节能、清洁、无污染等优点，在解决能源和环境问题方面受到了广泛关注。一般在光催化分解水制氢过程中，需要加入甲醇、三乙醇胺、乳酸等牺牲剂来加速光生空穴的消耗，从而实现光生电子高效参与制氢反应。然而，这些不可再生的牺牲剂是重要的化工原料，利用它们作为牺牲剂进行光催化制氢反应不符合可持续发展的要求。另一方面，以罗丹明B为代表的有机染料废水对生态***和人类健康造成了严重危害。因此，如果光催化制氢和光催化降解罗丹明B可以在一个光催化***中进行，就很有可能解决社会发展所引起的能源与环境问题。
氧化铟(In2O3)是一种典型的n型半导体材料，其带隙能约为2.8eV，由于具有优良的光化学稳定性、适宜的光吸收和无毒无害等优点，已被广泛应用于光催化分解水制氢、光催化剂降解有机污染物、光催化二氧化碳还原等反应。然而，由于其光生电子-空穴的分离、迁移速率较慢，单一的In2O3材料在光催化反应中通常展现出较低的光催化活性。二硫化钼(MoS2)是一种类似于石墨烯二维结构的过渡金属二卤族化合物，作为可替代贵金属的助催化剂，在光催化反应中受到了极大关注。例如：MoS2与TiO2构建复合材料能够显著提高光催化制氢性能；MoS2与Cu2O构建复合材料能够明显加速光催化降解染料性能。然而，目前2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料构建及其用于光催化分解水制氢耦合光催化降解罗丹明B的相关研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供具有2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料的制备方法，并将2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料用于光催化分解水制氢耦合光催化降解罗丹明B反应。该MoS2/In2O3纳米复合材料催化活性高，实现制取氢气的同时达到去除水体污染物的目的。
本发明的技术方案
一种2D/3D结构MoS2/In2O3纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取一定量的醋酸铟和尿素分别置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
所述醋酸铟与尿素的摩尔量比为1:12.8。
步骤2：将混合液转移到一定体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在一定温度下加热一定时间，进行水热反应，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
所述高压釜体积为50mL；水热反应温度为130℃、时间为12h。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控一定的升温速率进行加热反应，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
所述升温速率为2℃/min；加热反应温度为600℃、时间为2h。
步骤4：称取一定量的In2O3超声分散在一定容积的蒸馏水中，然后加入一定量的钼酸钠和硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液。
所述In2O3质量为300mg；钼酸钠和硫代乙酰胺的摩尔量比为1:5。
步骤5：将悬浮液完全转移到一定体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在一定温度下加热一定时间，进行水热反应，待反应的高压釜冷却至室温后，离心收集样品，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，最终得到2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料。
所述高压釜体积为50mL；水热反应温度为210℃、时间为24h。
本发明的有益效果
1、本发明利用2D层状结构的MoS2纳米片材料能够有效加速光生电子-空穴分离/迁移速率的优势，来代替传统贵金属Pt基助催化剂，成功构建廉价、高催化活性的2D/3D结构MoS2/In2O3纳米复合材料。
2、本发明利用In2O3材料能带结构的特点(导带产生的电子能够还原水制氢且价带生成的空穴能够氧化污染物)，将光催化分解水制氢反应与光催化降解罗丹明B反应进行协同耦合，实现制取氢气的同时达到去除水体污染物的目的。
3、本发明原料具有价格便宜、制备简单等优点，减少了能耗和反应成本，便于批量生产且无毒无害，符合节能环保与可持续发展的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A为本发明实施例1所制备In2O3纳米立方体的X-射线衍射图(XRD)。
图1B为本发明实施例2所制备MoS2纳米片的XRD图。
图1C为本发明实施例3-6所制备MoS2/In2O3纳米复合材料的XRD图。
图2A为本发明实施例1所制备In2O3纳米立方体的扫描电子显微镜(SEM)图。
图2B为本发明实施例2所制备MoS2纳米片的透射电子显微镜(TEM)图。
图2C和图2D为本发明实施例5所制备10％MoS2/In2O3纳米复合材料的TEM图。
图3A为本发明实施例1和实施例5所制备In2O3纳米立方体和10％MoS2/In2O3纳米复合材料的光电流图。
图3B为本发明实施例1和实施例5所制备In2O3纳米立方体和10％MoS2/In2O3纳米复合材料的电化学阻抗图。
图4A为本发明实施例1和实施例3-6所制备In2O3纳米立方体和MoS2/In2O3纳米复合材料的光催化分解水产氢速率柱状图。
图4B为本发明实施例1和实施例3-6所制备In2O3纳米立方体和MoS2/In2O3纳米复合材料的光催化降解罗丹明B的总有机碳去除率柱状图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
本发明的目的在于提出一种具有2D/3D结构MoS2/In2O3纳米复合材料的制备方法，并将所合成的纳米复合材料作为催化剂用于高效光催化分解水制氢耦合光催化降解罗丹明B反应。该方法利用醋酸铟、尿素、硫代乙酰胺和钼酸钠为原料，先经水热-煅烧法制备3D结构的In2O3纳米立方体，然后再通过简易的水热法将2D结构的MoS2纳米片负载到In2O3纳米立方体表面，构建2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料。
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：制备In2O3纳米立方体
步骤1：分别称取1.0948g醋酸铟和2.8829g尿素置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌15min使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
步骤2：将混合液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃下水热反应12h，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控升温速率为2℃/min在600℃下加热反应2h，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
实施例2：制备MoS2纳米片
步骤1：称取0.3088g钼酸钠和0.5635g硫代乙酰胺置于35mL蒸馏水中，在室温下经超声、搅拌30min使二者完全分散，形成均匀的悬浮液。
步骤2：将悬浮液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在210℃下水热反应24h，待高压釜冷却至室温后，离心收集黑色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到2D结构的MoS2纳米片。
实施例3：制备5％MoS2/In2O3纳米复合材料
步骤1：分别称取1.0948g醋酸铟和2.8829g尿素置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌15min使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
步骤2：将混合液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃下水热反应12h，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控升温速率为2℃/min在600℃下加热反应2h，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
步骤4：称取300mg In2O3超声分散在35mL蒸馏水中，然后加入0.0193g钼酸钠和0.0352g硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液。
步骤5：将悬浮液完全转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在210℃下水热反应24h，待高压釜冷却至室温后，离心收集产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到5％MoS2/In2O3纳米复合材料。
实施例4：制备7.5％MoS2/In2O3纳米复合材料
步骤1：分别称取1.0948g醋酸铟和2.8829g尿素置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌15min使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
步骤2：将混合液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃下水热反应12h，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控升温速率为2℃/min在600℃下加热反应2h，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
步骤4：称取300mg In2O3超声分散在35mL蒸馏水中，然后加入0.0289g钼酸钠和0.0528g硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液。
步骤5：将悬浮液完全转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在210℃下水热反应24h，待高压釜冷却至室温后，离心收集产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到7.5％MoS2/In2O3纳米复合材料。
实施例5：制备10％MoS2/In2O3纳米复合材料
步骤1：分别称取1.0948g醋酸铟和2.8829g尿素置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌15min使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
步骤2：将混合液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃下水热反应12h，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控升温速率为2℃/min在600℃下加热反应2h，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
步骤4：称取300mg In2O3超声分散在35mL蒸馏水中，然后加入0.0386g钼酸钠和0.0704g硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液。
步骤5：将悬浮液完全转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在210℃下水热反应24h，待高压釜冷却至室温后，离心收集产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到10％MoS2/In2O3纳米复合材料。
实施例6：制备12.5％MoS2/In2O3纳米复合材料
步骤1：分别称取1.0948g醋酸铟和2.8829g尿素置于15mL和20mL蒸馏水中，在室温下搅拌15min使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液。
步骤2：将混合液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在130℃下水热反应12h，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到前驱体。
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控升温速率为2℃/min在600℃下加热反应2h，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体。
步骤4：称取300mg In2O3超声分散在35mL蒸馏水中，然后加入0.0483g钼酸钠和0.0880g硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液。
步骤5：将悬浮液完全转移到50mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在210℃下水热反应24h，待高压釜冷却至室温后，离心收集产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80℃烘箱内干燥，得到12.5％MoS2/In2O3纳米复合材料。
本发明中催化剂的晶相结构由X射线衍射(XRD)确定。图1A、图1B和图1C的XRD谱图可以看出：In2O3纳米立方体与MoS2纳米片材料的特征衍射峰都与标准卡片JCPDS No.71-2194和JCPDS No.37-1492相符合，表明纯相In2O3和MoS2均已被成功制备；而在MoS2/In2O3纳米复合材料中，由于MoS2负载含量相对较低，所有纳米复合材料都展现出In2O3的特征XRD衍射峰，未观察到MoS2的特征峰。
本发明中催化剂的表面形貌和微观结构由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)确定。图2A的SEM图可以看出：制备的纯相In2O3材料具有明显的3D立方体结构；图2B的TEM图可以看出：制备的纯相MoS2材料具有明显的2D纳米片结构；图2C和图2D的TEM图可以看出：当质量比10％的MoS2负载在In2O3表面后，所制备的10％MoS2/In2O3纳米复合材料仍表现出与纯相In2O3相似的纳米立方体结构，但在其表面均匀分布着二维层状结构的MoS2纳米片。这一结果表明独特2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料已被成功合成。
本发明中催化剂的光生电子-空穴分离/迁移速率由光电流响应和电化学阻抗确定。图3A的光电流响应图可以看出：与纯相In2O3材料相比，所制备的10％MoS2/In2O3纳米复合材料具有明显提高的光电流密度；图3B的电化学阻抗图可以看出：与纯相In2O3材料相比，所制备的10％MoS2/In2O3纳米复合材料具有显著减小的阻抗半圆。这一结果表明MoS2作为助催化剂能够大幅提高In2O3材料的光生电子-空穴分离/迁移速率。
本发明中催化剂的光催化性能由光催化分解水制氢耦合光催化降罗丹明B确定。图4A的制氢速率柱状图可以看出：纯相In2O3材料展现出非常低的光催化制氢活性，而制备的MoS2/In2O3纳米复合材料均能够显著提高光催化制氢活性。其中，10％MoS2/In2O3纳米复合材料展现出最高的制氢活性(15.5μmol/g/h)，比纯相In2O3材料高出77.5倍。图4B的罗丹明B总有机碳去除率柱状图可以看出：纯相In2O3材料具有最低的总有机碳去除率，而合成的MoS2/In2O3纳米复合材料总有机碳去除率均有大幅度提高。其中，10％MoS2/In2O3纳米复合材料具有最高的总有机碳去除率(63.1％)，约是纯相In2O3材料的12倍。此外，通过图4A和图4B可以看出，催化剂的制氢速率与罗丹明B的总有机碳去除率二者成正比关系。这一结果表明所制备的MoS2/In2O3纳米复合材料在明显提高光催化分解水制氢反应的同时还能显著加速罗丹明B分子的降解、矿化过程。
Claims (6)
1.一种2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：称取一定量的醋酸铟和尿素分别置于15 mL和20 mL蒸馏水中，在室温下搅拌使二者完全溶解后，用吸管将尿素溶液逐滴滴入醋酸铟溶液，形成均匀的混合液；
步骤2：将混合液转移到一定体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在一定温度下加热一定时间，进行水热反应，待高压釜冷却至室温后，离心收集白色产物，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80oC烘箱内干燥，得到前驱体；
步骤3：在室温下将前驱体置于马弗炉中，调控一定的升温速率进行加热反应，待反应结束且马弗炉冷却至室温后，得到3D结构的In2O3纳米立方体；
步骤4：称取300 mg的In2O3超声分散在一定容积的蒸馏水中，然后加入0.0386 g钼酸钠和0.0704 g硫代乙酰胺，经超声、搅拌直至物料完全分散后，形成均匀的悬浮液；
步骤5：将悬浮液完全转移到一定体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在一定温度下加热一定时间，进行水热反应，待反应的高压釜冷却至室温后，离心收集样品，再分别用蒸馏水和乙醇洗涤3次，于80oC烘箱内干燥，最终得到2D/3D结构的MoS2/In2O3纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中醋酸铟与尿素的摩尔量比为1 : 12.8。
3.根据权利要求1所述的一种2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2所述高压釜体积为50 mL；水热反应温度为130℃、时间为12 h。
4.根据权利要求1所述的一种2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3所述升温速率为2oC /min；加热反应温度为600oC、时间为2 h。
5.根据权利要求1所述的一种2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5所述高压釜体积为50 mL；水热反应温度为210oC、时间为24 h。
6.权利要求1-5所述的任一项2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料的制备方法制备得到的2D/3D结构二硫化钼/氧化铟纳米复合材料作为催化剂用于高效光催化分解水制氢耦合罗丹明B降解反应。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990472A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-08-20 | 中国科学技术大学 | 一种稳定、高效率制氢助催化剂及其制备方法 |
| CN105688945A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-06-22 | 福州大学 | MoS2纳米片/CdS纳米线核壳结构复合光催化剂 |
| CN107224986A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-03 | 江苏大学 | 一种二硫化钼/铌酸锡复合纳米材料及用途 |
| WO2018082175A1 (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-11 | 杭州同净环境科技有限公司 | 一种复合光催化剂及其制备方法、应用 |
| CN108511201A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-07 | 镇江创智特种合金科技发展有限公司 | 一种超薄MoS2纳米片/CNT复合材料及其制备方法 |
| CN109637816A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-16 | 东北师范大学 | Cu2S-SiW12/MoS2复合对电极及其制备方法和量子点敏化太阳能电池 |
| CN110124698A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-16 | 江苏大学 | 一种CdIn2S4纳米颗粒修饰少层MoS2纳米片复合光催化剂的制备方法 |
| CN112337491A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-09 | 北华大学 | 一种双功能光催化应用的磷化镍/氧化铟纳米复合材料制备方法及用途 |
| FR3104456A1 (fr) * | 2019-12-17 | 2021-06-18 | IFP Energies Nouvelles | Procede de production photocatalytique de dihydrogene en presence d’un photocatalyseur prepare par impregnation en milieu fondu |
| CN113083328A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 江苏大学 | MoS2与空穴提取功能化碳量子点共修饰Ag-In-Zn-S量子点的制备方法及应用 |
-
2021
- 2021-10-20 CN CN202111221907.7A patent/CN113952964B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990472A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-08-20 | 中国科学技术大学 | 一种稳定、高效率制氢助催化剂及其制备方法 |
| CN105688945A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-06-22 | 福州大学 | MoS2纳米片/CdS纳米线核壳结构复合光催化剂 |
| WO2018082175A1 (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-11 | 杭州同净环境科技有限公司 | 一种复合光催化剂及其制备方法、应用 |
| CN107224986A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-03 | 江苏大学 | 一种二硫化钼/铌酸锡复合纳米材料及用途 |
| CN108511201A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-07 | 镇江创智特种合金科技发展有限公司 | 一种超薄MoS2纳米片/CNT复合材料及其制备方法 |
| CN109637816A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-16 | 东北师范大学 | Cu2S-SiW12/MoS2复合对电极及其制备方法和量子点敏化太阳能电池 |
| CN110124698A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-16 | 江苏大学 | 一种CdIn2S4纳米颗粒修饰少层MoS2纳米片复合光催化剂的制备方法 |
| FR3104456A1 (fr) * | 2019-12-17 | 2021-06-18 | IFP Energies Nouvelles | Procede de production photocatalytique de dihydrogene en presence d’un photocatalyseur prepare par impregnation en milieu fondu |
| CN112337491A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-09 | 北华大学 | 一种双功能光催化应用的磷化镍/氧化铟纳米复合材料制备方法及用途 |
| CN113083328A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-09 | 江苏大学 | MoS2与空穴提取功能化碳量子点共修饰Ag-In-Zn-S量子点的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Design of superior ethanol gas sensor based on indium oxide/molybdenum disulfide nanocomposite via hydrothermal route;Liu, XJ et.al;《APPLIED SURFACE SCIENCE》;全文 * |
| In_2O_3/CdS复合物的制备及光催化性能;刘淑玲;严薇;郭洁;王月妍;;精细化工(第09期);全文 * |
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