Pd/BiOCl高效室温催化甲醛产氢性能研究

利用浸渍-还原法制备Bi OCl纳米片负载的钯纳米颗粒催化剂(Pd/Bi OCl),对室温催化氧化HCHO产氢性能进行了研究,并与纯Pd纳米颗粒催化效果进行了对比.研究结果表明,Pd/Bi OCl催化剂在有效降低贵金属Pd用量情况下(仅为2%wt),仍表现出比纯Pd纳米颗粒更高的催化HCHO产氢的性能.此外,通过进一步优化甲醛浓度、氢氧化钠浓度、氧气浓度和反应温度等参数,Pd/Bi OCl催化氧化HCHO产氢速率最高可达到200 m L/(min*gcatalyst).进一步研究结果表明,Pd/Bi OCl催化HCHO产氢反应的活化能仅为15.2 k J/mol,远低于无催化剂条件下甲醛产氢的活化能65 k J/mol.     

铁的化学形态对Au/Fe-O催化剂甲醛催化氧化性能的影响

采用溶胶沉积法、共沉淀法制备了负载型Au/Fe-O催化剂,运用X-射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES),比表面和X射线光电子能谱(XPS)技术对其进行了表征,考察了Au/Fe-O催化剂对甲醛的催化氧化活性.金负载量相同的条件下,溶胶沉积法制备的样品甲醛催化氧化活性好于共沉淀法制备的样品.实验结果表明:六面体的FeOOH载体担载了较多活性组分纳米金,是影响甲醛催化氧化活性的主要原因.     

基于催化氧化技术去除甲醛的研究进展

甲醛（HCHO）作为挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）,其催化氧化技术具有起燃温度低、设备简单、净化效率高等优点,被广泛采用,催化氧化催化剂主要为贵金属以及过渡金属氧化物.我们综述了近年来催化氧化甲醛的最新研究进展,尤其是甲醛催化氧化机理和提高催化活性的策略.最后,对催化氧化技术在甲醛催化氧化反应中的未来发展方向和趋势进行了展望.     

碳质与金属催化剂热催化裂解甲烷产氢研究进展

甲烷裂解制氢方法具有产氢纯度高和清洁无污染的特点,被认为是当前最有前景的制氢方法之一.现阶段甲烷裂解制氢的研究工作主要集中于制备活性与稳定性兼备的催化剂.我们综述了近年来甲烷裂解制氢反应中碳质催化剂和金属催化剂两大系列催化剂的研究进展,从载体、活性组分、助剂3个方法对目前催化剂裂解甲烷产氢性能的影响进行了系统分析,总结了反应机理和催化剂的失活与再生情况,在以上基础上对催化剂未来的发展趋势进行了展望.     

甲醛催化氧化催化剂的研究进展

甲醛是致癌致畸物并具有较强的光化学活性.它既来源于纺织、农药、板材或其他精细化学品的生产过程,又来源于机动车尾气和室内各种装潢材料.为了人体健康和大气环境去除甲醛非常必要.用催化氧化法去除甲醛是一种很有前景的技术,但是该技术的关键是研究和发展催化剂.近年来,用于甲醛氧化的催化剂主要分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂.贵金属催化剂是将Pt,Pd,Au,Ag等贵金属负载在不同类型的载体上而制得.载体可分为常见载体、传统金属氧化物载体和特殊形貌金属氧化物载体.常见载体是具有较大比表面积的SiO2,Al2O3,TiO2和分子筛等.这类载体有利于活性位的暴露以及反应物和产物的吸附和扩散,而且还能增强载体和活性组分的协同作用.负载在常见载体上的不同贵金属催化剂,其甲醛氧化活性从强到弱排列是:Pt＞ Pd＞ Rh ＞Au＞ Ag.用这种载体制备的催化剂具有很出色的应用前景.比如Na-Pt/TiO2是甲醛氧化活性最好的催化剂,目前己被应用在空气净化器中,其次是Pt/TiO2和Pd/TiO2.传统金属氧化物载体主要是采用沉淀法、共沉淀法制备的CeO2,Fe2O3,Co3O4,MnO2及其复合氧化物,这类载体负载Pt的催化剂仍然具有出色的室温催化性能,如Pt/MnOx-CeO2和Pt/Fe2O3等.虽然Pt负载型催化剂应用前景很好,但是其成本较高,工业生产和普及受到限制.用传统金属氧化物载体制备的催化剂如Au/CeO2,Ag/MnOx-CeO2和Ag/CeO2等同样具有良好的发展前景.对于提高甲醛氧化活性来说,载体的选择至关重要.未来研究趋势可能是甲醛氧化负载型催化剂更多的会选择Ag或Au作为活性组分,而一些有潜力的传统金属氧化物载体将被使用不同的制备方法进一步改良.目前,拥有棒状、球状、孔状等特殊形貌的金属氧化物载体因为它们本身的催化活性要优于用沉淀法制备的传统金属氧化物催化剂,因此,将Ag或Au负载在这类载体上制备的催化剂具有更好的应用前景,如三维(3D)有序大孔Au/CeO2-Co3O4,二维有序介孔Au/Co3O4-CeO2和Au/Co3O4以及三维有序介孔K-Ag/Co3O4等.过渡金属氧化物催化剂,因成本低,资源丰富而受到关注.单一过渡金属氧化物催化剂如锰钾矿型的MnO2纳米棒或纳米球,介孔MnO2,Co3O4和Cr2O3等,具有较好的甲醛氧化催化活性(T50和T100分别小于等于1 10和140℃).另外,Ce,Sn,Cu和Zr等元素常常被掺杂到MnOx和Co3O4中,制备成复合金属氧化物催化剂,MnOx-CeO2具有较好的甲醛催化活性(T50＜100℃),因为MnOx和CeO2较强的相互作用改变了表面活性氧和活性相的数量.目前,复合金属氧化物催化剂氧化甲醛的报道很少.随着制备方法的改变,单一过渡金属氧化物或他们的复合氧化物催化剂可能会成为贵金属催化剂的替代品.目前,如何获得高效、低成本、低温甚至常温去除甲醛的催化剂仍然是一项重要的挑战.特殊形貌的金属氧化物催化剂如3D-Cr2O3,3D-Co3O4,MnO2纳米球和纳米棒,在常温下完全转化甲醛仍然是个难以越过的鸿沟.将来,多种形貌的新型纳米金属氧化物及其Au或Ag负载型催化剂的制备和发展会成为一个研究趋势.这种催化剂既能被用于甲醛的催化氧化,也能被用于苯系物或其他VOCs的催化氧化.它能为机动车尾气和工业生产中VOCs产生量的削减提供技术支撑,而VOCs的去除有益于PM2.5浓度的降低和空气质量的恢复.     

氧化镁负载三聚氰胺缩甲醛高分子钯配合物催化剂催化加氢制备葡辛胺的研究

以氧化镁负载三聚氰胺缩甲醛高分子钯配合物为催化剂, 对葡萄糖与正辛胺催化加氢制备葡辛胺进行了研究. 结果表明在以60 mL乙醇为溶剂, 三乙胺为添加剂(1.0 mL), 于60 ℃的反应温度, 1.5 MPa反应氢压, 0.7 g催化剂用量下反应6 h, 37.2 mmol葡萄糖与31 mmol正辛胺催化加氢可得产率为57.6%的葡辛胺. 相对于雷内镍催化剂, 该催化剂制备简单,制备过程无污染、对环境友好,产物纯度高,并具有适当的可重复使用,因此氧化镁负载三聚氰胺缩甲醛高分子钯配合物是葡辛胺制备的良好催化剂.     

甲醛氧化催化剂及反应机理

甲醛具有致畸和致癌性,是主要的室内污染物。催化氧化法甲醛转化效率高,没有二次污染,相关研究日益受到关注。本文详细介绍了贵金属和非贵金属两类主要的甲醛氧化催化剂,探讨了活性组分、载体、催化剂助剂等催化剂组成对于其理化性质和反应性能的影响规律,讨论了制备方法、反应物中的水含量等因素对于催化反应的影响,分析了催化剂失活的主要因素。研究表明,催化剂表面活性氧、表面羟基、氧空位数量以及对反应物的吸脱附和存储能力是影响催化活性的关键因素。贵金属催化剂,特别是Pt催化剂具有较好的催化性能,可在较低温度实现甲醛充分转化;非贵金属催化剂具有可变价态,通过催化剂的合理设计可以具有足够的催化活性,其原料资源丰富,价廉易得,应用前景广阔。     

氢转移反应对分子筛催化甲醇和二甲醚动态自催化反应历程的贡献:深入理解甲醛的生成机理和作用机制（英文）

甲醇制烯烃(MTO)已成为从非石油资源获取低碳烯烃的最为成功的工业化路线,受到学术界和工业界的广泛关注.MTO反应是一个动态的自催化过程,其中烯烃、甲基环戊烯和芳烃物种作为(自)催化剂.氢转移(HT)反应是构建MTO自催化剂和烷烃副产物的主要途径,对于深入理解MTO反应的动态特性及其复杂反应网络至关重要.作为反应物甲醇/二甲醚发生HT反应的产物,甲醛对MTO反应中自催化的引发和失活具有重要作用.然而,由于甲醛的反应活性高、浓度低且对色谱FID检测器的灵敏度低,因此甲醛难以像其它烃类产物一样通过常规手段进行在线定量监测,迄今甲醛在整个反应过程中的演变规律仍不清楚,这阻碍了对反应物诱导的HT反应以及整个反应网络的全面认识.本文借助实验及理论计算研究了SAPO-34分子筛上甲醇和二甲醚转化过程中的HT反应,尤其是生成甲醛的反应物诱导的HT反应.首先,建立了一种定量检测甲醛的实验方法,实现在真实反应条件下,原位定量监测整个MTO和二甲醚制烯烃(DTO)过程中甲醛浓度的变化.在此基础上,将甲醛浓度变化规律与其它反应规律关联起来,更为详细地追踪整个反应过程中H原子的轨迹,并进一步结合DFT计算、o...     

分等级结构对锡氧化物负载Pt室温催化甲醛氧化性能的影响

甲醛是主要的室内空气污染物,气相中甲醛去除技术具有重要意义.常用的甲醛去除技术主要包括物理和化学吸附、光催化分解和热催化氧化,其中能在常温下进行的催化氧化最具发展和实用前景.能在室温下高效催化甲醛完全氧化的催化剂一般为负载型贵金属,如铂(Pt)、钯、金、银等.除了选择具有内在高活性的组分,通过提高贵金属分散度,增强贵金属-载体相互作用,增加载体的甲醛亲和性等方法也可提高甲醛催化分解活性.以上方法主要关注催化剂化学性质的改良;另一方面,催化剂的微观几何结构以及传质快慢对表观催化反应速率也有重要影响.近年来研究表明,分等级结构利于反应物在材料孔隙中的扩散输移,可大幅提高催化活性.因此,我们制备了具有分等级结构的花状锡氧化物(SnOx)负载的Pt纳米颗粒,并研究其室温下催化分解甲醛的性能.花状SnOx以氟化亚锡和尿素为原料,通过水热法制备;Pt通过浸渍、硼氢化钠还原法负载,制备Pt/SnOx催化剂.另外,对SnOx进行球磨处理破坏其分等级结构,制备g-SnOx及Pt/g-SnOx作为对照.通过场发射扫描电镜观察,制备的锡氧化物为具有分等级结构的花状微球,直径约1?m,由厚度约20 nm的花瓣状纳米片交错连接而成.X射线衍射(XRD)谱图对应四方相氧化亚锡(SnO,JCPDS 06-0395),但也观察到四方金红石相氧化锡(SnO2,JCPDS 41-1445)的微弱特征峰.高分辨透射电镜(HRTEM)仅观察到四方相SnO的晶格条纹.根据X射线光电子能谱(XPS)结果,在花状锡氧化物的表面,锡元素的氧化态为正四价.综合以上表征结果表明:制备的锡氧化物主体为SnO,由于表面被空气氧化,含有少量SnO2.通过透射电镜观察Pt/SnOx催化剂发现,直径2–3 nm的Pt纳米颗粒高度分散负载于SnOx纳米片表面;XPS结果表明,纳米颗粒中Pt的价态为0价,与HRTEM观测结果一致.甲醛分解测试采用静态测试系统,在体积为6 L的测试箱中加入一定浓度甲醛后开始反应,监测甲醛、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)浓度随时间的变化.结果表明,花状SnOx在室温下不具有催化甲醛氧化活性,仅能通过吸附作用去除少量甲醛;而负载0价金属态Pt纳米颗粒后,甲醛快速分解为CO2和水,且无CO生成.在初始浓度170 ppm条件下,反应1 h后,甲醛去除率达到87%.Pt/SnOx催化剂的高活性表明,金属态Pt是催化甲醛氧化的活性组分.经球磨处理后制备的Pt/g-SnOx,其催化活性远低于具有分等级结构的Pt/SnOx;后者的二级反应速率常数为前者的5.6倍,证明分等级结构能有效加速甲醛催化氧化分解.本研究结果对于高效分解室内甲醛材料的设计、制备提供了一种指导性的新思路.     

La掺杂TiO2负载Pt催化剂制备及其室温氧化低浓度甲醛

甲醛是室内装修污染的重要组分,已严重危害到人们身体健康,在室温条件下消除甲醛引起了人们的广泛兴趣.目前室温清除甲醛主要有物理吸附法、光催化法、等离子体技术及催化氧化技术.物理吸附法主要采用活性炭等作为吸附剂,其初期吸附效果较好,但当吸附饱和之后会重新释放甲醛造成二次污染;光催化法和等离子体技术需要特殊装置,不适合室内室温环境脱除甲醛;而催化氧化技术则可直接将甲醛转化为无毒无害的水和CO2,因而备受关注.Pt/TiO2被认为是目前消除甲醛最有效的催化剂.为进一步降低贵金属Pt的用量及增强其稳定性(Pt被氧化后其活性会降低),本文首次采用稀土La掺杂锐钛矿型TiO2,负载少量Pt后用于室内低浓度(0.5 ppm)甲醛的催化氧化.活性测试结果表明,纯TiO2催化剂上甲醛转化率在5%以下,有可能是物理吸附或可见光催化所致.负载0.5%Pt后,Pt/TiO2和Pt/La-TiO2甲醛转化率均高于80%,尤其是La掺杂活性高达96%以上,且在连续反应8 h甚至延长至40 h后其活性均未见下降趋势.电镜结果表明,La掺杂Pt/La-TiO2催化剂中Pt粒径从未掺杂的2.2 nm降至1.7 nm;CO程序升温脱附测试表明,Pt/La-TiO2/Pt的分散度达66%,而未掺杂样品仅为51%;X射线光电子能谱测试表明,Pt/La-TiO2的表面氧物种高于Pt/TiO2催化剂,说明La掺杂增强了Pt和载体间的相互作用.为探讨Pt/La-TiO2商业化应用前景,将粉体Pt/La-TiO2涂覆在堇青石蜂窝陶瓷上制备成整体催化剂.该整体催化剂在容积为2 m3的密室测试中5 min内即可将浓度为0.5 ppm的甲醛将至0.02 ppm以下.该催化剂在存放3个月后活性略有下降,但在10 min内仍可将甲醛浓度降至0.08 ppm,达到室内甲醛排放标准.综上,本文成功制备了La掺杂Pt/La-TiO2用于室内低浓度甲醛催化氧化,该催化剂表现出优异的催化性能.通过多种表征手段表明,La修饰后贵金属Pt纳米粒子尺寸减小、分散度提高及Pt与载体间相互作用增强是其活性优异的主要原因.以Pt/La-TiO2粉体制备的整体催化剂同样表现出了高的催化性能,具有工业应用前景.     

Chemoenzymatic Hydrogen Production from Methanol through the Interplay of Metal Complexes and Biocatalysts

Microbial methylotrophic organisms can serve as great inspiration in the development of biomimetic strategies for the dehydrogenative conversion of C₁ molecules under ambient conditions. In this Concept article, a concise personal perspective on the recent advancements in the field of biomimetic catalytic models for methanol and formaldehyde conversion, in the presence and absence of enzymes and co-factors, towards the formation of hydrogen under ambient conditions is given. In particular, formaldehyde dehydrogenase mimics have been introduced in stand-alone C₁-interconversion networks. Recently, coupled systems with alcohol oxidase and dehydrogenase enzymes have been also developed for in situ formation and decomposition of formaldehyde and/or reduced/oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NADH/ NAD⁺). Although C₁ molecules are already used in many industries for hydrogen production, these conceptual bioinspired low-temperature energy conversion processes may lead one day to more efficient energy storage systems enabling renewable and sustainable hydrogen generation for hydrogen fuel cells under ambient conditions using C₁ molecules as fuels for mobile and miniaturized energy storage solutions in which harsh conditions like those in industrial plants are not applicable.     

面向氢能源、燃料电池和二氧化碳减排的制氢途径的选择

对氢气的多种制造途径加以探讨，也涉及到氢能的利用、燃料电池以及二氧化碳的减排。需要指出的是氢气并非能源，而只是能量的载体。 所以氢能的发展首先需要制造氢气。对于以化石燃料为基础的制氢过程，如煤的气化和天然气重整，需要开发更经济和环境友好的新过程，在这些新过程中要同时考虑二氧化碳的有效收集和利用问题。对于煤和生物质，在此提出了一种值得进一步深入研究的富一氧化碳气化制氢的概念。对于以氢为原料的质子交换膜燃料电池系统，必须严格控制制备的氢气中的一氧化碳和硫化氢；对于以烃类为原料的固体氧化物燃料电池，制备的合成气中的硫也需严格控制。然而，传统的脱硫方法并不适宜于这种用于燃料电池的极高深度的氢气和合成气的脱硫。氢能和燃料电池的发展是与控制二氧化碳排放紧密相关的。     

Assembled Organoruthenium(II) for Formaldehyde Decomposition and Hydrogen Production

Formaldehyde decomposition is not only an attractive method for hydrogen production, but also a potential approach for gaseous formaldehyde removal. In this research, we prepare some assembled organoruthenium through coordination reaction between Ru(p-Cymene)Cl₂ and bridge-linking ligands. It is a creative approach for Ru(p-Cymene)Cl₂ conversion into heterogeneous particles. The rigidity of bridge-linking ligand enables assembled organoruthenium to have highly ordered crystalline structure, even show clear crystal lattice with spacing of 0.19 nm. XPS shows the N−Ru bond are formed between bridge-linking ligand and Ru(p-Cymene)Cl₂. The assembled organoruthenium has high abundant active sites for formaldehyde decomposition at low temperature. The reaction rate could increase linearly with temperature and formaldehyde concentration, with a TOF of 2420 h⁻¹ at 90 °C. It is promising for gaseous formaldehyde decomposition in wet air or nitrogen. Formaldehyde conversion is up to 95 % over Ru-DAPM is 4,4′-diaminodiphenylmethane at 90 °C in air. Gaseous formaldehyde decomposition is a two-steps process under oxygen-free condition. Firstly, formaldehyde dissolve in water, and be converted into hydrogen and formic acid through formaldehyde-water shift reaction. Then intermediate formic acid will further decompose into hydrogen and carbon dioxide. We also find formaldehyde decomposition is a synergetic catalysis process of oxygen and water in moist air. Oxygen is conducive to formic acid desorption and decomposition on the active sites, so assembled organoruthenium exhibit slightly higher conversion for formaldehyde decomposition in moist air. This work proposes a distinctive method for gaseous formaldehyde decomposition in the air, which is entirely different from formaldehyde photocatalysis or thermocatalysis oxidation.     

微型平板式反应器中甲醇水蒸气重整制氢的研究

研制了一种高效平板式微型制氢反应器,将甲醇重整和催化燃烧集于一体,吸热、放热合理耦合,实现快速启动和制氢过程自热运行;在反应器中进行甲醇水蒸气重整实验,考察了反应器腔内的温度分布,以及温度、空速和水醇比对制氢过程的影响。结果表明,当温度为270℃,空速为870h-1,水醇比为1.3时,甲醇转化率最高为94.85%,重整气组成为74.53%H2、1.76%CO、23.71%CO2;累计运行400h,重整最大产氢量接近6000mL/h,可为便携式燃料电池提供稳定氢源。     

超微量铂丶铑连续催化极谱测定及其催化波机理的探讨

For simultaneous determination of ultramicro amounts of platinum and rhodium the optimum condition has been described as 1.5N H2SO4-1.2% NH4Cl-0.0012M (CH2)6N4-0.003% N2H4XH2SO4. Both platinum and rhodium produce hydrogen catalytic waves with peak potential at-1.03 V and - 1.27 V (vs. S. C. E.) and the peak height of differential wave in single-sweep polarograph is directly proportional to the concentration of the metals in the range from 0.05 ppb to 1.0 ppb for platinum and from 0.0025 ppb to 0.1ppb for rhodium, respectively. The influence of other platinum group metals and some base metals on the height of catalytic waves has been examined. It has been shown that the method is very selective. It is applied even at 200:1 or at 1:10 (Pt:Rh). The mechanism of the catalytic waves has been discussed. The catalytic waves of both platinum and rhodium are due to "surface catalytic wave of hydrogen". The wave of rhodium can be attributed to catalytic discharge of hydrogen ion by the complex (Rh(CH2O)2Cl4)-. One of the ligands, formaldehyde, is the product of hydrolysis of hexamethylenetetramine. The wave of plainum can be attributed to catalytic discharge of hydrogen ion by the complex (PtACl5)-, where a denotes intermediate product (a substance containing CH2=N group) formed during the hydrolysis of hexamethylenetetramine. The role of hydrazine sulfate in catalytic system has been shown. Hydzazine can react with formaldehyde to from (CH2=N)2 which promotes the growth of platinum catalytic wave and in this way the concentration of formaldehyde in the system can be controlled.     

光热协同效应在催化反应中的应用研究进展

近几年,随着催化研究的逐渐深入,将两种或多种手段耦合,能够明显地改善催化性能,其中光热协同催化是当前新型催化技术研究的焦点.我们介绍了光热协同催化在能源合成领域的应用,尤其在光热催化CO_2转化、污染物降解、制氢和费托合成等反应.研究结果表明,两者的有效结合可以超越单独热催化或光催化所能达到的效果,在某些反应中能够明显提高产物的收率,改善目标产物的选择性以及降低反应的温度.最后还展望了光热协同催化发展的前景,以及目前仍然面临反应机理尚不明确和合适催化剂的筛选等问题.     

科研成果转化为化学反应工程实验项目的应用研究

用生活废油催化裂解与变换重整制氢来替代现有的化学反应工程中一氧化碳变换重整制氢实验,替换后的整个实验从原料到产品都是学生一手完成。该实验绿色环保,且实验过程的完成可让学生了解从原料到产品的整个连续的化工生产过程,激发了学生的学习兴趣,在提高学生的动手能力以及从事科学研究的能力的同时,降低了实验耗费成本,提高了实验的安全性。     

Al_2_O3·Na_2O·xH_2O/NaOH/Al(OH)_3催化剂催化木质素水蒸气气化制氢研究(英文)

考察了催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3催化木质素水蒸气气化制氢及其影响因素。结果表明,木质素气化的产氢速率随Na2O/C比值的升高而升高;木质素在较低的温度下气化时,较高的水蒸气流速有利于抑制CO和CO2的生成。产氢速率随水蒸气流速的增大而增大。催化剂中的铝酸钠水合物受热分解产生的水可导致催化剂中的NaOH组分产生更多的Na+和OH-离子。更多的Na+和OH-离子可使木质素中C—H键的键能更显著的降低。木质素在473 K~973 K气化的氢转化程度可达134.94%,这表明催化剂Al2O3.Na2O.xH2O/NaOH/Al(OH)3对木质素低温水蒸气气化制氢具有较好的催化活性。     

Water‐Splitting Catalysis and Solar Fuel Devices: Artificial Leaves on the Move

The development of new energy materials that can be utilized to make renewable and clean fuels from abundant and easily accessible resources is among the most challenging and demanding tasks in science today. Solar‐powered catalytic water‐splitting processes can be exploited as a source of electrons and protons to make clean renewable fuels, such as hydrogen, and in the sequestration of CO₂ and its conversion into low‐carbon energy carriers. Recently, there have been tremendous efforts to build up a stand‐alone solar‐to‐fuel conversion device, the “artificial leaf”, using light and water as raw materials. An overview of the recent progress in electrochemical and photo‐electrocatalytic water splitting devices is presented, using both molecular water oxidation complexes (WOCs) and nano‐structured assemblies to develop an artificial photosynthetic system.     

焙烧温度对氧化锌纳米棒光催化生产H2O2活性的影响

过氧化氢作为一种对环境友好的、重要的化学原料,被广泛用于化学工业、漂白剂和废水处理等领域.近几十年来,过氧化氢主要通过蒽醌工艺生产.然而,该方法需要多步蒽醌加氢和氧化反应,导致较高的生产成本和能量消耗,同时伴随着大量的二氧化碳排放.另一种替代策略是在贵金属催化剂的辅助下,由氢气和氧气的混合气体在高温下直接合成.但是,氢气和氧气的混合气体在高温下存在爆炸的危险,从而限制了其大规模应用.因此,探索一种低能耗、温和条件下生产过氧化氢具有重要的意义.太阳能驱动光催化生产过氧化氢是解决上述问题的理想途径.通常认为,过氧化氢是由直接双电子还原(E(O2/H2O2)=0.68 V vs.NHE)或间接单电子O2还原(E(O2/?O2?)=-0.33 V vs.NHE)产生的.氧化锌半导体具有很的稳定性好、环保和成本低等优点,因此经常被用于二氧化碳的光催化还原、污水处理和气体传感器等领域.氧化锌的导带电势(ECB=-0.5 V vs.NHE)比氧还原电势更负,意味着它在热力学上满足光催化过氧化氢生产的要求.然而,目前关于氧化锌的光催化生产过氧化氢的研究尚未受到较多的关注.本文采用简单的水热法制备了一维氧化锌纳米棒,在不同温度下热处理后,对其形貌和结构、光学性质和电化学性质进行了表征.同时,系统地研究了以乙醇为牺牲剂光催化生产过氧化氢的性能.结果表明,随着焙烧温度的升高,氧化锌纳米棒内部的氧空位被空气中的氧气重新填充,其催化生成过氧化氢的活性先升高后降低.经300oC焙烧的氧化锌光催化产过氧化氢的活性最好,为285μmol L-1 h-1.同时,对过氧化氢的生成机理研究结果表明,该过程中为间接单电子O2还原过程.氧气先与一个电子反应生成超氧自由基,再与两个质子和一个电子反应生成过氧化氢分子.综上,本文为氧化锌纳米棒光催化产过氧化氢的机理研究提供了新认识,并提出了一种有前途的过氧化氢生产策略.