纳米ZnO的制备及其在不同牺牲试剂下的光催化产氢性能

采用沉淀法与异相共沸蒸馏技术相结合制备了ZnO纳米粉体,并利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜和液氮吸-脱附等技术对制备的样品进行了分析与表征．考察了Pt的负载量、煅烧温度以及牺牲试剂的种类和浓度对制备的纳米ZnO的光催化产氢效率的影响．结果表明：与其他温度下煅烧获得的产物相比,400 oC煅烧产物表现出最佳的光催化产氢效率,且以甲醇为牺牲试剂时纳米ZnO悬浮体系的光催化产氢效率远高于以三乙醇胺为牺牲试剂时的产氢效率．其原因在于光催化过程中甲醇氧化也对体系的产氢有贡献．此外,探讨了基于实验结果对含甲醇的     

Al2O3纳米粉的湿化学法制备及其形貌控制工艺

以Al2(SO4)3·18H2O和NH3·H2O为原料,采用湿化学沉淀法制备了γ-Al2O3纳米粉,探讨了制备条件和后处理工艺对粉体形貌、粒径分布和团聚状况的影响.结果表明:Al3+浓度为0.8 mol·L-1,氨水pH值为12.0时,可获得粒径为10 nm左右的γ-Al2O3纳米粉;聚乙二醇2000可以促使粉体的粒径分布均匀化和抑制颗粒间团聚体的形成;以正丁醇和正己醇的混合溶剂进行异相共沸蒸馏能有效脱除水份和减小干燥过程中的毛细管力,从而获得疏松的前驱体,经900 ℃煅烧后即得到粒径分布较窄、基本无硬团聚的γ-Al2O3纳米粉.     

轮型二十核铜取代多金属氧酸盐催化剂:光催化制氢的机理和稳定性研究

能源危机和环境污染已成为影响全人类的严峻问题,太阳能驱动水分解制备清洁可再生的氢能是解决以上问题的有效途径之一,因此,近年来环境友好的光驱动制氢方式受到广泛关注.现阶段太阳能驱动水分解体系的研究热点和难点在于研发高催化活性且廉价的非贵金属催化剂.作为具有较大应用潜力的多电子转移催化剂,廉价过渡金属取代的多金属氧酸盐因其合成策略丰富多样,原子结构明晰以及物化性质可调,越来越多地被用于催化水分解的研究中.其结构中的缺位多酸配体具有可逆的电子存储能力,因而可被用作多电子存储海绵,而过渡金属中心则可以作为催化活性位点,这种特殊的协同工作机制可有效促进催化反应中的电荷分离并延长电子的寿命,更利于催化还原反应的发生.虽然目前文献中有较多关于廉价3d过渡金属取代的多金属氧酸盐水还原催化剂的报道;然而,现阶段基于廉价过渡金属铜取代的多金属氧酸盐在光驱动分解水制氢领域的研究较少.这主要受制于理论计算得出的传统结论:氢原子在铜原子上的氢吸附吉布斯自由能比较高,可能会导致铜基催化剂具有比较低的产氢活性.本文合成了轮型二十核铜取代多金属氧酸盐水还原催化剂K₁₂Li₁₃[Cu₂0Cl(OH)₂₄(H₂O)₁₂(P₈W₄₈O₁₈₄)]·22H₂O(K₁₂Li₁₃-Cu₂0P₈W₄₈),然后通过简单的阳离子交换制备了其四丁基铵盐(TBA-Cu₂0P₈W₄₈),红外表征结果表明,阳离子交换能够完整地保持其阴离子结构.利用[Ir(ppy)2(dtbbpy)][PF₆]作为光敏剂,三乙醇胺(TEOA)为牺牲试剂和TBA-Cu₂0P₈W₄₈为催化剂构筑光催化体系,反应5 h后产氢转化数达到~2892,120 h后高达~13400.此外,稳态和瞬态荧光猝灭光谱表明,激发态的光敏化剂既可以被TBA-Cu₂0P₈W₄₈氧化型猝灭,也可以被TEOA还原型猝灭,其中后者占主导.稳定性测试实验结果表明,在光催化过程中,TBA-Cu₂0P₈W₄₈分子催化剂上有Cu离子缓慢解离到反应溶液中,但其光催化产氢的主要催化活性物种仍具备分子催化剂的骨架结构.本文不仅对多核铜基分子化合物能够高效地催化光驱动产氢提供有利证明,而且为探索更多廉价铜取代多金属氧酸盐在太阳能转化领域的应用提供了参考.     

基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢研究进展

能源和环境问题是21世纪人类面临的两个巨大挑战.鉴于此,为了实现人类社会的可持续发展,寻求能够替代化石能源的安全无污染可再生能源已迫在眉睫.太阳光驱动水分解是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,其分解产物氢气和氧气在燃烧释放能量的同时生成洁净无污染的可饮用水,实现了完美的可持续能量循环,对于解决当今全球面临的能源危机与环境污染问题具有巨大的应用价值.然而,长期以来光驱动水分解所面临的巨大难题是半反应动力学非常缓慢,通常需要克服较高的能量势垒,导致整体能量转化效率低.利用非贵金属制备高催化效能、低成本的水分解催化材料成为该领域的研究热点和难点.目前,已报道的光驱动产氢催化剂可以被归纳为两大类:均相催化剂和异相催化剂.均相催化剂通常具备高催化活性、高选择性以及易于进行机理研究等优点,而异相催化剂则具备廉价、易得和高稳定性等优点;然而它们也存在一些不容忽视的问题,如均相催化剂的低稳定性、易分解失活,异相催化剂表面易被毒化失活、低催化转化数及转化频率等.如何设计合成兼具二者优点的产氢催化剂吸引了领域内研究者的广泛关注.作为一类新兴的多电子转移催化剂,多金属氧酸盐因其丰富多样的合成策略以及高度可调的物理化学及光化学性质,已被广泛用于催化水分解制氢气研究.该类多金属氧酸盐催化剂具备了介于均相分子化合物和异相金属氧化物之间的结构,这种独特的结构赋予它们同时具备均相分子催化剂的高活性、高选择性、高可控性、易于进行机理性研究等优点,又具备异相金属氧化物催化剂的廉价易得及稳定性高等优势.随着研究的开展,基于多金属氧酸盐的光催化产氢体系已由当初的贵金属辅助逐渐转变为丰产元素参与,光源的选择方面也从与太阳光谱匹配度低的紫外光转变为可见光.本文对30多年来基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢成果进行了综述,主要包括有/无贵金属辅助的多金属氧酸盐,多酸@金属有机框架复合物,多酸-半导体复合材料在紫外光或可见光条件下的光催化产氢研究;同时讨论总结了不同类型催化体系的反应机理;并对该领域的未来发展趋势及研究方向进行了展望.