光催化还原二氧化碳全反应的研究进展

通过光催化将二氧化碳(CO₂)还原为可持续的绿色太阳能燃料是同时解决环境问题和能源危机的极具前景的方案.尽管迄今为止已经进行了广泛的研究,但实现高转化率、高选择性和高稳定性的光催化二氧化碳还原仍有许多障碍.如将水作为电子供体而非牺牲试剂,能够使反应的吉布斯自由能变ΔG>0,这对于真正实现理想化的人工光合作用至关重要,但同时也会为光催化还原CO₂体系带来更多的挑战.我们首先简要介绍了光催化还原CO₂的机理与挑战,而后根据目前光催化还原CO₂在无牺牲剂体系中出现的问题总结了对应的策略以及最新的研究进展,包括能带结构的调整、助催化剂的负载、异质结的构建、 MOFs与COFs材料的设计等方面,最后对目前仍未解决的问题以及未来实现工业化应用的阻碍进行了总结.     

压力诱导相变原位构建BiVO4/Bi0.6Y0.4VO4型异质结增强光催化全解水性能

光催化完全分解水制氢是一个在粉末颗粒中实现多个串行物理化学步骤的复杂反应过程.这一过程在理论上具有体系简单、成本低、易操作等特点.然而,单步光激发系统中通常存在严重的光生载流子复合,这极大地制约了光催化的整体效率.利用能带结构不同的半导体合理构建异质结催化剂被认为是解决这一难题的重要途径之一.特别是近年来,S型异质结概念的提出为设计异质结结构以及分析不同半导体之间的载流子迁移问题提供了新的思路.本文以小粒径BiVO₄/Bi_0.6Y_0.4VO₄(BYV)为研究对象,首先利用"共沉淀-晶化"的方法制备了BYV固溶体纳米颗粒,随后利用压力诱导固溶体中四方相钒酸铋结构转变为单斜相,从而构建了BiVO₄/Bi_0.6Y_0.4VO₄复合光催化剂.XRD,Raman,HRTEM,HAADF-EDS的结果表明,经过高压后处理的BYV固溶体表面会出现粒径约为5 nm单斜钒酸铋纳米颗粒,实现了原位构建异质结结构.随后载流子动力学的相关表征以及Au选择性光沉积的结果表明,在光照条件下,所构建异质结中的光生电子主要分布在BYV固溶体上,而在表面形成的单斜相钒酸铋颗粒主要起到了类似"空穴"捕获的作用.这种在异质结中的载流子迁移路径符合S型异质结机理.电化学、稳态荧光光谱以及瞬态荧光光谱的表征结果表明,相比于单一固溶体,在S型异质结这种两步激发系统中所存在的载流子迁移路径能够大幅促进光生载流子分离,从而提高了小粒径BYV的光催化完全分解水性能.综上,构建S型异质结是一种解决小粒径光催化剂中载流子分离能力差的有效途径.同时,压力诱导材料晶型转变实现原位构建异质结的制备方法也为提高光生载流子分离效率提供了新的研究思路与机遇.     

能源与环境应用中的微波催化研究进展

微波是一种能量传递方式。与传统电加热相比,微波加热具有加热速度快、热惯性小、选择性加热等特点,因而被视为一种优质的能量来源。微波催化是一种使用微波对反应系统供能,从而推动催化反应进行的化学过程。近年来,许多研究者致力于探索和发展微波催化技术,包括利用微波技术提升化学反应速率、开发具有出色微波吸收能力的催化剂、建立节能环保的微波催化系统等。本文首先介绍了微波的相关理论,讲述了材料对微波的吸收原理;然后从微波催化降解挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）、微波催化污水处理、微波催化生物质热解和微波催化碳氢化合物转化等方面综述了微波催化在能源环境中的应用;最后对微波催化过程的机理展开了讨论。     

Pd/CZ三效催化剂中钯的团聚现象研究

通过浸渍法制备了一系列负载0.5%（重量百分比）Pd的氧化铈-氧化锆（NDK-84,由日本新日本电工株式会社提供）催化剂材料,并通过全面的表征手段,包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、元素分布、X-射线衍射（XRD）,氮气吸脱附测试与比表面积和孔径分布分析（BET）、X射线光电子能谱（XPS）等,研究了不同Pd前驱体和不同热老化处理条件、H₂还原条件对Pd在铈锆固溶体上的分散、生长与烧结行为的影响,并评估了它们的三效催化活性.结果表明,热老化处理过程与还原过程显著影响了Pd在氧化物载体表面上的分散,因此导致不同的催化活性.     

MoO3-x/PCN的原位合成及其增强光催化产氢性能的研究

本文通过简单的一步浸渍煅烧法原位合成了氧化钼纳米晶/聚合物氮化碳复合光催化剂，该不含铂基助催化剂的氧化钼修饰聚合物氮化碳光催化剂在可见光照射下表现出增强的光催化产氢性能，最高产氢速率为15.6 μmol/h，是普通聚合物氮化碳样品的3倍以上. 相应的结构与性能的分析表明，与后浸渍法不同，在原位生长过程中高分散的超小氧化钼纳米晶体与聚合物氮化碳之间形成了紧密的耦合界面结构，可见光产氢活性的提升源自高分散的超小氧化钼纳米晶与聚合物氮化碳之间形成的紧密界面，以及该界面结构形成的肖特基结带来的有效电荷载流子转移.     

基于掺Zn氮化碳和BiVO4构建Z型光催化系统实现完全分解水

随着现代工业的迅猛发展和化石燃料的过量使用, 全球范围内能源和环境问题日益严峻, 因此利用丰富的太阳光能分解水来直接制取清洁的氢气具有诱人的应用前景. 目前, 聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C3N4)因其廉价、稳定、不含金属组分和独特的电子能带结构已被广泛应用于光解水产氢研究. 然而, 氮化碳具有结晶度差、光生载流子易复合的缺点.众所周知, Z型体系可以很好地减少电子和空穴的复合问题. 同时, 催化剂只需分别满足光解水过程的一端, 这使得半导体光催化剂的选择非常丰富, 可以大大拓宽材料体系. 因此, 将g-C3N4运用到Z型体系中的研究得到了广泛关注. 然而, 这些研究多集中在如何增强g-C3N4的产氢能力方面, 对实现水的完全分解的研究鲜见报道.本实验设计了这样一种Z型体系: 使用掺Zn的g-C3N4作为产氢端, BiVO4作为产氧端, Fe3+/Fe2+作为氧化还原对. 实验结果表明, 该体系可以在全波段下实现水的完全分解(氢氧比为2:1), 并且保持相当高的稳定性.实验所使用的氮化碳为固相法烧结尿素制得, Zn的掺杂采用浸渍法, 同时通过水热法合成BiVO4, 使用Pt作为助催化剂. 通过搭建含有不同组成成分的Z型体系, 将它们的性能和表征结果进行比较分析.通过XRD, UV-Vis, SEM和XPS等测试手段对催化剂进行表征. XRD分析结果表明成功合成了掺杂Zn的石墨相氮化碳. UV-Vis则显示随着Zn浓度的提高, 吸收边发生变化. 通过改变掺杂Zn的浓度, 得到了能够实现完全分解水的Z型体系,其最佳掺杂比例为: ZnCl2和氮化碳的质量比为1:10. 为了排除单催化剂和Pt颗粒对完全分解水性能的影响, 分别作了单独产氢端、单独产氧端、预负载Pt和光沉积Pt的性能测试. 从SEM中没有发现g-C3N4和BiVO4的异质结结构. 这些结果表明所搭建的是典型的利用氧化还原离子对为中间电子传输载体的Z型体系, 经长达12 h的持续测试证明其具有较高的稳定性.为了研究Zn在构建Z型中所起的作用, 分别采用文献中报道的原位和浸渍法实现Zn的掺杂. 对这两种掺杂方式的性能测试表明, 只有采用浸渍法时, 所构建的Z型体系具有完全分解水的能力. 对这两种方法得到的掺Zn氮化碳进行表面化学组成和价态(XPS)的分析. 结果显示, 两种掺杂方法都可以通过形成Zn=N键的形式实现Zn的掺杂, 但浸渍法使Zn在g-C3N4表面分布更均匀, 同时对氮化碳原本三嗪环的破坏较小, 因此具有更好的还原能力, 可以与BiVO4匹配以构成Z型体系.实验通过采用掺杂Zn的氮化碳作为产氢催化剂, BiVO4作为产氧催化剂, Fe3+/Fe2+作为氧化还原中间体, 构建了典型的Z型体系. 该体系在Zn的掺杂浓度为10%时能够实现长时间稳定的完全分解水.     

光热催化还原二氧化碳反应器研究进展

光热催化还原技术是二氧化碳资源化的研究热点之一。设计高效的新型催化剂材料,是构建有效的光热催化反应体系的重要内容,而开发与催化材料适配的反应器,则可以最大化地发挥催化剂的性能,是光热催化放大反应的关键。本文综述了光热催化反应器的不同形式,讨论了光热催化关键变量温度、光照、给料类型和运行方式对反应器设计的影响。总结了反应器设计的局限性和挑战性,为光热催化还原二氧化碳的技术发展提出了展望。     

聚氨酯弹性体的热分解动力学研究

聚氨酯弹性体的热分解动力学研究;聚醚型聚氨酯;聚酯型聚氨酯;热分解;动力学;模型拟合法     

聚氨酯的FTIR光谱与热分析研究

采用原位傅里叶变换红外光谱法, 研究了聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯在空气气氛中从室温到400 ℃之间的热解反应, 实时考察了其在不同温度条件下分解残留物的基团特性. 利用热分析技术考察了它们在不同气氛下从室温到700 ℃之间的热解反应. 探讨了在有氧条件下的热解反应机理. 结果表明聚酯型聚氨酯在空气中存在硬段和软段先后分解的两个阶段, 而聚醚型聚氨酯则是硬段与软段同时分解. 热分解结果也显示, 硬段相同的聚氨酯, 聚酯型聚氨酯的起始失重温度高于聚醚型聚氨酯, 显示聚酯型的热稳定性强于聚醚型. 同时聚氨酯在空气中的起始失重温度比在氮气中提前, 说明氧气的存在能促进聚氨酯主链上C-C和C-O键的断裂.     

有序介孔CuFe2O4同时催化去除碳烟与NOx

采用纳米复刻(浇筑)法制备一系列介孔CuFe_2O_4.通过X射线衍射(XRD)、 N_2物理吸附、透射电镜(TEM)等研究了不同制备条件对有序介孔CuFe_2O_4结构形成的影响.研究发现,作为对比,柠檬酸法仅能合成普通的四方相CuFe_2O_4纳米颗粒,但是硬模板法则能合成出高温淬火才能形成的立方晶相介孔结构CuFe_2O_4.进一步研究了该催化剂同时催化去除碳烟和氮氧化合物(NO_x)的性能,研究发现,与柠檬酸法合成的普通CuFe_2O_4催化剂相比,介孔结构CuFe_2O_4不仅大幅降低了碳烟起燃温度(324降低到278℃),而且将N_2的最高产率从5.9%提升到了92.2%.基于原位漫反射红外(in-situ DRIFTS)的机理分析研究表明,合成过程中采用NaOH除去硬模板的过程中会在介孔CuFe_2O_4表面造成大量残留的钠盐,这种高分散的钠物种促进了NO_x的吸附并转化为硝酸盐物种,从而促进碳烟氧化以及NO_x转化.但是与表面Na修饰的CuFe_2O_4相比,体相Na掺杂的CuFe_2O_4虽然具有更好的有序介孔结构,但是其氧化性能下降,进一步也导致了NO_x的催化还原性能的下降.