污染物甲醛为电子给体Pt/TiO2光催化制氢

研究了甲醛为电子给体在Pt/TiO2上光催化生成氢的反应。甲醛经光催化降解产生CO2和甲酸，甲酸可进一步被氧化；甲醛的光催化降解与放氢同时发生，催化剂的最佳Pt负载量为0．5％，甲醛浓度对反应的影响，表观上符合Langmuir-Hinshelwood关系式；碱性条件有利于该反应；在甲醛浓度较低时，甲醇的存在能部分地提高放氢速率，并讨论了可能的反应机理。     

无氧条件下Pt/TiO2光催化重整降解一乙醇胺水溶液制氢

以一乙醇胺（以下简称乙醇胺）为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应, 实验表明,利用所制备的光催化剂, 可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在, 有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％～1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol•L－1;最佳溶液pH值范围为4～10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

光催化降解污染物制氢反应与原位红外表征

研究了在Pt/TiO2悬浮体系中单组分和双组分污染物为电子给体光催化分解水制氢反应. 比较了污染物甲醛、甲酸和草酸为电子给体光催化放氢反应效率，发现其活性为：草酸 >甲酸 >甲醛.原位ATR（衰减全反射）红外研究结果表明，光催化放氢活性与污染物吸附特性有关.还研究了草酸与甲酸双组分污染物体系的光解水放氢和污染物降解动力学，发现总的放氢和污染物降解速率与污染物组分在TiO2表面的吸附强度和溶液浓度有关.污染物在TiO2表面的竞争吸附决定了反应动力学.原位ATR-IR方法研究双组分混合物体系的吸附，直观地证实了上述结果.     

Pt/TiO2光催化重整降解2-氯乙醇水溶液制氢

在无氧条件下,进行了Pt担载的TiO2光催化有毒的2-氯乙醇(下文简称氯乙醇)重整制氢反应的研究.详细讨论了动力学因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、氯乙醇浓度等对产氢速率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等技术进行了表征,探讨了氯乙醇降解和产氢反应机理.研究表明,在光催化降解氯乙醇的同时产生氢是完全可行的.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氧;溶液pH值对产生速率影响也很大,而氯乙醇的浓度变化只是在开始略有影响,浓度的增加对产氢并没有明显的影响.研究得出Pt担载的TiO2光催化重整氯乙醇制氢反应的最佳条件是Pt的最佳担载量约为1.0%;氯乙醇溶液浓度范围为0.04～0.10 M;最佳溶液pH值范围为4～10.     

无氧条件下Pt/TiO_2光催化重整降解—乙醇胺水溶液制氢

以-乙醇胺(以下简称乙醇胺)为电子给体,在无氧条件下进行了Pt/TiO2光催化重整制氢的研究.详细讨论了诸多因素如催化剂表面Pt化学状态、Pt担载量、溶液pH值、乙醇胺溶液浓度等对产氢效率的影响,并用XRD、HNMR、XPS等进行了深入表征,探讨了Pt/TiO2光催化重整降解乙醇胺和产氢的反应,实验表明,利用所制备的光催化剂,可实现在消除水中有机污染物的同时制取氢气的目标.催化剂表面的Pt以Pt0的化学状态存在,有利于析氢;溶液pH值和浓度的变化对产生速率也有一定的影响.同时发现Pt/TiO2光催化重整乙醇胺制氢反应的最佳条件是:Pt的最佳担载量约为0.5％-1.0％;乙醇胺溶液最佳浓度约为0.05 mol·L-1;最佳溶液pH值范围为4-10;氨基取代的羰基类化合物是其主要中间产物.     

Pt/CNTs催化剂的制备及其催化臭氧化活性研究

以碳纳米管(CNTs)为催化剂载体, 以H₂PtCl₆•6H₂O为贵金属活性组分前驱物, 采用等体积浸渍法制备了Pt/CNTs催化剂. 以草酸为目标污染物, 考察了所制备催化剂的催化活性, 并采用SEM, XRD和XPS等分析方法对催化剂进行表征. 对活性组分Pt的负载量、氢还原温度和热处理方式进行了研究, 确定了适宜的制备条件为Pt负载量1.0%、氢还原温度350 ℃. 研究表明, 在本实验条件下, 单独臭氧氧化、碳纳米管载体催化臭氧化和Pt/CNTs催化臭氧化分别能去除溶液中3.0%, 72.9%和97.9%的草酸. Pt的负载明显地提高碳纳米管催化臭氧化的效果. XRD分析显示催化剂的活性组分Pt以单质Pt⁰的形式存在; 与氢还原过程相比, 在空气气氛中焙烧制备的Pt/CNTs催化剂表面Pt的结晶度过高, 而且XPS结果表明此催化剂表面的Pt有化学吸附氧存在, 导致催化活性降低.     

气相原子氢与Pt(111)表面的相互作用: 体相氢物种的直接证据

在超高真空条件下利用高温钨丝裂解氢分子制备气相氢原子, 并研究了气相氢原子与Pt(111)表面的相互作用. 热脱附谱(TDS)结果表明气相分子氢在Pt(111)表面吸附生成表面吸附氢物种; 而气相原子氢在Pt(111)表面吸附不仅生成表面吸附氢物种, 而且能够生成体相氢物种. Pt(111)表面体相氢物种的热稳定性低于表面氢物种, 表明体相氢物种具有更高的能量. 这种弱吸附体相氢物种有可能是Pt表面催化加氢反应的活性氢物种.     

噻吩加氢脱硫和四氢萘催化加氢反应中的载体和助剂的影响

 为了更好地认识加氢脱硫和催化加氢反应中的载体影响和助剂效应，在同样的催化剂制备方法及反应条件下，研究了噻吩加氢脱硫（HDS）和四氢萘催化加氢（HYD）反应．结果表明，对于无助剂的Mo和W催化剂，载体对催化活性的影响顺序为TiO2－Al2O3＞ZrO2＞Al2O3．助剂的添加改变了催化剂活性顺序．Ni助剂催化剂的活性明显高于Co助剂催化剂．ZrO2担载的添加Ni的Mo和W催化剂分别获得了最佳的HDS和HYD活性．然而，添加Pt的Mo和W催化剂其HDS和HYD活性仅是Pt与Mo（W）二者的加和，Pt与Mo（W）之间没有协同效应．先将担载的Mo和W预硫化再将助剂引入体系的催化剂制备方法可以避免Ni和Co过早硫化形成类硫化镍（或硫化钴）物相，与采用螯合物分子方法制备的催化剂间有一定的相似性．     

CH4-CO2两步反应直接转化合成含氧化合物研究

 通过对CH4低温活化与CO2加氢研究成果的分析,提出了在CO2加氢催化剂上CH4表面吸附物种与CO2低温转化直接合成含氧化合物的可行性,并进行了热力学分析和实验验证．实验结果表明,CH4表面吸附物种与CO2在Cu－Co基催化剂表面相互作用能生成醇、醛、酸、酮和两种环戊烷衍生物Ⅰ和Ⅱ,产物分布随进料方式而有很大的变化,但无论哪种方式都有乙酸和环戊烷衍生物Ⅰ生成．就乙酸收率而言,最佳反应条件为T＝523K,n（Cu）／n（Co）＝5．FT－IR测试结果表明,反应后催化剂表面有CHx和CHxO生成．     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用——Ⅱ. 程序升温还原和程序升温氧化研究

本文采用TPR、TPO技术分别考察了氧处理Pt/TiO_2上氧物种的还原行为和氢还原样品的氧化过程.TPR结果表明,表面含有活泼氧物种的Pt/TiO_2样品对氢很活泼,室温条件下可以吸附大量氢,并且这些吸附氢又可以在TPR过程中脱附.表面活泼氧物种与氢的反应温度在500—673K之间,当大于673K时,Pt/TiO_2继续耗氢,可能是氢与还原产生的表面Ti~(3+)离子进一步反应生成钛—氢物种,并向TiO_2体相扩散与TiO_2体相晶格氧发生反应.对于773K还原的Pt/TiO_2作品,室温吸附氧在TPD过程中可以与表面吸附氢反应;473K氧化处理可以消除表面的吸附氢,但并不能完全去除体相储氢;573K氧化处理则基本上恢复了原样品的氧化状态.不同温度氢还原处理的Pt/TiO_2样品在动态氧化过程(TPO)中,在300-600K温区,气相氧与样品上表面吸附氢和表面氧空位反应;在大于600K温区,氧主要与表面钛—氢物种发生反应,并向体相扩散,与体相氢发生反应.文中描述了气相氢、氧分别与Pt/TiO_2催化剂存在的氧或氢物种作用的形式.     

载铂Sr(Zr1－xYx)O3－δ-TiO2异质结光催化剂模拟太阳光催化产氢

利用光化学还原法制备载铂Sr(Zr_1－xY_x)O_3－δ-TiO₂ (Pt-SZYT)异质结光催化剂, 采用XRD, SEM, UV-Vis, PL对催化剂的形貌及性能进行表征. 以工业有机污染物草酸为电子给体, 模拟太阳光下光催化产氢为探针, 评价了催化剂的活性. 研究了载铂量、草酸浓度对催化剂产氢活性的影响, 并探讨了Pt-SZYT催化剂产氢活性与光致发光(PL)性能的关系, 以及催化剂的连续使用效果. 结果表明: 模拟太阳光条件下, Pt-SZYT催化剂具有良好稳定的光催化产氢活性, 催化剂的最佳载铂量为0.90 wt%. PL分析表明Pt-SZYT的光催化产氢活性越高, 其荧光强度越弱. 草酸50 mmol•L^－1, 催化剂用量1.0 g•L^－1时, 催化剂(w＝0.90%) Pt-SZYT-70的平均产氢速率为1.68 mmol•h^－1.     

污染物乙醇胺Pt/TiO2光催化制氢

研究了以污染物乙醇胺为电子给体在Pt/TiO2上光催化生成氢的反应.结果表明,三种乙醇胺都能显著地提高光催化放氢效率,且污染物也被很好降解.研究了反应时间、起始浓度、pH值对光催化放氢和污染物降解的影响.制氢和污染物降解都是在弱碱性(pH为8~9左右)时活性最好.三种乙醇胺浓度对放氢反应的影响,表观上符合Langmuir-Hinshelwood关系式.乙醇胺光催化降解最终产物主要是CO2,H2O和NH3,检测到了中间产物一乙醇胺和甲醛.探讨了可能的反应机理.     

纳米Pt/TiO2催化剂上气相CH3OH光催化分解制氢反应的研究

利用不同还原方法制备了不同纳米粒度的Pt/tiO2光催化剂,并且用脉冲氢氧滴定法测定了TiO2表面Pt的分散度.在气相连续流动装置中利用纳米Pt/tiO2作为光催化剂,对气相甲醇的脱氢反应进行了研究.研究了添加Pt和不添加Pt的纳米TiO2,Pt负载量、铂的不同还原方法、不同TiO2纳米粒度对气相甲醇光催化分解反应的影响,并对反应气的空速、光照时间、添加水蒸汽、改变甲醇浓度等与光催化分解甲醇制氢的关系进行了研究,在最佳反应条件下,产氢速率达到5.808 mmol/(g·h).研究了反应的动力学,得到该反应为一级反应,求得了该反应的活化能为8.53 kJ/mol,并讨论了反应机理.     

贵金属掺杂Ti/TiO2电极的制备及其电催化性能研究

采用阳极氧化-阴极电沉积两步法: 先在钛基体上用阳极氧化法制备多孔TiO₂薄膜, 接着在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法掺杂Pt, Ir来制备Ti/TiO₂-Pt修饰电极和Ti/TiO₂-Ir修饰电极. 用XRD, SEM分析了掺杂前后的成分、相结构及表面形貌的变化, 结果表明: Pt优先沉积在TiO₂多孔中; 与Pt不同, Ir没有表现出在TiO₂孔中优先沉积的现象, 出现这种现象的原因是这两种贵金属的电沉积电位相对于n-TiO₂的平带电位不同. 使用SIMS分析了在Ti/TiO₂-(Pt/Ir)修饰电极中Ti, Pt, Ir的浓度分布, 大致算出TiO₂薄膜厚度为750 nm左右. 由极化曲线和阻抗谱结果得出: 掺杂Pt, Ir明显改善了Ti/TiO₂ 电极的电催化性能, 且随着Pt沉积时间的增长, 修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性提高.     

乙炔电催化氧化制备草酸的机理研究

选择铂为电极电催化乙炔合成草酸,通过紫外-可见分光光度法和红外光谱法对产品进行表征,利用第一性原理计算方法探讨乙炔在催化剂Pt(111)表面的吸附情况,采用循环伏安法（CV）研究铂电极在硫酸钠溶液中氧化乙炔的电极过程,重点测定电极的稳态极化曲线并根据极化曲线推算塔菲尔斜率,结合表观传递系数及反应级数对拟定的乙炔电催化氧化制备草酸的反应机理进行验证. 实验结果表明,乙炔分子在Pt(111)面上呈平行桥键构型时吸附最稳定;铂电极在含体积分数为2%丙酮的0.4 mol·L^-1硫酸钠溶液中可将乙炔电催化氧化为草酸;反应的速率控制步骤为.     

Kinetics of hydrogen production upon reduction of aqueous TiO2 nanoparticles catalyzed by Pd(0), Pt(0), or Au(0) coatings and an unusual hydrogen abstraction; steady state and pulse radiolysis study

Reduction of H(+) by TiO(2) electrons (e(TiO)(2)(-)) in aqueous colloidal solution takes place in the presence of surface metal catalysts. The catalytic reduction gives rise to adsorbed hydrogen atoms. In the presence of Pd(0) or Pt(0), material balance shows that most of the adsorbed H atoms combine to molecular hydrogen. When the TiO(2) nanoparticles are partially coated with Au(0) instead of Pd(0) or Pt(0), a higher than expected molecular hydrogen level is observed, attributed to a short chain reaction involving hydrogen abstraction from 2-propanol. This unusual hydrogen abstraction reaction has not been reported before. The mechanism and energy balance are discussed. The surface modification of TiO(2) nanoparticles was carried out by reduction of K(2)PdCl(4), H(2)PtCl(6), or HAuCl(4) with e(TiO)(2)(-). The latter had been generated through electron injection from hydrated electrons, hydrogen atoms, or 2-propanol radicals, produced by gamma or pulse radiolysis prior to the addition of the metal compounds. Upon addition of the metal compounds, immediate reactions take place producing metals clusters (M(0)) by multistep reductions reactions on the TiO(2) surface. The chemical kinetics involving the different metals and the reaction rate constant of e(aq)(-) and e(TiO)(2)(-) with AuCl(4)(-) is also reported.     

Photocatalytic hydrogen generation of Pt-Sr(Zr1 − x Y x )O3 − δ -TiO2 heterojunction under the irradiation of simulated sunlight

The Pt-Sr(Zr_{1 − x} Y _x )O_{3 − δ} -TiO₂(Pt-SZYT) heterojunction photocatalysts were prepared by a photodeposition method. The composite particles were characterized by XRD, SEM, UV-Vis DRS, and PL techniques. Photocatalytic hydrogen generation in H₂C₂O₄ aqueous solution under the irradiation of simulated sunlight was used as a probe reaction to evaluate the photocatalytic activity of the photocatalysts. The effects of the content of Pt loading and the concentration of oxalic acid on the photocatalytic activity of the catalyst were discussed. The continuous photocatalytic activity of the Pt-SZYT and the relationship between PL intensity and hydrogen generation were also discussed. The results show that Pt-SZYT catalysts had high photocatalytic activity of hydrogen generation. The content of Pt loading and the concentration of oxalic acid have important influence on the photocatalytic hydrogen generation. The optimal loading content of platinum was 0.90 mass%. Under this condition, the average rate of photocatalytic hydrogen generation was 1.68 mmol·h⁻¹ when the concentration of oxalic acid was 50 mmol·L⁻¹. The higher the photocatalytic activity, the weaker the PL intensity, which was demonstrated by the analysis of PL spectra. __________ Translated from Acta Chimica Sinica, 2008, 61 (in Chinese)