光电催化用于高附加值化学品合成

化石燃料的过度消耗导致了能源短缺和环境破坏,因此可再生清洁能源的开发已成为当务之急.在众多可再生能源中,太阳能因其环境友好,储量巨大且分布广泛等特点而引起了研究者们的兴趣.光电催化(PEC)是一种能够将可再生太阳能转化为化学能的方法,而最受关注的是通过PEC水分解来获得高附加值的氢能源.欲使PEC系统实现水分解,理论上...     

CO2的光电催化还原

CO2为温室气体的主要成分,同时也是潜在的碳能源。本文主要介绍了近年来利用光催化、电催化以及光电催化3种不同催化方法还原CO2的研究现状。文章综述了催化剂材料和催化反应体系对CO2还原效果的影响。从催化效率,光、电转化效率,选择性和能耗等不同角度进行了比较和评价。细致地讨论分析了各种催化还原方法的反应机理,并对催化还原CO2研究的发展方向和应用前景进行了展望。     

影响TiO2纳米管光电催化还原Cr(VI)的因素探讨

采用阳极氧化法在Ti基底上生长TiO2纳米管(TNT)阵列薄膜,利用扫描电镜和X射线衍射对样品的形貌和结构进行了表征.以TNT薄膜为光阳极、Ti网为光阴极,在酸性条件下进行紫外光光电催化还原Cr(VI),探讨了外加偏压、NaCl浓度、柠檬酸浓度以及Cr(VI)初始浓度对反应性能的影响.结果表明,外加电压有效地促进了电子...     

金属卟啉配合物对亚硫酰氯还原反应的电催化行为

研究了四对甲氧基苯基金属卟啉配合物对SOCl₂还原反应的电催化行为.实验结果表明,金属卟啉配合物对SOCl₂还原反应有较好的电催化活性,不同中心离子配合物的活性顺序是Fe²⁺≈Co²⁺>Ni²⁺.这类配合物能阻止反应产物LiCl在电极表面沉积,增大电池放电容量.     

过渡金属离子为模板的卟啉过渡金属配合物的合成研究

系统研究了以过渡金属离子为模板的卟啉配合物的合成方法,探讨了金属离子加入的时间、加入方式,溶剂各组分配比,反应温度,反应时间等因素对反应的影响,得到最佳工艺参数:金属盐的加入最好在加入芳香醛和吡咯10～15min后,反应混合液的温度降到90℃以下,加入醋酸盐;混合溶剂配比为(2～5)∶(1～4)∶1;反应温度为120～145℃;反应时间为40～80min。并且利用该方法合成了34种金属卟啉配合物。利用元素分析,UV-Vis,IR, ¹H NMR对金属卟啉配合物的结构进行了表征,利用TG-DTA研究了它们的热稳定性,利用EPR研究了它们的顺磁性。结果表明:该方法操作简便,产物易于分离、提纯,产率由原来两步合成法的10%～25%提高到35.1%～48%。     

钴联吡啶配合物在硅电极表面高效光电催化二氧化碳还原反应（英文）

光驱动二氧化碳还原实现可再生能源转化近年来引起普遍关注.利用小分子金属配合物电催化剂和吸光半导体材料构建的光电催化体系兼具电催化剂的高选择性和光电极的高光电转化效率等优点,在能源催化领域的应用日益广泛.已有将贵金属配合物催化剂用于光电催化二氧化碳还原的研究报道,但催化剂成本较高且制备方法不简便,在规模化实际应用中受到局限.基于早期的研究报道,我们发现非贵金属多联吡啶铁钴镍配合物在乙腈电解质中能高选择性电催化还原二氧化碳.结合半导体材料的特异性电荷分离性能从而将光能高效转化为电能驱动催化反应进行,我们选择廉价且易于制备的多联吡啶钴配合物催化剂,利用半导体硅晶片光电极,实现了均相体系二氧化碳的高效光电催化还原.我们采用电化学循环伏安法和恒电位电解法分别研究了催化剂在干燥和加水电解质环境中的催化还原行为,并且进一步研究了微量质子源的加入对半导体界面催化过程的影响,从而提出一种能改善半导体光电催化体系选择性的新方法.首先我们构建了电化学三电极体系,研究了在暗环境下三联吡啶钴和二联吡啶钴这两种配合物催化还原二氧化碳的电流密度和电解产物分布情况.由循环伏安曲线发现,这两种配合物都有两组催化还原峰,第二个基于吡啶配体还原的峰具有明显的催化特性.少量水的加入能进一步增加催化电流强度,而三联吡啶钴配合物的催化增强效果更加显著.在变扫速条件下将电流密度对扫速平方根进行归一化处理,发现无论在干燥环境还是少量加水环境下,两种催化剂的归一化电流密度均随扫速降低而明显增强,证明了催化剂具有电催化特性.推测水的催化增强作用可能与质子化电催化过程活性中间体有关.恒电位电解结果说明电催化产物以一氧化碳为主.基于上述研究,我们构建了光电化学三电极体系,以单晶硅片为工作电极,研究了在光照环境下这两种配合物催化还原二氧化碳的电流密度和电解产物分布情况.研究发现,催化剂对二氧化碳仍具有催化活性,光电压为400 m V.不同于硅线电极加水导致产氢,改用少量甲醇做质子源后,光电流强度进一步增强,竞争性产氢受到了抑制,从而使一氧化碳的法拉第效率得到显著提高,分别优化为94%和83%,并且光电流在14h内保持稳定.推测甲醇质子源的催化增强作用可能是与改变光电极液接界面传质动力学过程有关.     

二氧化钛基光催化剂用于二氧化碳还原和太阳燃料的生产（英文）

化石燃料的过度开发和利用加剧了大气中二氧化碳的排放,是导致全球气候变化严重和生态碳平衡破坏的因素之一.利用可持续太阳能驱动的光催化技术可以将二氧化碳转化为一系列高附加值化学品,如甲烷、甲酸、甲醛和甲醇等燃料,因此被认为是解决能源危机和全球变暖的有效途径之一.迄今为止,在被开发利用的光催化剂中,二氧化钛作为一种经济廉价、无毒、稳定和可持续的金属氧化物,是多相光催化二氧化碳还原体系的研究重点.本文重点综述了二氧化钛光催化剂在二氧化碳还原领域的最新研究进展,阐述了其改性策略,包括异质结的制备、表面功能修饰、能带结构调节和形貌设计等,目的在于提高二氧化碳还原产物的选择性和转化率.对二氧化钛在液相光电催化和气相光热催化二氧化碳还原的基本原理进行总结.对三种二氧化碳还原反应体系进行讨论,其主要内容包括:(1)阐述光催化、光电催化以及光热催化还原二氧化碳的热力学和动力学基本原理;(2)针对不同体系,分析提高二氧化钛催化活性和还原产物选择性的方法,包括表面改性、贵金属沉积和阴/阳离子掺杂;(3)探究密度泛函理论在二氧化碳还原中的应用,包括但不限于二氧化碳还原的路径调控、关键中间体的吸附构型和和自由能的...     

用于光电催化水分解的氧化亚铜基光电阴极研究进展

随着不可再生资源的消耗及环境污染日趋严重,开发环境友好、可再生的新能源受到广泛关注。氢可通过燃料电池进行发电,被认为是理想的洁净能源载体。耦合可再生能源,如光能、风能、海洋能等,进行光电水分解制氢是有效途径之一。氧化亚铜(Cu₂O)具有合适的能带结构、制备简单、资源丰富,成为光电阴极半导体的研究热点。然而,Cu₂O光电阴极面临光生电荷复合较快、光腐蚀严重等挑战,导致其光电效率低、稳定性差。本综述首先简要介绍光电水分解制氢原理以及Cu₂O的能带结构适配性,其次总结氧化亚铜的制备方法;重点概述提高Cu₂O光电效率和稳定性的策略,包括形成氧化亚铜-n型半导体p-n结、添加助催化剂、引入空穴传输层等;结合近年来表征技术的发展,介绍先进的光电阴极表征手段;最后,对光电阴极未来的研究方向进行展望。     

基于金属钴配合物的均相光催化还原二氧化碳研究进展

本文综述了自20世纪80年代以来基于钴配合物的均相光催化二氧化碳还原研究成果,以钴配合物催化剂的结构分类并结合时间顺序回顾了近四十年来该领域的发展轨迹,重点总结了用于光催化二氧化碳还原研究的金属钴配合物的结构、催化活性以及光催化体系的构成等特点,分析了该领域面临的挑战并展望了未来的发展方向。     

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.     

石墨烯基复合材料应用于光电二氧化碳还原的基本原理，研究进展和发展前景

In response to aggravated fossil resources consuming and greenhouse effect, CO₂ reduction has become a globally important scientific issue because this method can be used to produce value-added feedstock for application in alternative energy supply. Photoelectrocatalysis, achieved by combining optical energy and external electrical bias, is a feasible and promising system for CO₂ reduction. In particular, applying graphene in tuning photoelectrochemical CO₂ reduction has aroused considerable attention because graphene is advantageous for enhancing CO₂ adsorption, facilitating electrons transfer, and thus optimizing the performance of graphene-based composite electrodes. In this review, we elaborate the fundamental principle, basic preparation methods, and recent progress in developing a variety of graphene-based composite electrodes for photoelectrochemical reduction of CO₂ into solar fuels and chemicals. We also present a perspective on the opportunities and challenges for future research in this booming area and highlight the potential evolution strategies for advancing the research on photoelectrochemical CO₂ reduction.     

半导体纳米复合材料的制备及其光电催化CO2还原

本实验通过模拟植物光合作用,设计制备了新颖的光电联合催化池3D-ZnO/Ni BiVO4/FTO,用电化学沉积法制备了泡沫镍负载的ZnO纳米棒光电阴极和BiVO4光电阳极,以0.1 mol·L^−1 KHCO3水溶液作为电解质,1 mmol·L^−1曙红Y为光敏剂,在−0.6 V硅太阳电池的电压下光电催化还原CO2得到了乙醇、乙酸和甲醇,总产率22.5μmol·L^−1·h^−1·cm^−2。实现了将太阳能贮存为化学能并减少了空气中的CO2,加深了学生对绿色化学和植物Calvin循环机理的理解。     

钴(Ⅱ)基分子配合物用于光催化二氧化碳还原

Nowadays, more than 85% of the energy is generated by fossil fuels. The excessive utilization of finite fossil fuels has resulted in the crises of energy shortage and global warming caused by greenhouse gas emissions. Researchers have conceived several means for trying to solve these problems, among which the sunlight-driven CO₂ reduction is viewed as a sustainable process that utilizes CO₂ as the raw material to produce chemical fuels, including CO, formate, and CH₄; this method not only realizes the conversion and storage of intermittent solar energy, but also decreases the CO₂ concentration in the atmosphere and alleviates global warming. However, photochemical CO₂ reduction usually undergoes a sluggish process due to the inertness of CO₂. Moreover, the selectivity of the CO₂ reduction reaction is also challenged by the hydrogen evolution reaction, which exhibits faster reaction kinetics. In this context, the rational design and synthesis of efficient and selective catalysts for photochemical CO₂ reduction are major challenges.     

单取代色氨酸四苯基卟啉及其配合物的合成、结构表征及催化性质研究

模拟细胞色素 P- 4 5 0的活性中心金属卟啉及周围氨基酸残基的结构 ,研究以其共轭大 π电子体系和中心金属原子价改变为基础的金属卟啉的氧化还原性质 ,以及中心金属对轴向配体的配位能力是当前人们感兴趣的课题[1 ] 。本文报道了 5 - [(对 - N-色氨酸丁氧基 )苯基 ]- 10 -15 - 2 0 -三 (对氯苯基 )卟啉及其铁、钴、锰配合物的合成、结构表征和对芳醛的催化氧化行为。实　验　部　分合成1.色氨酸四苯基卟啉 (H2 L )的合成 :　按文献 [2 ]先合成单对羟基卟啉 (收率 4 .2 % ) ,再与1,4二溴丁烷反应得单对溴丁氧基四苯基卟啉 (收率 6 0 % ) ,…     

CO2电催化还原的研究——Ⅳ.光透薄层电极（OTTLE）研究反应机理

本文用薄层电极的光谱电化学技术，确定了催化剂碘化四[4-(三甲铵基）苯基]卟啉合钴（CoTMAPI)当恒电位控制在0.6、-0.3、-1.0V时分别得到一价、二价、三价中心离子的可见紫外光谱；检测到了咪唑存在下，CO2与一价钴卟啉生成的配合物，并用易于与一价钴卟啉配位的碘甲烷来进一步证实，从而肯定了CO2的电催化还原是通过形成CO2配合物中间体的反应途径。     

Ni3N修饰BiVO4用于光电催化分解水的研究

近年来,基于BiVO4光阳极的光电催化分解水技术引起人们的关注.我们通过水热-氨化法制备出Ni3N纳米颗粒,首次将其作为助催化剂修饰到BiVO4光阳极上光电催化分解水.实验表明,Ni3N纳米颗粒成功负载到BiVO4光阳极表面并可有效抑制表面电荷复合以及提高光电催化分解水性能.在1.23 V v.RHE处光电流密度可达3...     

二氧化碳在铜氧化膜电极上的光电化学还原

本文研究了CO_2在铜阳极氧化膜电极上的光电化学还原行为,在还原电量小于0.1C时,CH_4 的产率较高;还原电量大于2.0C时,主要还原产物为CH_3OH,还对CH_4的产率随外加电位、还原电量和铜阳极氧化膜制备条件的变化关系进行了研究,并对其还原机理作了初步探讨。