SrTiO3的合成及其光催化还原CO2的性能

本文采用水热合成法制备钙钛矿型半导体光催化剂钛酸锶,紫外光激发下,在甲醇溶液中还原CO2制得甲酸甲酯,并通过负载Ag降低了电子与空穴的复合几率,有效地提高了光催化活性。同时,发现了Ag的负载量、负载方法以及表面活性剂对光催化活性的影响规律。借助XRD分析了催化剂的晶型并计算出颗粒的粒径,SEM、TEM、HRTEM观测了催化剂颗粒的形貌,UV-vis吸收光谱检测了其光激发特性。最终,获得了一步水热法制备Ag含量为5wt%的Ag/SrTiO3具有较高催化活性的优化实验结果。     

CdSeTe NSs/TiO2 NTs的制备及其光电催化还原CO2的应用

利用水热法将CdSeTe纳米片组装到TiO2纳米管阵列上,制得CdSeTe NSs/TiO2 NTs催化剂.由扫描电子显微镜图(SEM)和高分辨透射电子显微镜图(HRTEM)可知,CdSeTe呈片状均匀平行生长于TiO2 NTs上.X射线衍射(XRD)数据表明片状CdSeTe主要沿着(100)、(002)晶面生长.由紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)得到材料的能隙为1.48 eV,X射线光电子能谱(XPS)数据得到价带位置为1.02 eV.对材料的光电催化还原性能测试发现,CdSeTe NSs/TiO2 NTs与基底TiO2 NTs相比,光照时对CO2的电流密度明显提高.利用气相色谱检测发现光电催化还原CO2的主产物为甲醇,并对其还原机理从能带匹配理论、电子传输高效性和材料的稳定性三方面进行了解释.     

CO2还原反应二维电催化剂研究进展

二氧化碳(CO₂)电化学还原为高附加值化学品在解决CO₂过量排放上具有极好的应用前景,但这需要开发先进的电催化剂来降低CO₂活化能并提高还原产物的选择性。受益于独特的几何结构,二维材料在电催化CO₂还原反应中得到了广泛研究。本综述将系统介绍应用于CO₂还原反应的二维电催化剂上的最新进展。我们也将揭示特征结构与电催化性能之间的构效关系。我们希望本文可以为开发CO₂还原电催化剂提供有益的指导。     

ZIF-8基复合材料高效、稳定电催化还原CO2

电催化CO₂还原反应(eCO₂RR)受到催化剂本征活性以及传质的限制，导致材料的催化活性低、反应起始电位高等问题。我们以类沸石锌盐咪唑骨架(ZIF-8)材料为研究对象，探究了不同粒径ZIF-8材料的eCO₂RR性能。优选粒径为50 nm的ZIF-8材料，进一步引入碳纳米管(CNT)作为其导电基底材料，通过原位生长，构建了复合材料ZIF-8-50@CNT的多级孔结构和疏水界面。eCO₂RR实验结果表明，CNT的引入提高了催化剂的导电性，优化后的复合材料有效地降低了反应的起始电位。在-1.1 V (相对可逆氢电极(RHE))电位下，CO部分电流密度为15.6 mA·cm^-2，ZIF-8-50@CNT催化剂的比表面活性提升了3.5倍(相比ZIF-8-50)，塔菲尔斜率降低到136 mV·dec^-1。并且产物CO的选择性和稳定性得到了提高，在宽电势窗口-0.9~-1.2 V (vs RHE)内，CO的法拉第效率(FE)保持在80%以上。在10 h稳定性测试中，催化剂活性保持稳定，整体增强了复合材料eCO₂RR的性能。     

ZIF-8基复合材料高效、稳定电催化还原CO2

电催化CO₂还原反应(eCO₂RR)受到催化剂本征活性以及传质的限制,导致材料的催化活性低、反应起始电位高等问题。我们以类沸石锌盐咪唑骨架(ZIF-8)材料为研究对象,探究了不同粒径ZIF-8材料的eCO₂RR性能。优选粒径为50 nm的ZIF-8材料,进一步引入碳纳米管(CNT)作为其导电基底材料,通过原位生长,构建了复合材料ZIF-8-50@CNT的多级孔结构和疏水界面。eCO₂RR实验结果表明,CNT的引入提高了催化剂的导电性,优化后的复合材料有效地降低了反应的起始电位。在-1.1 V(相对可逆氢电极(RHE))电位下,CO部分电流密度为15.6 mA·cm^-2,ZIF-8-50@CNT催化剂的比表面活性提升了3.5倍(相比ZIF-8-50),塔菲尔斜率降低到136 mV·dec^-1。并且产物CO的选择性和稳定性得到了提高,在宽电势窗口-0.9～-1.2 V(vs RHE)内,CO的法拉第效率(FE)保持在80%以上。在10 h稳定性测试中,催化剂活...     

光催化CO2转化为碳氢燃料体系的综述

传统化石能源燃烧产生CO₂引起的地球变暖和能源短缺已经成为一个严重的全球性问题. 利用太阳光和光催化材料将CO₂还原为碳氢燃料, 不仅可以减少空气中CO₂浓度, 降低温室效应的影响, 还可以提供碳氢燃料, 缓解能源短缺问题, 因此日益受到各国科学家的高度关注. 本文综述了光催化还原CO₂为碳氢燃料的研究进展, 介绍了光催化还原CO₂的反应机理, 并对现阶段报道的光催化还原CO₂材料体系进行了整理和分类, 包括TiO₂光催化材料, ABO₃型钙钛矿光催化材料, 尖晶石型光催化材料, 掺杂型光催化材料, 复合光催化材料, V、W、Ge、Ga基光催化材料及石墨烯基光催化材料. 评述了各种材料体系的特点及光催化性能的一些影响因素. 最后对光催化还原CO₂的研究前景进行了展望.     

贵金属负载TiO2对光催化还原CO2选择性的影响

利用光沉积方法在TiO₂表面分别负载1%(质量分数) Pt、Pd、Au和Ag助催化剂.用TEM、XRD、UV-vis等技术对催化剂进行了表征,并利用连续瞬态电流时间响应和线性扫描伏安法等电化学方法,对贵金属负载的TiO₂光催化剂在光照条件下的电流响应强度及电催化析氢电位等特性加以测试.分析了贵金属助催化剂对光催化还原CO₂性能的差异.结果表明,负载贵金属助催化剂能显著加速光生电子空穴的分离,降低复合率;另外,助催化剂对还原CO₂选择性的顺序为Ag>Au>Pd>Pt.贵金属助催化剂还原CO₂的加氢选择性和析氢过电位存在相关性,即越不利于析氢过程的助催化剂,其催化CO₂加氢还原产物的选择性越高.     

通过金属离子刺激调节金属有机骨架结构用于光催化CO2还原

通过自组装得到一种具有适中配位键强度和适度骨架柔性的二维Cd基金属有机骨架(MOF){[Cd (HL)(BPY)_0.5(H₂O)]·2H₂O}_n(1),其中H₃L=4,4′,4″-(亚硝基三(亚甲基))三苯甲酸,BPY=4,4′-联吡啶)。由于其独特的结构特征,在金属离子(Zn²⁺/Ni²⁺/Co²⁺)刺激下,1逐渐转变成相应金属离子主导的MOF结构2、3和4。在此过程中,随着金属离子Cd²⁺→Zn²⁺、Cd²⁺→Ni²⁺和Cd²⁺→Co²⁺的交换,1通道中自由的Cd²⁺和L3-与MOF的骨架进行融合,导致通道空间的扩大,发生次级构筑单元(SBU)的转变,进而形成可调节的骨架。光催化二氧化碳还原结果表明,由离子交换所得到的新结构在催化效率上并没有很大改观,但在产物选择性上却有极大地提升(其中配合物3展示出100%的CO选择性)。     

通过金属离子刺激调节金属有机骨架结构用于光催化CO2还原

通过自组装得到一种具有适中配位键强度和适度骨架柔性的二维Cd基金属有机骨架(MOF){[Cd (HL)(BPY)_0.5(H₂O)]·2H₂O}_n (1)，其中H₃L=4，4''，4″-(亚硝基三(亚甲基))三苯甲酸，BPY=4，4''-联吡啶)。由于其独特的结构特征，在金属离子(Zn²⁺/Ni²⁺/Co²⁺)刺激下，1逐渐转变成相应金属离子主导的MOF结构2、3和4。在此过程中，随着金属离子Cd²⁺→Zn²⁺、Cd²⁺→Ni²⁺和Cd²⁺→Co²⁺的交换，1通道中自由的Cd²⁺和L^3-与MOF的骨架进行融合，导致通道空间的扩大，发生次级构筑单元(SBU)的转变，进而形成可调节的骨架。光催化二氧化碳还原结果表明，由离子交换所得到的新结构在催化效率上并没有很大改观，但在产物选择性上却有极大地提升(其中配合物3展示出100%的CO选择性)。     

负载型TiO2/SBA-15的制备及其光催化还原CO2性能

以羧基改性的SBA-15(COOH/SBA-15)和钛酸四丁酯(TB)为原料,利用COOH/SBA-15表面上高分散的大量羧基将TB锚定,通过溶剂热处理得到高分散负载型TiO2/SBA-15催化剂.产物经XRD,Raman,FT-IR,TEM,N2吸脱附和UV-Vis表征,结果显示:所制备的TiO2/SBA-15催化剂为比表面大、结晶度较高的锐钛矿TiO2,TiO2均匀分散于SBA-15表面,此外,COOH/SBA-15有效抑制了TiO2晶粒的长大.以光催化还原CO2为探针反应,考察了TiO2/SBA-15催化剂在紫外光照射下的光催化性能.结果表明:相比于后处理浸渍法制备的光催化剂,本文制备的TiO2/SBA-15催化剂表现出了高的光催化还原CO2活性,主要产物为甲醇,且TiO2最佳负载量为16.5%,并对相关反应机理做了探讨.     

CO2在纳米SiO2/TiO2悬浮体系中的光催化还原

用水热法合成了氧化硅改性的具有高比表面积、高催化活性的锐钛型二氧化钛, 并在其悬浮体系中将CO₂光催化还原合成甲醇. 采用XRD, TEM, 物理吸附, UV-Vis吸收光谱和FTIR等表征手段对催化剂结构特征进行了研究. 结果表明: 添加氧化硅后, 氧化硅和二氧化钛之间形成Si—O—Ti键, 抑制了TiO₂晶粒生长, 提高了锐钛型TiO₂的比表面积, 且随着含硅量的增加, SiO₂/TiO₂的UV吸收逐步蓝移, 禁带宽度增加. 还原反应结果表明: SiO₂/TiO₂具有光催化还原活性, 且随着含硅量的增加先增加后减小, 当SiO₂质量分数为3.5%时, SiO₂/TiO₂复合催化剂反应活性最强, 5 h内甲醇产量可达到21.0 mg/L, 并有少量甲醛生成.     

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.     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

Sn/Cu电极电化学还原CO2的研究

采用电沉积法制备Sn/Cu电极,由SEM观察并研究了电沉积电流密度对电极形貌的影响.在碱性三电极体系中考察了Sn/Cu电极对析氢、CO2还原的影响.发现10 mA.cm-2和15 mA.cm-2电沉积电流密度下制得的电极活性较高,尤以15 mA.cm-2时电极性能更佳,并指出了电还原CO2关键材料的结构特性.     

TiO2纳米管阵列覆盖Si薄膜光催化还原CO2性能的研究

本工作采用CVD法在阳极氧化TiO2纳米管阵列膜表面沉积一层非晶Si膜,通过退火后得到晶化了的Si膜/TiO2纳米管阵列的复合结构,并初步就其光催化还原CO2制备碳氢化合物的活性进行研究。拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)等微结构表征结果表明所制备的TiO2纳米管阵列的厚度为270 nm左右,管直径约为70 nm,管壁厚度约为16 nm。覆盖的Si膜已晶化,其厚度约为300 nm。通过高效液相色谱(HPLC)及总有机碳(TOC)来检测光催化还原液相产物中的甲酸及总有机碳含量,发现负载Si膜后的TiO2纳米管阵列光催化性能有所提高,在装有400cut滤光片氙灯照射2 h下TOC含量从21.2 mg.L-1增长到29.5 mg.L-1,表明Si与TiO2的复合可有效的提高光催化还原CO2的活性,这可能与该异质结结构可增加对光的吸收并且可降低光生空穴-电子对复合有关。光催化循环实验表明所制得的催化剂在循环5次后仍可保持91.6%的催化活性。     

Hydrogenation of CO2

The hydrogenation of CO₂ has been studied on three different series of catalysts: Fe/MgO, Ni/Ti, Cr/Zn doped with potassium. Reaction was carried out in a conventional flow microreactor system at 15 bar at 250–350°C. Three independent competing reactions: Reverse gas-water shift (RGWS), Fischer-Tropsch (FT) and methanol synthesis were observed.

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CO₂ : Fe/MgO, Ni/Ti, Cr/Zn . 15 250–350°C. : RGWS, F.T. .

     

多孔阵列TiO2/Ti的光电催化性能

以聚苯乙烯微球(PS)阵列为模板, 溶胶浸渍法制得负载于钛基的多孔阵列二氧化钛材料TiO2/Ti, 用SEM和XRD分析其表面形貌和晶相组成. 将此多孔材料用作电极, 研究其间歇光照开路电位谱和光电流谱, 催化降解甲基橙以及催化析氢反应等光电催化性能. 结果表明, 在光电协同作用下多孔阵列TiO2/Ti具有很高的催化活性, 2.5 h内对甲基橙的降解率达到87.1%, 5.0 h高达97.9%, 反应表观速率常数为0.77 h-1;光照作用可以使析氢电位降低0.13 V.     

PLASMA POLYMERIZATION OF ACETYLENE/CO_2/H_2

A study has been made on the plasma polymerization of acetylene/CO_2/H_2 in a capacitively coupled RF plasma. The monomer mixture yielded a crosslinked film with light brown color. A kinetic study is reported for the plasma polymer ization of acetylene/CO_2/H_2. The effects of discharge power level and reactor geometry on the rate of polymer formation are reported. The structure of the plasma polymer is investigated by IR study.     

TiO_2纳米带光催化二氧化碳甲烷化

研究了在常温常压下TiO2纳米带光催化CO2催化加氢气反应。在紫外光照射下,二氧化碳的加氢还原产物为甲烷。利用高分辨TEM,XRD,UV-Vis DRS,低温氮吸附-脱附,TG等考察了催化剂与甲烷产率的构效关系。结果表明,在600℃焙烧时得到的双晶材料具有最佳的光催化活性。优异的光催化活性主要得益于TiO2双晶脱水纳米带(DNR Bicrystalline dehydratednanoribbon)。上面形成的纳米晶界能够提高催化剂在紫外区的光吸收能力,TiO2(B)和锐钛矿独特的双晶间隔结构也提高了界面电荷分离的效率。担载贵金属Pt显著地提高了反应速率。