CdS/C-TiO2复合光催化剂光催化还原CO2性能研究

采用沉淀-水热法制备了CdS/C-TiO2系列复合光催化剂,通过XRD、UV-Vis、FESEM、XPS等分析手段对催化剂晶体结构、形貌及光电性能进行了表征,考察了柠檬酸(CA)/TiO2质量比R对CdS/C-TiO2复合光催化剂光催化性能的影响。实验结果表明,碳掺杂影响催化剂的晶体结构及其微观形貌,掺杂后光催化活性显著提高。在紫外光照射下进行光催化还原CO2反应,当CA/TiO2质量比R=3/1时,催化活性最高,还原产物HCOOH和HCHO总收率达到533μmol/(g.h)。     

复合材料Au/Cu2O的合成及其光催化CO2还原为CO活性研究

采用多元醇法制备不同质量百分比Au/Cu₂O催化剂,通过SEM、TEM、XPS等手段对复合材料的理化性质进行表征。在紫外-可见光照射下进行CO₂光还原实验研究。光还原实验表明,与纯Cu₂O相比,3%Au/Cu₂O具有优良的光催化性能。反应4 h后CO产量可达3.5μmol/g,比纯Cu₂O的产量高1.4倍。通过对其光学和电化学性能进行测试表明3%Au/Cu₂O的各项性能均优于纯Cu₂O。这归因于Au/Cu₂O催化剂光吸收性能的提高及Au纳米粒子作为助催化剂捕获Cu₂O堆积的多余电子从而促进催化剂光生载流子的分离与迁移,使得催化性能大大提高。     

热助光催化CO2还原研究进展与展望

光热催化是一种极具前途的CO₂还原策略,可利用太阳光谱的广泛吸收来激发热化学和光化学过程的结合,从而协同推动催化反应的进行,使CO₂在较为温和的条件下实现高效转换。作为光热催化的一种,在光催化中引入热能,可提高太阳光利用率,促进载流子的激发和分离,加快反应分子扩散,提升反升性能。对当前光热催化CO₂还原的概念和原理进行分类,并对热助光催化还原CO₂反应的研究现状进行总结。基于反应产物的差异,介绍热助光催化反应的催化剂选择、反应条件和反应机理,同时介绍了该类反应试验过程中关键的局部测温技术,最后对热助光催化CO₂还原技术的发展进行了展望,未来的研究重点应是提升CO₂转化率和产物选择性,同时利用先进的原位表征技术和理论计算对反应机理进行探究。     

电催化还原CO2研究进展

用于还原二氧化碳(CO₂)获得低碳燃料,包括CO,HCOOH/HCOO^-,CH₂O,CH₄,H₂C₂O₄/HC₂O^-₄,C₂H₄,CH₃OH,CH₃CH₂OH等的电催化剂的最新进展。电催化剂主要分为金属、金属合金、金属氧化物、金属络合物、聚合物/簇、酶和有机分子等。主要分析了实现高活性和高稳定性电催化还原CO₂所面临的挑战,并提出了几个实际应用的研究方向,旨在克服出现的挑战,促进该领域的研究和开发。     

层序空间多孔结构TiO2实现高效光催化CO2还原

以葡萄糖为原料,经一步水热法生成葡萄糖基碳球(GCs),粒径约500nm,利用微乳液聚合法合成粒径约270nm的聚苯乙烯微球(PSs)。通过真空抽滤,制备了GCs和PSs层层组装的多级模板,TiCl₄完全浸润模板并经干燥和高温煅烧,获得了空间层序多级孔结构的TiO₂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附等手段表征了所制备催化剂的形貌、组分和孔结构。在饱和CO₂气氛下加入H₂O,利用催化剂在模拟太阳光条件进行光催化还原试验。结果表明：经过7h的光催化测试,相较于商用P25和无空间结构的TiO₂,层序空间多孔TiO₂生成还原产物CO的产率均得到明显提高。其中,空间复合多级孔TiO₂在结构失配的情况下仍表现出较高的CO产率。结合实验结果和表征证实：纳米微球层所形成的层序空间多孔TiO₂具有较高的比表面积和丰富的孔结构,有利于形成大量表面活性位点。三维网状多孔结构暴露出...     

稀土掺杂TiO2光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂TiO₂纳米光催化剂,并应用于光催化还原CO₂/H₂O体系中。通过XRD对光催化性能进行表征,研究稀土离子掺杂和焙烧温度对光催化性能的影响。结果表明,稀土La和Ce的加入可以抑制TiO2的晶相转变,提高光催化性能。催化剂800 ℃焙烧可达到最好的光催化活性,在反应时间7 h、CO₂流量200 mL·min^-1和反应液中NaOH与Na₂SO₃浓度均为0.10 mol·L^-1条件下,甲醇产率高达315.49 μmol·g^-1。并对稀土掺杂TiO₂催化剂光催化还原CO₂的机理进行了探究。     

还原温度对熔盐修饰Ni/MgO双功能材料CO2吸附-甲烷化一体化性能的影响机制

CO₂捕集-转化一体化是实现烟气CO₂减排和洁净能源高效存储的重要策略,也是加速实现碳中和的关键负碳排放技术,而兼具高CO₂吸附容量和催化活性的双功能材料构筑是关键。基于碱金属熔盐修饰Ni/MgO双功能材料CO₂吸附-甲烷化的技术路径备受关注。碱金属熔盐的稳定性和Ni活性组分的还原是提升熔盐修饰Ni/MgO双功能材料CO₂吸附-甲烷化性能的关键。构筑了NaNO₃修饰Ni/MgO一体化双功能材料,考察了还原温度对其CO₂吸附-甲烷化一体化性能的影响规律。结果表明,双功能材料中的碱金属熔盐在低温条件下(～300℃)可促进CO₂和MgO溶解扩散,提升CO₂吸附性能,而较高的温度(>340℃)导致CO₂和MgO溶解扩散受阻,熔盐组分迁移覆盖活性位点,致使材料攒聚烧结和熔盐分解,造成其吸附性能衰减。还原温度提高有利于NiO还原,可提高CH₄产量、CO<...     

TiO2基催化剂还原CO2研究进展

能源危机和环境污染是当今世界发展面临的两大挑战,如何有效缓解煤、石油等不可再生化石资源过度消耗所引发的能源危机,以及由此造成CO₂过量排放引起的温室效应问题,是当前人类发展亟待解决的重大科学问题之一。基于此,本文综述了近年来以TiO₂为光催化剂,以绿色、清洁的太阳光能催化还原CO₂成低价态含碳燃料(如CH₄、CH₃OH、HCHO、HCOOH、C₂H₅OH等)研究进展。在TiO₂光还原CO₂机理基础上,对元素掺杂、半导体复合与染料敏化、高活性晶面调控、低维纳米结构设计、助催化剂、Z型结构设计和单原子催化等方法来提高光还原CO₂反应效率和选择性进行分析,并指出目前研究存在的关键问题和未来CO₂光还原的发展方向。     

半导体复合材料光催化还原CO2的研究进展

光催化还原CO₂是实现碳循环的一种绿色的、环保的能源转化方式,该方法可以有效的将CO₂气体转化为可再生燃料,缓解能源危机和全球变暖问题。综述了半导体复合材料光催化还原CO₂为可再生碳氢燃料的研究进展,介绍了光催化还原CO₂的反应条件和光催化机理,并对已报道的不同类型半导体复合光催化材料进行分类,如“单一半导体型”、“金属/非金属掺杂半导体型”、“半导体复合型”和“碳材料–半导体复合型”。评述了各种半导体复合光催化材料的优缺点及其光催化性能的影响因素。在此基础上,进一步展望了半导体复合光催化材料催化还原CO₂的发展前景。     

不同形貌的CdS/BiOBr复合物对环己醇中光催化还原CO2活性的影响

利用水热法分别以氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵为形貌引导剂制备出BiOBr纳米片和BiOBr微球,通过水热沉积法将CdS纳米颗粒负载在BiOBr表面。采用SEM、XRD和UV-vis DRS分别对催化剂样品形貌、结构及能带结构进行了表征。可见光作用下在环己醇中光催化还原CO₂对样品的活性进行了评价,结果表明,主要产物为甲酸环己酯(CF)和环己酮(CH),微球结构CdS/BiOBr复合物的催化活性高于片状结构复合物,且重复使用4次后,催化剂的活性没有明显下降。本研究为设计高效转化CO₂的催化剂和反应体系提供了新思路。     

光催化CO2还原制碳氢燃料系统优化策略研究

光催化CO₂还原制碳氢燃料技术由太阳能直接驱动,将CO₂转化为可直接利用的化学品,是助力碳达峰、碳中和的变革性技术。该技术的高效、低成本运行受光吸收利用、光催化剂形貌结构、界面催化反应及传质等因素影响,其内部能质传输是多时空尺度、多物理场耦合的复杂过程,需要从理论和应用两方面结合多个学科展开系统研究。梳理了光催化CO₂还原基本理论及国内外研究进展,并针对技术瓶颈从光吸收拓展与利用、光生载流子分离强化、氧化/还原半反应优化及传质强化四个优化策略指出了该技术发展方向,探讨了该技术全流程能量传递和物质转化之间的耦合匹配准则,为降低反应能耗、促进性能及产率提升甚至未来工业化大规模太阳能驱动CO₂还原应用铺垫道路。     

光致热催化还原CO2研究进展

基于光热催化在CO₂还原及制备碳氢燃料方面的优势,重点介绍了光热催化分类中的光致热催化还原CO₂反应,包括其反应机理、近期进展、应用及催化剂分类。同时,从强化光反应、热反应、表面反应不同方面对光致热催化还原CO₂反应的性能提升策略进行了归纳分析。该反应可将CO₂和H₂O催化生成C1、C2产物,光照下催化剂表面局部温度的升高有利于增强光致热催化CO₂还原反应速率。最后,对该方向存在的问题进行了深入分析,提出了未来主要研究方向的建议。     

BiVO4催化剂的制备及其光催化还原CO2的研究

采用化学沉淀法制备BiVO4光催化剂并应用于光催化还原CO2/H2O体系中。通过TG-DTA、FTIR、XRD对光催化剂进行表征,研究了pH和焙烧温度等对光催化性能的影响。结果表明,pH=7并于600℃煅烧制得的单斜相BiVO4活性最高。在催化剂用量为0.6 g/L,反应时间为7 h,CO2流量为200 mL/min,反应温度为80℃,反应液中NaOH和Na2SO3的浓度均为0.10 mol/L条件下,甲醇产率高达249.18μmol/g。并对BiVO4催化剂光催化还原CO2的机理进行了探究。     

含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO2吸附性能

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO₂吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH₃为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH₃负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH₃),用于CO₂捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH₃吸附剂上CO₂吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH₃样品上CO₂吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1 h时,MgO/POL-PPH₃-300-1吸附剂上获得最优CO₂吸附量,达0.55 mmol/g。在组成为12%CO₂,其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH₃     

Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能

光能驱动CO₂还原技术有望减少CO₂排放并同时提供高价值化学燃料,缓解能源转型带来的压力。发展高活性光催化剂是实现该技术应用的关键,负载贵金属是提高其光催化效率的有效途径,但由于贵金属成本昂贵、储量稀少等原因,限制了其大规模使用。因此,发展贵金属替代品对光催化CO₂还原具有重要意义。Mo₂C是一种具有与贵金属相似的电子结构的过渡金属碳化物,采用尿素还原方式制备了Mo₂C和Cu共负载TiO₂光催化剂,结合物理化学性质分析,对其在紫外光下的光催化活性进行评价。结果表明,在TiO₂上负载Mo₂C后,在CO₂催化转化过程中显著促进H₂和CH₄的产生,而Mo₂C和Cu共沉淀可抑制H₂产生并促进CO₂进一步转化为CH₄;光照4 h后,其CH₄累计产量达...     

Ti基CO2光催化还原及其影响因素研究进展

综述了Ti基CO2光催化还原的研究进展,简要介绍了近年来用于光催化还原CO2的Ti基催化剂,包括纯TiO2催化剂、金属掺杂TiO2催化剂、非金属掺杂TiO2催化剂、共掺杂TiO2催化剂、Ti基纳米复合催化剂、有机光敏化剂修饰TiO2催化剂及其它TiO2催化剂等,比较了各类TiO2基催化剂光催化活性,介绍了其相应的反应机理及优缺点,讨论了光照时间、反应温度、CO2分压力、H2O和CO2摩尔比、光反应器等因素对光催化活性的影响。通过综合运用多种改性措施,开发高效Ti基催化剂并优化反应系统以提高光催化反应活性及光利用率将会成为CO2光催化还原领域重点研究内容与发展趋势,最后展望了利用该技术光催化还原工业烟气,尤其是富氧燃烧烟气的潜在应用前景与挑战。     

生物炭基活性炭吸附CO2研究进展

近年来生物质废料作为制备活性炭的前驱体受到广泛关注,简单回顾了生物质活性炭的制备方法、影响因素、活性炭的改性试剂以及吸附CO₂的应用研究,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

金属有机框架材料光催化还原CO2的应用

金属有机框架材料(MOFs)是由金属原子或原子团簇与有机配体构成的多孔材料,具有良好的吸附性和光催化活性。基于对植物光合作用的模拟,MOFs材料光催化将CO2还原转化为系列碳氢化合物燃料在环境保护和未来能源供应方面具有广阔的应用前景。本文简述了MOFs光催化还原CO2的机理,通过对催化剂进行设计,如：能带结构工程(掺杂、配体取代、构建异质结等),形貌结构功能化以及协同催化等方式,实现材料的较强光捕获、较高的气体吸附量、产物选择性、稳定性和光催化效率。并提出了光催化还原CO2的发展趋势。     

光、电催化CO2耦合有机化合物催化转化研究进展

CO₂资源化利用是降低CO₂排放,实现碳中和的重要方式。其中,CO₂与有机化合物耦合催化转化被认为是最有效的CO₂资源化路径之一。经典的热催化耦合反应由于反应条件较为剧烈,导致能耗较高且增加了碳排放,使其应用受到限制。研究表明,使用光、电催化CO₂与有机化合物耦合制备高附加值产品可直接利用清洁能源,不仅实现CO₂减排,促进可持续发展,还可获得碳酸酯及羧酸等高附加值化学品,创造更多经济价值。该类催化反应通常以有机分子活化为主,CO₂分子活化为辅,通过光或电活化底物分子,生成高能量的活性中间体,进而克服热力学障碍。从光、电催化的优势、反应效率和反应条件等方面综述近年来光、电催化CO₂与有机化合物耦合制备碳酸酯、羧酸等研究进展,详细讨论了针对不同类型有机化合物的活化策略以及各类反应的反应机理,最后提出了该领域当前仍面临的挑战并对未来进行展望。光催化多用于CO₂对C—O键、C—H键的插入,主要产物分...     

原卟啉碳点的合成及其在光催化还原CO2/H2O制甲醇中的应用

CO₂资源化利用是当前能源与环境领域的研究热点,光催化还原CO₂作为一种绿色、温和的转化技术备受关注,其中提高光催化转化过程中光利用效率和降低载流子复合速率是促进CO₂光催化还原过程的关键。利用柠檬酸、乙二胺和原卟啉为原料,通过一步水热法制备原卟啉碳点,并考察了其光催化还原CO₂性能。研究表明,碳点为3.3 nm左右的球形颗粒,原卟啉以共价键的形式成功引入碳点中,并且碳点中保留了原卟啉结构中的共轭大π键的骨架,增强了碳点催化剂对400~500 nm的光的吸收,降低了光催化还原CO₂过程中的载流子复合速率。光催化还原CO₂性能测试表明,以含有质量分数为1%原卟啉的碳点作为光催化剂转化CO₂为CH₃OH的产率达到285.5μmol·g~(-1)·h~(-1),是未添加原卟啉催化剂产率的2.16倍。