金属有机框架材料用于光催化CO2还原的研究进展

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。     

金属掺杂对TiO2光催化还原CO2制甲酸甲酯活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备掺杂金属改性的TiO2光催化剂,并研究其光催化还原CO2制甲酸甲酯的反应效果。以钛酸丁酯为主要原料,制备纳米TiO2。通过改变金属掺杂量、焙烧温度、前躯体pH等,确定出适宜的催化剂制备条件。结合SEM、XRD、UV-vis等对催化剂进行了形貌、结构和吸光行为的表征。进而考察了其光催化还原CO2的活性。结果表明:溶胶-凝胶法制备掺杂金属的TiO2,可使金属均匀地分布于TiO2表面,经催化活性评价,获得适宜的掺杂元素和掺杂量,优选的制备条件为溶胶pH=2.5～3、凝胶焙烧温度500℃,在催化剂用量1mg/mL,光照强度2880μw/cm2的反应条件下,可有效地促进TiO2光催化还原CO2制甲酸甲酯。     

基于全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的光电性能研究

钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单和光电转换效率高等优点,成为光伏领域研究的热点。而全无机钙钛矿太阳能材料CsPbBr₃具有较强的稳定性,是具有竞争力的钙钛矿光吸收材料。主要利用SCAPS-1D软件构建了FTO/TiO₂/CsPbBr₃/Cu₂ZnSnS₄(CZTS)/Ag平面异质结结构。研究了全无机钙钛矿材料CsPbBr₃厚度和带隙对钙钛矿太阳能电池的影响。     

S型异质结Bi4O5Br2/CeO2的制备及其光催化CO2还原性能

光催化CO₂还原技术的关键是开发高效光催化剂,而构建具有紧密界面结构的异质结是增强界面电荷转移,实现高效光催化活性的有效途径。本研究采用静电纺丝技术结合水热法,将Bi₄O₅Br₂纳米片镶嵌在CeO₂纳米纤维表面,制得Bi₄O₅Br₂/CeO₂纤维光催化材料(B@C-x,x对应反应物的加入量)。利用不同方法表征其微观结构、形貌和光电性能。结果表明,适当Bi₄O₅Br₂含量的Bi₄O₅Br₂/CeO₂异质结可以显著提高CeO₂纳米纤维的光催化性能。与纯Bi₄O₅Br₂和CeO₂相比,B@C-2在模拟太阳光下表现出最佳光催化活性,不使用任...     

纳米LaFeO3-TiO2光催化还原CO2

采用柠檬酸络合-溶胶-凝胶法制备LaFeO3-TiO2纳米催化剂,并用TG-DTA、FT-IR、UV-Vis、XRD对其表征,研究煅烧温度、LaFeO3复合量对光催化催化还原CO2制甲醇性能影响及反应优化条件。结果表明,LaFeO3与TiO2的复合可以抑制TiO2的晶相转变,拓宽催化剂光响应范围,提高光催化性能。优化条件为:催化剂煅烧温度为800℃,复合质量分数为3%的LaFeO3,催化剂用量为2.0g/L,反应时间为7h,CO2流量为200mL/min,反应温度为90℃,反应液中NaOH和Na2SO3的浓度均为0.10mol/L,甲醇的产率达325.49μmol/g。并初步探讨了LaFeO3-TiO2光催化还原CO2机理。     

CsPbBr3钙钛矿量子点/C3N4超薄纳米片0D/2D复合材料:增强的稳定性和光催化活性(英文)

金属卤化物钙钛矿量子点(QDs)具有良好的光电性质,是一种潜在的光催化剂材料。但是,它的稳定性较差,并且电荷传输效率不足,阻碍了其在光催化领域的应用。本工作将CsPbBr₃量子点装饰在二维超薄g-C₃N₄纳米片(UCN)上,制备了0D/2D CsPbBr₃/UCN复合光催化剂。引入UCN不仅可以通过钝化CsPbBr₃量子点的表面配体来提高CsPbBr₃量子点的稳定性,而且两者的能带匹配还可以促进两种材料之间的电荷转移。因此,所制备的CsPbBr₃/UCN异质结构比单纯的CsPbBr₃量子点和UCN具有更优越的光催化性能,这为设计具有高稳定性和光催化活性的基于CsPbX₃的异质结构提供了有效的策略。     

铜离子价态对铜基催化剂光/电催化CO2还原性能影响的研究进展

在双碳目标下,实现CO₂光/电催化还原是缓解温室效应和提高碳资源利用率的一种前瞻性策略。然而,由于涉及多质子耦合的电子转移、碳碳偶联和氢化等过程,提高CO₂还原反应的转化产率和对单一产物的选择性仍然面临着重大的挑战。由于Cu与CO具有良好的结合能,因此铜基催化剂在提升CO₂的还原效率方面极具应用前景。本文以纳米级铜基催化剂为切入点,讨论不同价态的铜离子作光/电催化剂时,催化剂形貌、元素掺杂、与其他材料复合对CO₂还原过程的影响,着重论述目前研究中不同形貌、掺杂元素和复合催化剂在反应过程中对含Cu²⁺,Cu⁺,Cu⁰三种铜离子的催化作用,以及对还原产物的选择性和相应的法拉第效率的影响,最后对铜基催化剂未来的研究重点提出一些建议,包括Cu离子价态对生成多碳产物的机理分析、高效且有单一选择性的催化剂制备、采用先进技术进行产物种类调控。     

TiO2光催化还原CO2研究进展

简要综述了近年来用于光催化还原CO2的Ti O2材料,包括单一Ti O2光催化材料、金属负载型Ti O2材料、半导体复合Ti O2光催化材料、有机光敏化剂修饰Ti O2光催化材料、Ti O2分子筛光催化材料及其他Ti O2光催化材料,总结了各种Ti O2材料光催化CO2的优势,并介绍了其相应的光催化反应机理。     

AuAg/Bi2O3复合材料的光催化降解和还原性能

先用聚丙烯酰胺凝胶法制备出Bi₂O₃颗粒,然后用光还原法将粒径为6~18 nm的AuAg合金纳米颗粒修饰在Bi₂O₃颗粒表面,制备出AuAg/Bi₂O₃复合光催化剂。AuAg合金纳米颗粒的等离子体共振吸收效应(SPR)使AuAg/Bi₂O₃复合物能吸收波长为~577 nm的可见光,拓展了Bi₂O₃的光响应范围,还促进了Bi₂O₃中光生电荷的分离。以甲基橙(MO)、罗丹明(RhB)和铬离子(Cr(VI))作为目标反应物,在模拟太阳光和可见光照射下考察了AuAg/Bi₂O₃的光催化降解和还原活性,发现AuAg合金纳米颗粒修饰提高了Bi₂O₃的光催化性能。用模拟太阳光照射2 h后,RhB和MO的降解率以及Cr(VI)的还原效率分别提高了~34.2%,~38.0%和~56.7%。同时,AuAg/Bi₂O₃还具有良好的光催化和结构稳定性。基于以上结果,提出了AuAg合金纳米颗粒对Bi₂O₃光催化性能的改性机理。     

Pd纳米颗粒协同氧空位增强TiO2光催化CO2还原性能

针对TiO₂表面活性位点不足、反应动力学缓慢、CO₂还原产物中碳氢化合物的产率低以及选择性差等问题,研究通过Pd催化氧还原法在缺氧环境中构筑了具有表面氧空位的一维单晶TiO₂纳米带阵列(Pd-Ov-TNB)。通过形貌结构、载流子行为及光催化性能分析,探究了表面氧空位和Pd的氢溢流效应对光生载流子分离传输及还原产物选择性的影响。结果表明,Pd-Ov-TNB的CO₂还原活性强,产物中CH₄、C₂H₆和C₂H₄的产率分别为40.8、32.09和3.09μmol·g^-1·h^-1,碳氢化合物的选择性高达84.52%,在C-C偶联方面展现出巨大的潜力。其一维单晶纳米带结构提高了材料的活性比表面积和结晶度,为CO₂还原反应提供了更多的活性位点,并加速载流子的分离传输。同时,氧空位增强了光生电荷的表面积累,为CO₂还原提...     

三维g-C3N4泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO2性能

为了改善g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率,分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C₃N₄泡沫(g-C₃N₄ Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C₃N₄泡沫负载Cu(OH)₂纳米片(Cu(OH)₂/CNF)复合材料,对其结构和光催化性能进行分析。结果表明：g-C₃N₄ Foam和Cu(OH)₂/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构,这种结构可从动力学层面优化CO₂在气-固催化反应中的传质和吸附,使CO₂吸附容量分别达到3.97 cm³/g和3.59 cm³/g,为g-C₃N...     

Mn离子掺杂Pr0.5Ba0.5Fe0.9Mn0.1O3-δ钙钛矿SOEC阴极电解CO2性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO₂时其阴极是CO₂还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_0.5Ba_0.5Fe_0.9Mn_0.1O_3-δ(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO₂的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^-2,较使用未掺杂的Pr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO₂ SOEC阴极材料。     

金属卤化铅钙钛矿可见光催化研究进展

由化石能源消耗所引发的能源危机与环境污染,已成为了人类社会可持续发展亟待解决的一个首要问题.可见光催化技术利用太阳光为能源,通过光解水制氢、CO2还原、 污染物降解等过程为从根本上解决上述问题提供了一个有效途径,对可持续发展战略具有重要意义.金属卤化铅钙钛矿(lead metal halide perovskite,L...     

g-C3N4及改性g-C3N4的光催化研究进展

聚合型半导体材料g-C3N4因其优异的物理性能和光电性能成为当今研究的热门材料。本文从结构分析和理论计算角度讨论了g-C3N4能够作为无金属催化剂的原因,综述了介孔g-C3N4、无机元素掺杂g-C3N4、金属负载g-C3N4、g-C3N4/金属氧化物复合物和有机改性g-C3N4等不同改性g-C3N4的制备和性质,着重分析了他们催化光解水析氢反应的机理、影响因素及研究进展,并阐述了今后的研究方向。     

Bi2O3-TiO2复合氧化物光催化环己烷选择氧化

环己烷选择性氧化生成的环己醇和环己酮是己内酰胺合成中的重要中间体,在尼龙生产中具有重要作用,但工业路线条件苛刻,效率低。温和条件下环己烷选择性氧化引起极大关注,而光催化在低温环境压力下的饱和 C-H 活化和氧化具有独特优势。本文采用水热法制备了一系列 Bi₂O₃-TiO₂复合催化剂,对其结构、形貌、光学与光电化学性质通过多种方法包括 SEM、XRD、N₂吸脱附、UV-Vis、光致发光光谱、瞬态光电流响应等进行详细表征。在室温、0.1 MPa 氧气为氧化剂、500 W 氙灯模拟太阳光条件下比较了纯 TiO₂、Bi₂O₃ 和 Bi₂O₃-TiO₂ 复合物对环己烷选择性氧化的催化性能,结果表明,复合 Bi₂O₃ 后提高了 TiO₂ 的催化活性,其中 9%Bi₂O₃-T...     

Pb2+对掺杂硼硅酸盐玻璃中CsPbBr3钙钛矿量子点发光性能的影响(英文)

硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr₃量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性,使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而,玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb²⁺的含量对PQDs@glass结构的影响,当热诱导温度为460℃,Pb²⁺浓度为6 mol时,其发光强度最高。研究发现,Pb²⁺浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化,改变玻璃组分的扩散行为,影响PQDs的析晶过程,导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass,并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明,PQDs尺寸分布在10nm左右,超过86%的颗粒尺寸在6～14 nm内,且具有优越的稳定性,经历10次室温至200℃热循环后,发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后,为了验证其在LED照明及显示领域的应用,将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合,得到的LED器件性能优异...     

Bi2O3/BiOCl异质复合材料的制备及其光催化性能

本文以五水硝酸铋和氯化钾为原料,利用水热法一步制备了Bi2O3/BiOCl异质复合光催化材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)对样品进行了表征。以罗丹明B为目标降解物,研究n(Bi)/n(Cl)摩尔比对合成Bi2O3/BiOCl异质复合光催化剂的形貌和光催化性能的影响。结果表明:随着n(Bi)/n(Cl)摩尔比的增加,Bi2O3/BiOCl的光催化活性显著增强,在n(Bi)/n(Cl)=1.75时,制备的Bi2O3/BiOCl异质复合光催化材料具有最高的光催化活性。     

全无机CsPbBr3钙钛矿太阳电池的研究进展

自2009年第一次报道以来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)从3.8％提升至25.5％,已可以与商业化的晶体硅太阳电池相媲美,引起全世界研究者的极大关注.然而,由于杂化物晶体结构中有机成分弱的化学键,器件长期稳定性受到很大的影响.近年来,用无机Cs+完全取代有机基团构成全无机卤化物钙钛矿被认为是解决太阳电池稳定性问题的有效途径.在Cs基钙钛矿之中,CsPbBr3具有最优异的耐热、耐光、耐湿性能,作为顶电池具有与晶体硅太阳电池组成长寿命叠层太阳电池的潜力.本文系统地综述了CsPbBr3 PSCs领域的研究进展,首先介绍了CsPbBr3 PSCs的发展历史及CsPbBr3的晶体结构和基本特性,随后阐述了CsPbBr3薄膜的制备方法、CsPbBr3的元素掺杂改性、器件的界面工程等方面的研究进展;最后,讨论了当前存在的问题和提高CsPbBr3 PSCs性能的未来方向,为进一步推动钙钛矿太阳电池的实用化进程提供参考.     

温度相关的CsPbBr3纳米晶瞬态光电导响应研究

近年来,全无机铯铅卤化钙钛矿CsPbX₃(X=Cl, Br, I)纳米晶(NCs)材料因具有长载流子寿命、强光吸收、低成本制造和带隙可调性等独特的性能已成为研究的热点,但专注于CsPbBr3纳米晶瞬态光电导的相关研究却很少。本工作通过配体辅助再沉淀法制备了CsPbBr₃纳米晶体,并改进了光电导薄膜样品的制样方法和真空瞬态光电导测试装置,研究了不同温度和不同激发功率对CsPbBr3纳米晶瞬态光电导的影响。不同温度的瞬态光电导实验结果表明,在133～273K温度范围内,光生电流衰减速率随着温度增加而逐渐减小,而在273～373 K温度范围内,光生电流衰减速率随着温度升高而逐渐增大。不同激发功率的瞬态光电导实验表明,激发功率从200mW逐渐增大到1000mW时,光生电流衰减速率增大。本工作的研究方法为研究光激发光生载流子的动力学相关行为提供了一个的新思路。     

NH3/CO2制冷系统的研究

介绍了CO₂作为冷媒的主要特点及其制冷系统形式,论述了NH₃/CO₂制冷技术的研究内容和试验结论,提出了NH₃/CO₂制冷系统的最佳适用范围。通过大量的系统试验数据和分析表明,NH₃/CO₂制冷系统有着极高的运行效率和安全、环保效应。CO₂因其环保和节能的特点在不久的将来将成为最有前景的制冷剂之一。