Ni@C@TiO2核壳双重异质结的构筑及光热催化分解水产氢

合理设计具有出色光吸收和电荷分离与转移能力的纳米催化剂，实现高效的光催化制氢仍然是一个挑战。借助间苯二酚-甲醛树脂(RF)模板和Ar气氛煅烧工艺构建了三元Ni@C@TiO₂核壳双重异质结纳米催化剂，实现了高效热积聚和高通量电荷转移。该体系充分结合了碳层的宽带吸收、Ni纳米粒子(NPs)的等离激元特性以及TiO₂的保护和催化功能。在双重异质结中建立了较大的内部电场，使电荷分离效率提高了2.4倍。得益于Ni@C芯光热效应与Ni/C-C/TiO₂双重异质结的协同效应，从而实现有效的电荷分离和传输，提高了电荷转移速率；核壳结构的构建降低了体系热量损耗，最终实现高效的太阳能光热转换(光热效率78.0%)和光热催化分解水产氢性能(析氢速率为1538μmol·g^-1·h^-1)的提升。稳健的核壳纳米颗粒可以应用到其他光热催化系统的设计中，为开发更高效的全光谱利用型光催化剂提供思路。     

光热协同催化技术在能源领域的应用

光热催化是在光催化的基础上同时加热,或在热催化的基础上同时进行光照以达到共同催化目的的一种新型催化手段,是当前催化领域的研究热点。文章介绍了光热协同催化在能源合成领域的应用,包括光热催化CO加氢、光热催化CO_2还原、光热分解水制氢等。研究发现,光催化与热催化耦合确实能够高效驱动反应的进行,明显改善了单一光催化或单一热催化的不足。在催化CO加氢方面,引入光照能明显提高CO的转化效率,同时能够调控烃类产物分布;在催化CO_2还原方面,通过调变合适的光热反应条件,能够实现高效地、选择性地将CO_2还原为CO、CH_4或其他烃类产物;在催化H2O分解制氢方面,在温和条件下提高了产氢效率。与此同时,本文也分析了部分体系的光热协同作用机制以及现阶段研究的不足之处。最后展望了光热催化的发展前景,以期对于光热协同驱动体系的研究起到积极的促进作用。     

ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO的合成及其光催化全分解水性质研究

通过溶剂热方法制备了Zn_0.4Cd_0.6S/ZnS(en)_0.5异质结材料(ZCS/ZS)。在氩气氛围下,150℃煅烧材料2 h后,进一步利用两步光化学方法在异质结材料表面合成了磷盐保护层(PS)及磷酸铁(FePi)和氧化锰钴镍(MnCoNiO)催化剂材料。利用XRD、SEM、EDX-Mapping等多种手段,对所制的ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO样品的晶体结构、形貌及元素组成等参数进行了详细表征。将催化剂进行光催化分解纯水测试,发现：ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO样品在可见光照射下,能以0.212 mmol·h^-1·g^-1的产氢速率、0.103 mmol·h^-1·g^-1的产氧速率光催化全分解水,产生的H₂∶O₂物质的量比接近理论比例2∶1。     

TiO2负载Co基纳米材料催化硼氢化钠水解制氢性能的研究

通过化学沉积法在TiO₂载体上制备三元非贵金属Co-Ni-B催化剂,其中载体TiO₂采用水热法合成。实验通过调节化学沉积法制备催化剂的反应时间对样品进行最优选择,进而探究出本实验体系的最佳制备催化剂的反应时间。结果表明：反应时间为7min所制备的Co-Ni-B/TiO₂催化剂在硼氢化钠水解制氢中表现较高活性,其放氢的速率可以达到6 298.1 mL·min^-1·g^-1。     

太阳能光热催化制氢研究进展

太阳能光热催化(SPTC)制氢技术是从遵循全光谱太阳能分波段能量禀赋特性出发,利用太阳能短波部分高品位光子的光效应驱动光催化反应,同时利用长波部分低品位光子的热效应驱动热催化反应或者辅助强化光催化制氢,可解决传统热催化的高能耗和光催化的低转化效率问题,实现全光谱太阳能的分波段协调转化高效制氢。本文首先介绍了SPTC的定义与分类,然后详细综述了热效应对光催化以及光效应对热催化的协同强化机制,最后对SPTC技术的发展前景进行展望,以期为该技术更广泛的研究及应用提供指导。     

环流型光纤生物膜制氢反应器的连续产氢性能

采用使光合细菌生物膜直接附着生长在具有高导光性的弥散光纤表面的方法,构造了环流型光纤生物膜制氢反应器,用于解决目前固定化细胞连续流光生物制氢反应器研究中存在的难以同时实现细胞固定化和保持细胞固定化区域具有良好光分布性的问题。通过连续流产氢实验研究发现该反应器在以葡萄糖为有机底物,入射光波长为530 nm,弥散光纤表面光照强度为4.15 W·m^-2,进口底物浓度为10 g·L^-1,流速为100 ml·h^-1的条件下,反应器的光能转化效率和产氢速率得到显著提高,分别达到47.9%和0.83 mmol·(g dry cell)^-1·h^-1。实验结果表明,采用适合光合细菌产氢的入射波长,保持固定化细胞区域均匀的光强分布和强化传质的操作方法都有助于提高反应器的产氢性能。该研究可以为规模化光生物制氢反应器的探索提供一定参考。     

CdS-MoS2复合光催化剂的制备与可见光产氢性能研究

通过光催化分解水制氢是缓解当前能源短缺和环境污染问题的最具前景途径之一。在提高半导体光催化剂性能的各种途径中，助催化剂修饰是一种十分有效的策略。本工作通过油浴和溶剂热反应合成了MoS₂纳米片紧密包覆于CdS纳米颗粒表面的CdS-MoS₂复合光催化剂，其中具有强可见光吸收能力和合适质子还原导带电势的CdS和具有优良析氢活性的MoS₂分别为光吸收体和助催化剂。利用XRD,TEM,HRTEM和XPS等测试表征了光催化剂的组成、物相以及微观结构等信息。在可见光(λ>400 nm)辐照下，5%MoS₂负载的CdS(CdS-MoS₂-5%)表现出了最佳的产氢速率29.62 mmol·g^-1·h^-1,明显高于Pt修饰的CdS以及大部分文献记载的CdS复合光催化剂。研究结果表明，出色的可见光俘获能力、丰富的S■活性位点以及提高的载流子分离效率是CdS-MoS₂复合光催化剂具有优良产氢活性的主要原因。     

富勒醇修饰氮掺杂二氧化钛复合材料及其光催化性能研究

本文采用四丁基氢氧化铵催化碱法制备富勒醇,并以富勒醇为原料,采用溶胶凝胶法制备富勒醇修饰氮掺杂二氧化钛光催化材料,对该复合材料的成分、结构等进行表征与分析,并研究复合材料的光催化还原CO₂的性能。结果表明,复合材料在可见光区的光吸收性能增强,表现出良好的室温可见光催化还原CO₂活性,其中CO平均生成速率达5.560 μmol·g^-1·h^-1,CH₄平均生成速率为0.789 μmol·g^-1·h^-1。分析认为,富勒醇复合与N掺杂有效提高了TiO₂的可见光催化活性。     

Bi12O17Cl2/TiO2异质结的制备及其分解水产氢的性能研究

采用负载法成功制备了Bi₁₂O₁₇Cl₂/TiO₂异质结样品。通过XRD、XPS、SEM、BET、UV-Vis DRS、EIS和PL等技术对样品的结构及性质进行分析。研究结果表明,在光照条件下,Bi₁₂O₁₇C_l2/TiO₂异质结样品能够提高光生载流子的分离效率,进而提高光催化产氢活性。其中Bi₁₂O₁₇C_l2负载量为6%的6%-Bi₁₂O₁₇C_l2/TiO₂样品展现了最佳的光催化产氢活性,经5h光照后,其H₂产量达到147.92μmol·g^-1,平均H₂产量为29.58μmol·(g·h)^-1。稳定性实验表明,Bi₁₂O₁₇C     

TiO2/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料对光催化分解水制氢性能的影响

以玉米秸秆为原料，通过热熔法制备出TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合光催化剂。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV等方法对TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球进行表征。结果表明，TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料具有更高的光催化性能和光稳定性。在可见光照射、TiO₂/Pt与玉米秸秆碳微球质量比为1∶0.3时，光催化分解水制氢效率最高，达到1 120μmol/(h·g),是TiO₂/Pt制氢量的56倍。修饰在TiO₂上的玉米秸秆碳微球具有良好的导电性，可促进TiO₂光生电子的转移。同时，碳微球的加入增大了复合光催化剂的比表面积，提高了光催化制氢效率，为新型生物质光催化体系提供新思路。     

Si掺杂对Cu/ZrO2催化CO2加氢制甲醇性能的影响

为了提高Cu/ZrO₂催化剂在二氧化碳加氢制甲醇中的催化活性,制备了一系列不同Si/Zr的Si-ZrO₂载体并负载5%（质量分数）Cu得到了Cu/Si-ZrO₂催化剂。对所制备的催化剂进行了X射线衍射（XRD）、N₂物理吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）及高分辨透射电子显微镜 （HRTEM） 的表征。结果表明,Si的掺杂使得Cu/ZrO₂体系获得了稳定的晶相,大的比表面积和更多的碱性位点,尤其是中强碱性位点,同时产生了更多的氧空位,促进了CO₂的吸附和转化,因此得到了更高活性的催化剂。当Si与Zr的摩尔比为0.2时,在质量空速为6000 ml·g^-1·h^-1,温度为220℃、压力为3.0 MPa,V（H₂）∶V（CO₂）=3∶1（体积比）条件下,催化剂的CO₂转化率为4.6%,CH₃OH选择性为85%。     

Si掺杂对Cu/ZrO2催化CO2加氢制甲醇性能的影响

为了提高Cu/ZrO₂催化剂在二氧化碳加氢制甲醇中的催化活性,制备了一系列不同Si/Zr的Si-ZrO₂载体并负载5%（质量分数）Cu得到了Cu/Si-ZrO₂催化剂。对所制备的催化剂进行了X射线衍射（XRD）、N₂物理吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）及高分辨透射电子显微镜 （HRTEM） 的表征。结果表明,Si的掺杂使得Cu/ZrO₂体系获得了稳定的晶相,大的比表面积和更多的碱性位点,尤其是中强碱性位点,同时产生了更多的氧空位,促进了CO₂的吸附和转化,因此得到了更高活性的催化剂。当Si与Zr的摩尔比为0.2时,在质量空速为6000 ml·g^-1·h^-1,温度为220℃、压力为3.0 MPa,V（H₂）∶V（CO₂）=3∶1（体积比）条件下,催化剂的CO₂转化率为4.6%,CH₃OH选择性为85%。     

Renewable hydrogen production from steam reforming of glycerol (SRG) over ceria-modified γ-alumina supported Ni catalyst

Excess crude glycerol derived as a by-product from biodiesel industry prompts the need to valorise glycerol to value-added chemicals. In this context, catalytic steam reforming of glycerol (SRG) was proposed as a promising and sustainable alternative for producing renewable hydrogen (H₂). Herein, the development of nickel (Ni) supported on ceria-modified mesoporous γ-alumina (γ-Al₂O₃) catalysts and their applications in catalytic SRG (at 550-750 °C, atmospheric pressure and weight hourly space velocity, WHSV, of 44,122 ml·g^-1·h^-1 (STP)) is presented. Properties of the developed catalysts were characterised using many techniques. The findings show that ceria modification improved Ni dispersion on γ-Al₂O₃ catalyst support with highly active small Ni particles, which led to a remarkable catalytic performance with the total glycerol conversion (ca. 99%), glycerol conversion into gaseous products (ca. 77%) and H₂ yield (ca. 62%). The formation rate for H₂ production (14.4 × 10^-5 mol·s^-1·g^-1, TOF (H₂) = 3412 s^-1) was significantly improved with the Ni@12Ce-Al₂O₃ catalyst, representing nearly a 2-fold increase compared with that of the conventional Ni@Al₂O₃ catalyst. In addition, the developed catalyst also exhibited comparatively high stability (for 12 h) and coke resistance ability.     

硼掺杂二氧化硅杂化膜的制备及渗透汽化脱盐性能

以1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和硼酸为前体,通过溶胶-凝胶法制备了硼掺杂的二氧化硅（B-BTESE-SiO₂）杂化膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等系列表征手段对合成溶胶及膜的结构和形貌进行了分析,结果表明：硼元素成功掺杂进入SiO₂骨架中,形成了水热稳定的B—O—Si键,能明显影响膜表面的微观结构、亲疏水性、膜孔径大小从而提高膜的脱盐性能和稳定性。当溶胶中的H₃BO₃/BTESE比为0.25时所优化制备SiO₂膜的亲水性最强,脱盐过程中活化能最低,传质阻力最小,膜孔径约为0.61 nm,故表现出最佳的脱盐性能。在60℃以3.5%（质量） NaCl溶液为进料液时,该膜的水通量高达16.5 kg·m^-2·h^-1,盐截留率近乎100%,并且表现出优异的长时间稳定性（>168 h）和高浓度盐水溶液[4.2%~15.0%（质量） NaCl]脱盐性能,在海水淡化和高盐废水处理等领域具有潜在的应用前景。     

Controlled preparation of P-doped g-C3N4 nanosheets for efficient photocatalytic hydrogen production

Hydrogen production by photolysis of water by sunlight is an environmentally-friendly preparation technology for renewable energy. Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄), despite with obvious catalytic effect, is still unsatisfactory for hydrogen production. In this work, phosphorus element is incorporated to tune g-C₃N₄'s property through calcinating the mixture of g-C₃N₄ and NaH₂PO₂, sacrificial agent and co-catalyst also been supplied to help efficient photocatalytic hydrogen production. Phosphorus (P) doped g-C₃N₄ samples (PCN-S) were prepared, and their catalytic properties were studied. X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet diffuse reflection (UV-DRS) were used to study their structures and morphologies. The results show that the reaction rate of PCN-S is 318 μmol·h^-1·g^-1, which is 2.98 times as high as pure carbon nitride nanosheets (CN) can do. Our study paves a new avenue, which is simple, environment-friendly and sustainable, to synthesize highly efficient P doping g-C₃N₄ nanosheets for solar energy conversion.     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

二硫化钼作为海水淡化材料的研究进展

海水淡化是从丰富的海水资源中提取清洁淡水的技术,是解决淡水资源短缺的重要途径。传统的海水淡化技术在实际应用中已经暴露出高成本、高能耗和低效率等缺点,因此开发海水淡化新兴技术及材料成为研究重点。二硫化钼（MoS₂）是典型层状过渡金属硫化物,因其化学稳定、吸光能力优异等优点,在海水淡化领域具有极大的应用前景。作为一种高效环保的海水淡化材料,MoS₂及其复合材料在改善传统脱盐工艺和发展新兴脱盐技术中已得到广泛研究。本文主要论述和分析MoS₂基材料在电容去离子、膜脱盐及太阳能脱盐等海水淡化应用中的研究进展以及在工业化应用中面临的挑战,并展望其今后在脱盐领域的发展方向。     

纳/微复合结构TiO2负载催化剂的加氢脱硫性能

以传统固相烧结法制备的不稳定的层状K₂Ti₂O₅为前驱体, 直接将钛酸钾晶须进行离子交换得到具有纳微复合结构的TiO₂载体, 等体积浸渍法制备出MoO₃/TiO₂催化剂, 运用SEM、XRD、BET、TEM等技术手段对载体和催化剂进行表征, 并考察了该TiO₂复合结构负载催化剂的加氢脱硫催化活性。SEM和XRD分析显示:该纳微米复合结构是由纳米颗粒与微米晶须构成的特殊结构, 拥有不同形貌和尺寸的TiO₂却具有相同的锐钛矿相。与单独TiO₂纳米粒子和TiO₂晶须相比, TiO₂复合结构负载催化剂表现出更佳的脱硫催化能力, 在温度310℃、压力2.1 MPa、体积空速6 h^-1、氢/油体积比600条件下, 催化剂表现出优异的DBT脱硫性能。     

TiO2–g-C3N4/BMMS光催化氧化脱硫催化剂

为了提高TiO₂的光催化氧化脱硫(PODS)活性,利用负载和复合的协同作用,将TiO₂与g-C₃N₄复合,并负载于双介孔二氧化硅(BMMS)上,制备了TiO₂–g-C₃N₄/BMMS。以含二苯并噻吩(DBT)的十二烷溶液为模拟油,评价了催化剂的催化性能;优化了反应条件并提出了催化反应机理。结果表明:TiO₂–g-C₃N₄/BMMS具有明显的双介孔结构,TiO₂与g-C₃N₄已实现复合并负载于BMMS上,TiO₂–g-C₃N₄活性组分在载体上分散良好,与单一TiO₂相比对光的吸收能力增强,催化活性有明显提高,优化后的反应条件为,催化剂用量3%(质量分数),O/S摩尔比为10:1,萃取剂与模拟油体积比为1:1,此时脱硫率可达96.6%,且重复使用8次后脱硫率仍保持85%以上,PODS过程中的主要活性中间物种是·O₂^–和h⁺。