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。     

光热协同催化净化挥发性有机物的研究进展及展望

挥发性有机物(VOCs)是一类重要的空气污染物。催化氧化技术可以将VOCs转化为无毒的CO_2和H_2O,是有效的治理方式之一。针对传统的热催化氧化技术的高能耗和光催化净化VOCs技术的低效率问题,光催化耦合强化热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注,并表现出比传统热催化或光催化净化技术更优异的净化性能。总结了近年国内外研究者在光热催化净化VOCs领域所取得的主要研究进展,重点讨论了光热协同作用机制的认知和光热协同催化材料的设计理念,包括贵金属型和金属氧化物型光热协同催化材料,并对光热协同催化净化技术的未来发展方向进行了展望。     

基于Cu/TiO2/C-Wood复合材料的聚光太阳能驱动自漂浮高效海水汽化催化分解制氢体系

利用储量丰富且易获得的太阳能和海水资源为人类提供可持续的清洁能源是一项具有深远影响的探索。在本工作中，设计合成了一种自漂浮复合材料（Cu/TiO₂/C-Wood），该材料具有高效的毛细输液、全光谱太阳能光热转化及光-热协同催化能力，可通过快速的界面相转移过程实现太阳能驱动海水汽化与水蒸气催化分解制氢的一步协同增效反应。其中，具有大量微通道和极轻质量的碳化木（C-Wood）作为漂浮载体，通过毛细作用将液态水快速输送至局部升温的C-Wood表面，借助高效光热转化过程使海水汽化脱盐，同时负载等离子金属Cu的TiO₂纳米粒子作为催化活性组分触发水蒸气光-热协同催化分解制氢反应，从而实现太阳能驱动高效海水汽化催化分解制氢。实验结果表明：该复合材料在15 kW·m^-2的光照条件下，产氢速率达到179 μmol·h^-1·cm^-2（35.8 mmol·h^-1·g^-1），且在循环利用5次后产氢速率仍基本保持不变。更重要的是，通过聚光太阳能和自漂浮毛细输液条件的共同作用，可以获得海水中主要成分氯化钠对产氢性能的显著促进，从而打破了海水制氢技术一直以来面临的氯离子副作用瓶颈问题，证实了聚光太阳能驱动自漂浮高效光热协同催化体系在规模化、绿色、可持续太阳能海水制氢中的应用潜力。     

光热协同催化净化挥发性有机物的研究进展及展望

挥发性有机物（VOCs）是一类重要的空气污染物。催化氧化技术可以将VOCs转化为无毒的CO₂和H₂O,是有效的治理方式之一。针对传统的热催化氧化技术的高能耗和光催化净化VOCs技术的低效率问题,光催化耦合强化热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注,并表现出比传统热催化或光催化净化技术更优异的净化性能。总结了近年国内外研究者在光热催化净化VOCs领域所取得的主要研究进展,重点讨论了光热协同作用机制的认知和光热协同催化材料的设计理念,包括贵金属型和金属氧化物型光热协同催化材料,并对光热协同催化净化技术的未来发展方向进行了展望。     

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。     

挥发性有机化合物催化消除前沿技术及研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是可吸入有害物质形成的重要前体,是大气污染物的重要组成部分。催化氧化法作为末端技术是目前处理VOCs最有效的途径之一。本文讨论了VOCs的热催化氧化、光催化氧化和光热协同催化氧化的研究进展,重点研究常用VOCs的催化氧化机理以及相关催化剂的构筑。其中,热催化燃烧主要以贵金属(Pt、Pd、Au、Ag等)、过渡金属(Mn、Co、Cr等氧化物)及复合型催化剂研究展开;光催化氧化以TiO₂和C₃N₄为典型催化剂进行讨论;光热协同催化研究主要包括碳基催化剂、贵金属负载型以及过渡金属负载型催化剂的开发与应用。此外,本文对基于催化剂的热催化、光催化和光热催化去除VOCs的开发和研究提出了进一步的展望。     

2,6-吡啶-二甲酸钴配合物的合成及光催化还原CO2性能研究

采用水热合成方法制备了一个双核的吡啶羧酸类金属钴配合物,该配合物能够光催化还原CO2。分别考查了光照时间,电化学对光催化体系的影响。结果表明在光催化体系中金属钴配合物在光照的条件下能够选择性催化还原CO2,并通过电化学实验探讨其机理。     

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。     

TiO2纳米材料的光催化脱硫性能研究进展

光催化氧化脱硫技术是近些年来发展速度最快的高效环保的脱硫技术.TiO2已经在光降解污染物、空气净化、产氢、CO2还原以及光催化杀菌等方面具有广泛应用.本文论述了单一TiO2和改性的TiO2作为催化剂,在光照条件下进行氧化脱硫的研究.     

CdS/r-TiO_2复合催化剂的制备及其在光催化分解硫化氢制氢中的应用

以钛酸四丁酯,乙酸镉为前驱体,以Na BH4为还原剂,采用溶胶凝胶辅助溶剂热法制备了负载CdS的还原TiO_2光催化剂(CdS/r-TiO_2),并运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见漫反射吸收光谱仪和X射线光电子能谱仪等方法探讨了CdS负载量及TiO_2还原对光催化分解H2S制氢的影响。结果表明:负载CdS可使催化剂的光响应区间拓展至可见光区,Na BH4还原可进一步增加样品对可见及红外光的吸收性能。负载CdS增加了催化剂分解H2S制氢的反应活性位点,并有利于光生载流子的分离传输,使材料的光催化活性大幅增加。当CdS负载量为5%时,CdS/rTiO_2在全光谱光照下的产氢速率达2.4 mmol·h-1·g-1。     

光-热协同催化技术及其在一氧化碳催化偶联上的应用

为进一步克服常规一氧化碳催化偶联反应的技术性不足,作者课题组在热催化反应的基础上探索性引入了人工光源,通过光催化和热催化对一氧化碳偶联反应的共同作用,降低反应温度并提高产品的收率和选择性。我们采用浸渍法制备了负载量为1%的二氧化钛-氧化铝负载的钯催化剂Pd-TiO2/Al2O3,并将该催化剂用于光-热气相催化一氧化碳与亚硝酸甲酯偶联生成草酸二甲酯/碳酸二甲酯。研究证明在60～110℃时,引入的人工光源能够将主要产物草酸二甲酯的产率提高20%～50%,选择性提高10%～30%,表明在一氧化碳偶联反应中,光-热协同催化效应能够有效提高催化剂的反应活性,同时调控产物的选择性。相关协同催化机理的研究目前正在展开中。     

CO2在精细化工生产中的应用

概述了CO2在有机合成、聚合反应、光催化以及电化学反应中的应用。详细介绍了CO2催化加氢反应可合成的各种有机化合物,重点介绍了CO2催化加氢反应的反应机理和催化剂应用,并分析了CO2在精细化工生产中应用的优缺点。     

电解液组成对CO_2电化学还原效率的影响

为了考察电解液组成(溶剂和支持电解质)对CO_2电还原效率的影响,以金属银为工作电极,在三电极电解槽中进行了恒电位电解及循环伏安扫描实验。结果表明:相比于二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇,用乙腈作溶剂时产物CO法拉第效率最高;强酸作为阳极液支持电解质可以降低CO_2还原过电位并提高CO部分电流密度;离子液体作为阴极液支持电解质可以全面提高CO_2还原效率。研究不同离子液体的催化行为,发现离子液体中阳离子部分对CO部分电流密度的影响比阴离子的影响更明显,进一步证实了咪唑阳离子对还原CO_2起主要催化作用。     

热增强的光催化二氧化碳还原技术

利用太阳光驱动二氧化碳（CO₂）催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO₂固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO₂还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO₂还原、光热效应促进的光催化CO₂还原以及等离激元增强的光催化CO₂还原体系。文章指出：热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO₂还原反应的高效进行。具体分析如下：外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO₂还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO₂还原技术发展,为CO₂利用提供有效手段。     

CO2催化加氢基础研究动态评述

介绍和评述了近年来国内外对CO_2催化加氢研究的动态,其中包括CO_2催化加氢研究的理论基础、影响因素和该过程的反应机理。催化氢化的产物涉及到烷烃(CH_4)和含氧化合物(CH_3OH)。     

光催化脱除二氧化碳研究进展

综述了常见的用于光催化还原CO_2的单一TiO_2体系,以及近几年来人们为解决单一TiO_2体系还原CO_2的不足而改进TiO_2光催化还原CO_2体系的研究进展,主要通过负载金属氧化物对TiO_2的结构进行改进。并对它们的机理进行了介绍和总结。     

太阳能光催化制氢反应体系及其材料研究进展

光催化制氢是利用太阳能获取氢能的重要途径,是当前研究热点。长期以来,人们致力于各种新型可见光光催化制氢材料的研究并取得较大进展。反应体系的设计和选择是实现高效光催化制氢和能否走向工业化的核心问题之一,因此,近年来研究者开始对光催化制氢反应体系加大研究。光催化制氢主要有非均相光催化制氢(HPC)和光电催化制氢(PEC),不同的体系具有各自的优缺点和应用范围。重点介绍光催化制氢半反应、光催化完全分解水和光电催化分解水3种主要反应体系,分析各种反应体系的特点,阐述各个体系涉及的光催化材料的发展进程,并展望太阳能光催化制氢研究前景,其中,新型高效的PEC-PV(光伏)耦合光化学转化系统有望为光解水制氢实现工业化提供一种重要的发展途径。     

TiO_2光催化应用综述

文章对催化水分解制氢,有机物降解,二氧化碳的还原的应用方面进行了综述,主要以光催化剂TiO_2为例,阐述了近年为了提高TiO_2的催化效率,而发展产生的制氢方面离子掺杂,复合半导体等方式,降解有机物方面H_2O_2,O_3与TiO_2的催化协同,以及还原CO_2方面多光纤蜂窝反应器,新型鼓泡式双胞反应器等光反应器的创新性使用。     

二氧化碳催化加氢研究进展

人类向大气中排放的大量CO2造成一系列环境问题,极大地威胁了人类生存.采用CO2催化加氢方式,将CO2与H2转化为高附加值的下游化学品,既可以减少大气中CO2浓度,又可以生产具有经济价值的商品,具有良好的应用前景.CO2加氢平行反应众多,产物众多,选取4种常见的CO2加氢产物CO、CH4、CH3 OH及烃类化合物,对其...     

光照下非贵金属催化环己烯的转移加氢反应

研究了光照下,甲醇为氢源,非贵金属镍盐、钴盐催化环己烯的转移加氢反应.结果表明,以CoCl2、Co(OAc)2或Nicl2、Ni(OAc)2为催化剂,环己烯可以发生催化转移加氢反应,得到环己烷,综合催化剂的加氢活性和产物环己烷的选择性,CoCl2的催化效果是最好的,在293K光照24h,环己烷的产率和选择性分别为20%...