制备方法对Ru/γ-Al2O3与等离子体共活化CO2甲烷化反应的影响

等离子体与催化材料协同作用CO2甲烷化反应为CO2再利用提供了可能,但催化材料的制备方法对其结构和性能有重要影响。本研究以等体积浸渍法制备的Ru/γ-Al2O3为催化材料前驱体,分别采取H2大气压冷等离子体还原和H2热还原方法制备Ru/γ-Al2O3-P和Ru/γ-Al2O3-T催化材料。考察两种方法制备Ru/γ-Al2O3催化材料与大气压冷等离子体共同作用下CO2甲烷化反应中的催化活性,并采用不同测试方法研究制备方法对Ru/γ-Al2O3结构的影响,分析影响Ru/γ-Al2O3催化活性的结构因素,进而探究了Ru/γ-Al2O3-P和Ru/γ-Al2O3-T催化材料的制备机理。研究结果表明:载体γ-Al2O3与大气压等离子体共同作用下CO2转化率为24.8%,主要产物是CO;Ru/γ-Al2O3与大气压等离子体共同作用下的主要产物是甲烷。Ru/γ-Al2O3-T和Ru/γ-Al2O3-P催化材料的CO2转化率分别为66.9%和77.3%。Ru/γ-Al2O3-P较高的催化活性源于其表面Ru还原程度高、Ru/Al原子比高以及Ru单质在载体γ-Al2O3上分散性较好且粒径较小,说明采用大气压H2冷等离子体技术可制备高活性的负载型金属催化材料。     

Fe2O3/TiO2和ZnO/TiO2纳米颗粒薄膜的亲水性能和光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃上制备了锐钛矿型TiO_2和过渡金属铁、锌离子掺杂的TiO_2薄膜,并通过XRD、XPS、AFM表征了合成的薄膜。结果表明铁和锌离子掺入后,TiO_2薄膜变的更加致密。铁离子和锌离子分别以Fe_2O_3和ZnO的形式存在,在紫外光照射下,TiO_2薄膜表现明显的亲水性,金属离子掺杂的TiO_2薄膜,亲水性能明显增强,铁离子掺入对光催化降解甲基橙有一定的抑制作用;少量的锌离子掺入对光催化降解甲基橙有促进作用,锌离子掺入量增大后,效果并不明显。     

PANI/TiO2复合材料的合成条件研究及可见光催化性能

采用原位化学氧化聚合法制备了一系列不同酸掺杂和不同氧化剂用量的PANI/TiO2复合光催化材料,利用IR对其结构进行表征,并研究了该系列光催化材料在可见光下对甲基红的降解情况.通过研究表明当苯胺与TiO2的质量比为5∶1,AN与APS摩尔比为2∶1时,可见光催化活性较好;硫酸掺杂的PANI/TiO2可见光催化活性较好.     

Ru掺杂TiO2和TiO2/SiO2光催化剂的制备及可见光分解水制氢性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了系列Ru/TiO2和Ru/TiO2/SiO2可见光活性光催化剂。通过TEM、XPS、XRD、UV-Vis漫反射和电化学对样品进行了表征。发现Ru和Si的存在可以抑制TiO2的相转变和晶粒生长;Ru掺杂使TiO2和TiO2/SiO2对可见光的吸收增强,也提高了光生电子和空穴的分离,因而,提高了催化剂可见光分解水制氢活性。当Ru在TiO2和TiO2/SiO2中的掺杂量分别为0.014%和0.021%(质量分数)时,光催化剂的可见光活性最高,且Ru/TiO2/SiO2活性为Ru/TiO2的5倍。     

MnO2纳米材料催化Ru（bpy）3^2＋电致化学发光的研究

利用二氧化锰（MnO2）纳米材料新颖的化学、物理特性,研究其对三联吡啶钌（Ru（bpy）3^2＋的电致化学发光（ECL）的催化作用,结果发现,纳米MnO2材料在温和的条件且较正的电位（＋O．4V（VS．Ag/AgCl））下可以催化Ru（bpy）33^2＋产生阴极ECL。同时推导了其催化机理,为制备一种新型的高灵敏度的ECLSensor奠定了理论基础。     

Ag/TiO2薄膜结构和光催化性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了Ag掺杂的TiO₂薄膜.用XRD、氮吸附法、UV-VIS-NIR分光光度计以及XPS对Ag掺杂后TiO₂薄膜结构的变化进行了分析;用分光光学法通过在紫外光照下分解亚甲基蓝的实验比较了TiO₂薄膜与Ag/TiO₂薄膜的光催化性能.结果发现,掺杂适量的Ag有助于TiO₂薄膜光催化氧化性能的提高,原因在于:（1）Ag通过引入耗尽层提高了TiO₂的电荷分离能力,并吸引空穴向薄膜表面移动,结果使薄膜表面空穴的浓度提高,薄膜光催化效率提高;（2）Ag减小了TiO₂粒子的粒径,使TiO₂禁带宽度增大,薄膜光催化氧化的能力提高;（3）Ag掺杂后,TiO₂薄膜表面对-OH基和水的吸附增加,使光照后TiO₂薄膜表面活性自由基·OH的浓度增加,空穴向薄膜所吸附物质的转移能力提高.     

SiO2改性纳米TiO2及可见光催化性能研究

以四氯化钛等为原料,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2,制品为锐钛矿相和金红石相的混合物,随着热处理温度的升高,其中的锐钛矿相的比例逐渐降低,金红石相比例逐渐上升;又以Na2SiO3为原料,对TiO2进行表面改性,制得TiO2／SiO2复合材料。研究发现,原位改性后的TiO2在可见光下光催化甲醛可以发生聚合反应。     

TiO2-Cu2O复合膜的制备及其可见光催化降解染料性能研究

采用电化学方法制备了TiO2-Cu2O纳米复合材料,并用喷涂法在玻璃表面制成TiO2-Cu2O复合膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对TiO2-Cu2O复合材料进行了表征,用正交设计法研究了TiO2-Cu2O复合膜与Fe2 EDTA构成的Fenton试剂在可见光照射下催化降解亚甲基兰的性能,并用实验证实了H2O2存在.结果显示,TiO2-Cu2O复合膜光催化降解性能明显优于TiO2膜和Cu2O膜.与传统Fenton试剂相比,TiO2-Cu2O复合膜与Fe2 EDTA构成的Fenton试剂体系有效作用时间更长,并可重复使用.     

载银TiO2/SiO2可见光催化降解偶氮染料的研究

用不同的方式制备了一系列载银TiO2/SiO2催化剂,并将其应用于可见光降解偶氮染料AO7,并对催化剂进行了XRD谱、SEM和BET表征.结果表明,Ag 的掺杂对催化剂的活性没有影响,而A0的掺杂能明显促进催化剂的活性,Ag0的最佳浓度为1%.在TiO2/可见光体系中,Ag0对催化剂活性的提高是因为A0加速了电子向溶解氧的转移,从而减少了染料正碳自由基和电子的复合.     

Fe-Co-K/ZrO2催化CO2加氢制低碳烯烃

近年来, 随着化石资源的消耗和CO₂的大量排放, 人类面临的能源危机和温室效应问题日益严峻, 而铁基催化剂催化CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。本研究采用浸渍法制备了氧化锆(ZrO₂)负载铁钴催化剂(Fe-Co/ZrO₂)和ZrO₂负载铁钴钾催化剂(Fe-Co-K/ZrO₂)用于催化CO₂加氢制低碳烯烃(C₂⁼-C₄⁼), 重点考察了K含量对催化反应活性的影响。活性测试结果表明, 在300 ℃和1.5 MPa下, 加入K使CO₂转化率由40.8%提高到44.8%, 低碳烯烃选择性从0.23%增至68.5%, 并提高了反应性能的稳定性。表征结果显示, 加入K使Fe物种的外层电子密度增大, 提高了Fe对CO₂的吸附强度, 促进了碳化铁的形成, 并有利于CO₂在Fe物种上吸附后发生直接解离, 提升了CO₂加氢制低碳烯烃性能。     

N掺杂TiO2纳米纤维高可见光催化CO2合成甲醇

采用气相生长法在介孔SiO₂球的表面上制备了ϕ 8~10 nm的TiO₂纳米纤维, 采用相同的方法, 还成功地制备了氮掺杂的TiO₂(N-TiO₂) 纳米纤维, 它具有更高的可见光催化活性。采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外–可见分光光度计(UV-Vis)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行了测试分析。TiO₂纳米纤维具有高结晶度的锐钛矿晶型, 掺氮后的TiO₂纳米纤维带隙变窄, 在可见光波段有明显的吸收, 同时, 光生电子还原能力更强, 大大提高了可见光下催化还原CO₂合成甲醇的产率。在300 W氙灯光照2 h后, 用纯TiO₂纤维催化CO₂合成甲醇, 产率为493.4 μmol•g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 为0.089 h^-1; 以N-TiO₂为催化剂合成甲醇产率提高了40.1%, 达695.1 μmol∙g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 提高了40.4%, 为0.125 h^-1。     

硫化物负载ZnO/ZnAl2O4复合空心球及其光催化还原CO2

采用一步水热法制备了ZnO/ZnAl₂O₄纳米复合物, 通过浸渍法负载CuS、CdS和Bi₂S₃对其进行修饰, 并在模拟太阳光照射下研究负载样品的光催化活性。用XRD、SEM、TEM、BET和FL等技术对所得样品进行表征, 以NaOH 和Na₂SO₃作为光催化还原二氧化碳过程的牺牲剂, 考察了硫化物种类及其负载量对ZnO/ZnAl₂O₄光催化还原活性的影响。结果表明, 负载CuS和CdS均可提高ZnO/ZnAl₂O₄光催化还原活性, 而负载Bi₂S₃却有所降低。当CuS负载量为1wt%时, 样品光催化还原活性最佳, 反应6 h后所得还原产物甲醇的生成量为8.21 mmol/g_cat, 在相同条件下较原样提高了约3.2倍。对CuS/ZnO/ZnAl₂O₄的光催化机理进行了初步探讨。     

光催化降解玫瑰红的机理研究

以玫瑰红作为研究机理的目标物，在紫外灯的照射和二氧化钛作催化剂的实验条件下，用重铬酸钾法测定化学需氧量，Apollo 9000型TOC测定仪测TOC，UV-VIS8500型紫外-可见分光光度计测定样品的色度，研究光催化降解机理。结果表明：玫瑰红染料的脱色过程与总有机碳TOC、化学需氧量COD的去除过程是不同步的。在玫瑰红的降解过程中，强氧化自由基首先进攻共轭结构．反应初期主要是脱色过程，TOC在没有很大的变化，生成了无色而又相对稳定的中间产物。反应后期是各芳烃中间产物的开环过程，最终完全降解为无机小分子。     

Ni‐Nanocluster Modified Black TiO2 with Dual Active Sites for Selective Photocatalytic CO2 Reduction

One of the key challenges in artificial photosynthesis is to design a photocatalyst that can bind and activate the CO₂ molecule with the smallest possible activation energy and produce selective hydrocarbon products. In this contribution, a combined experimental and computational study on Ni‐nanocluster loaded black TiO₂ (Ni/TiO_2[Vo]) with built‐in dual active sites for selective photocatalytic CO₂ conversion is reported. The findings reveal that the synergistic effects of deliberately induced Ni nanoclusters and oxygen vacancies provide (1) energetically stable CO₂ binding sites with the lowest activation energy (0.08 eV), (2) highly reactive sites, (3) a fast electron transfer pathway, and (4) enhanced light harvesting by lowering the bandgap. The Ni/TiO_2[Vo] photocatalyst has demonstrated highly selective and enhanced photocatalytic activity of more than 18 times higher solar fuel production than the commercial TiO₂ (P‐25). An insight into the mechanisms of interfacial charge transfer and product formation is explored.     

锐钛矿型银掺杂二氧化钛紫外光及模拟太阳光光催化性能

以钛酸丁酯、硝酸银为原料,采用溶胶-凝胶法制备不同浓度Ag掺杂TiO2光催化剂。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射(DRS)及荧光光谱(PL)等测试方法对样品晶体结构、表面形貌、化学成分和光学性质进行表征。以罗丹明B溶液(RhB)为目标降解物,分别采用汞灯与氙灯为光源,研究xAg-TiO2(x=1%,2%,4%,6%,原子分数)光催化剂在紫外光和模拟太阳光照射下的光催化活性。结果表明:Ag的加入降低了光生电子空穴的复合率,增加了对模拟太阳光的吸收,紫外光以及模拟太阳光的光催化活性均得到提升。1%Ag-TiO2表现出最好的光催化活性,在紫外光及模拟太阳光下对RhB的降解率分别为91%与89%,是纯TiO2的1.18倍和1.24倍,反应速率常数k分别为0.01257 min^-1和0.01150 min^-1,是纯TiO2的1.49倍和1.74倍。     

Highly Selective Photoreduction of CO2 with Suppressing H2 Evolution by Plasmonic Au/CdSe–Cu2O Hierarchical Nanostructures under Visible Light

Here, the photocatalytic CO₂ reduction reaction (CO₂RR) with the selectivity of carbon products up to 100% is realized by completely suppressing the H₂ evolution reaction under visible light (λ > 420 nm) irradiation. To target this, plasmonic Au/CdSe dumbbell nanorods enhance light harvesting and produce a plasmon‐enhanced charge‐rich environment; peripheral Cu₂O provides rich active sites for CO₂ reduction and suppresses the hydrogen generation to improve the selectivity of carbon products. The middle CdSe serves as a bridge to transfer the photocharges. Based on synthesizing these Au/CdSe–Cu₂O hierarchical nanostructures (HNSs), efficient photoinduced electron/hole (e^?/h⁺) separation and 100% of CO selectivity can be realized. Also, the 2e^?/2H⁺ products of CO can be further enhanced and hydrogenated to effectively complete 8e^?/8H⁺ reduction of CO₂ to methane (CH₄), where a sufficient CO concentration and the proton provided by H₂O reduction are indispensable. Under the optimum condition, the Au/CdSe–Cu₂O HNSs display high photocatalytic activity and stability, where the stable gas generation rates are 254 and 123 µmol g^?1 h^?1 for CO and CH₄ over a 60 h period.     

Bi2O2CO3/TiO2复合粉体的制备及其光催化性能研究

采用水热法制备了Bi2O2CO3,并将其与TiO2进行了复合。XRD数据表明此复合光催化剂中Bi2O2CO3结晶性良好,紫外-可见漫反射光谱说明Bi2O2CO3的加入使其吸收带边有一定的红移。研究了紫外-可见光照射下Bi2O2CO3/TiO2复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解性能,结果表明当Bi2O2CO3与TiO2的质量比为0.032时,得到性能最优的复合光催化剂,其光催化活性优于TiO2。