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...     

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。     

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...     

Ti O2光催化CO2还原的研究进展

综述了近年来用于光催化CO₂还原的Ti O₂表面改性方法,包括杂质掺杂、金属沉积、表面修饰和异质结构建等。这些方法不仅拓宽了Ti O₂对可见光的吸收范围,还有效促进了光生载流子的分离与传输。指出未来光催化CO₂还原的研究方向将更加多元化,提高催化剂的稳定性和可重复使用性以及降低生产成本,对于实现光催化CO₂还原的实际应用具有重要意义。随着研究的不断深入,光催化CO₂还原有望为实现碳中和目标提供有力支持。     

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。     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

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。     

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。     

Ag@AgCl/TiO2/GO催化剂制备及其光催化性能

以AgNO₃、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸四正丁酯、石墨烯等为原料,利用溶剂热法合成AgCl/TiO₂/GO复合光催化剂,经紫外光照还原得到Ag@AgCl/TiO₂/GO,并将其应用于罗丹明B的太阳光催化降解反应中。结果表明,该催化剂具有较高的光催化活性和稳定性。在100 mL 3 mg·L^-1罗丹明B溶液中,投加0.5 g·L^-1的Ag@AgCl/TiO₂/GO催化剂,光照75 min后,罗丹明B降解率高达98%以上。     

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)。     

CuO-SiO2气凝胶@TiO2纳米纤维无牺牲剂光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备CuO-SiO2复合气凝胶,通过在气凝胶孔道内填充TiCl4,然后将其气相水解,得到了在CuO-SiO2气凝胶表面生长了高结晶度的TiO2纳米纤维(CuO-SiO2@TiO2),纤维直径～16 nm.通过XPS、UPS、UV-Vis DRS、荧光光谱(PL)等表征了材料的结构及光电性能.结果表明,制备的CuO-SiO2@TiO2对可见光有明显吸收,且荧光强度较商用TiO2(P25)大幅降低,光生电子-空穴对更加稳定.再在纳米纤维上负载CuO,所得CuO-SiO2@TiO2/CuO在可见光区的荧光强度进一步增强.以300 W氙灯为光源,分别以CuO-SiO2@TiO2及CuO-SiO2@TiO2/CuO为催化剂,无牺牲剂条件下光催化还原CO2,4 h后甲醇产率分别为1304.0及1589.0μmol/g-cat,转换频率(TOF)分别为0.038及0.046 h–1.循环实验表明,纳米纤维具有较好的光催化稳定性,经过4次光催化循环实验后,CuO-SiO2@TiO2/CuO的保留率～94％,甲醇产率可达1472.0μmol/g-cat,TOF为0.042 h–1.     

薄层氮化碳光催化还原CO_2性能研究

以氮化碳(g-CN)为原料,采用水蒸汽焙烧剥离法在Ar/H2O氛围下制备薄层氮化碳(Hg-CN),并对其进行XRD、TEM、FT-IR、BET和UV-Vis DRS等表征。结果表明,进行剥离后,H-g-CN比表面积相比剥离前明显增大。H-g-CN的光催化还原CO_2活性大大高于未剥离gCN的活性,光照反应9 h,H-g-CN光催化还原CO_2活性由剥离前的11. 4μmol·g~(-1)提高至24. 6μmol·g~(-1),H-g-CN的CO选择性为91. 2%,未剥离的g-CN的CO选择性为89. 1%,并提出相应的反应机理。     

Novel dual heterojunction between MoS2 and anatase TiO2 with coexposed {101} and {001} facets

This work prepared an anatase TiO₂ by controlling coexposed {101} and {001} facets. The anatase TiO₂ was composited with MoS₂, and the photocatalytic behavior was studied. The relationship between the exposed ratio of {001} facets and the enhancement proportion by the composite was compared. An appropriate exposed ratio of {001} facets, instead of a high ratio, can cause the highest enhancement proportion for photocatalytic activity. This finding confirmed that exposed {001} facets are not the main factors for improving photocatalytic activity. Dual heterojunction was observed to form between MoS₂ and anatase TiO₂ with coexposed {101} and {001} facets, which is a crystal‐face heterojunction between {101} and {001} facets and a semiconductor heterojunction between MoS₂ and {001} facets of TiO₂. In this dual heterojunction, photo‐induced electrons in TiO₂ will flow into {101} facets of TiO₂, instead of MoS₂, whereas the photo‐induced holes in TiO₂ will flow into MoS₂ to reach a high separation efficiency. This finding further revealed the elevating mechanism of constructing heterojunction based on coexposed crystal faces.     

掺铜TiO^2光催化剂光催化氧化还原性能的研究

利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂，分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针，研究了催化剂的光催化氧化光催化还原性能．结果表明，铜掺杂能显著提高催化剂的光催化性能；结合光电子能谱、X光衍射分析等物理表征结果，对铜掺杂改性机制进行了讨论．     

{001}面TiO2光催化降解罗丹明B的研究

以钛酸四丁酯为钛源、HF为形貌控制剂,采用水热法在不同反应温度条件下制备纳米片状{001}面TiO2,并以罗丹明B的光催化降解为模型反应,考察了不同反应温度对{001}面TiO2形貌结构的影响,研究了反应温度、pH及催化剂投加量对光催化活性的影响。结果表明,所有{001}面TiO2均具有良好的锐钛矿相衍射峰,并且在紫外光区域具有明显的光吸收;当反应温度为180℃、溶液pH为2、投加量为1 g/L时,样品对罗丹明B光催化降解活性最高,紫外光照射20 min后罗丹明B降解率可达100%。     

The Adsorption of CO on the Stepped Pt{211} Surface: A Comparison of Theory and Experiment

Experimental measurements and DFT calculations reveal that, as expected, CO adsorbs most strongly at the step edge of Pt{211}, with similar adsorption energies for bridged and atop CO on the step. Terrace sites are significantly less stable. In the light of our results, we attempt to provide explanations for previous disagreement between experiment and theory.     

CDots-(001)TiO2纳米片的制备及光解水制氢性能

以钛酸四丁酯、氢氟酸和石墨棒为原料,采用简单的水热法将具有高催化活性的碳点负载在TiO2纳米片的(001)晶面上,制得CDots-(001)TiO2纳米片。通过TiO2纳米片高催化活性的(001)晶面与碳点的协同作用,提高TiO2纳米片的光吸收、载流子的传输和分离效率,从而有效地提高材料的光催化产氢性能。UV-vis DRS、PL、瞬态光响应分析结果表明,暴露(001)晶面的TiO2纳米片负载碳点后,可见光吸收增强,光生载流子的分离和传输速率加快,在间歇模拟太阳光照射下,CDots-(001)TiO2纳米片的光电流密度约为TiO2的4倍,CDots-(001)TiO2纳米片的光催化产氢速率达5859 μmol/(h·g),量子效率达9.6％。     

P25光催化还原水溶液中CO_2的性能

本实验研究了以P25纳米材料作为光催化剂,在碱性条件下对CO2进行光催化还原。在波长为254 nm的紫外灯下反应20 h后,气相中主要产物是CH4,液相中主要产物为CH3OH,同时,还检测到一定量的H2,HCHO和CO。     

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。