可见光分解水制氢半导体催化剂的研究

直接利用太阳能光解水制氢是解决世界能源危机的重要途径,有效利用太阳能的关键是研究开发可见光化的光催化剂。介绍了光解水制氢的原理,综述了近年来半导体光催化剂在利用可见光方面研究的最新进展,并对未来的研究方向作了展望。     

可见光分解水制氢催化剂研究进展

可见光分解水制氢研究主要集中在新型光催化剂的研制以及对传统光催化剂的改性。本文概述了近年来可见光分解水制氢技术的重要进展及最新研究成果,深入研究和分析了拓展光催化剂响应范围、提高其反应活性的几种技术路线,主要包括阴阳离子掺杂技术、固溶体技术、半导体复合技术以及加入助催化剂等;总结出了传统光催化剂存在可见光利用率低、光化学转化效率低等问题,提出了开发新型高效光催化剂并加强机理研究的必要性和可行性。     

提高TiO_2可见光分解水制氢活性的研究进展

近年来通过能带调控等手段实现TiO2光催化剂的可见光化被广泛研究,并取得了令人注目的进展。综述了提高TiO2可见光产氢活性各种手段,包括金属沉积、金属离子掺杂、染料敏化、阴离子掺杂和半导体复合等的研究进展情况,并对未来的研究方向作了展望。     

可见光催化分解水制氢的研究进展

阐述了近五年来可见光催化分解水制氢的国内外最新研究进展。重点介绍了离子掺杂型光催化剂、价带控制型光催化剂、固溶体催化剂、Z型体系光催化剂、复合型光催化剂以及一些新型可见光催化剂。对今后可见光催化分解水制氢的研究工作进行了展望。     

可见光分解水制氢催化剂研究进展

光解水制氢能否实用化取决于太阳光的有效利用率,研究开发可见光化的光催化剂成为当前光催化剂研究中的重要课题。介绍了光解水制氢的反应机理,叙述了近年来半导体光催化剂在利用可见光方面的研究进展。认为应该寻找本身具有较高的氢生成活性中心的光催化剂,实现不负载Pt等贵金属光解水制氢;循环使用牺牲剂,或无须牺牲剂实现可见光的光解水。如能开发利用海水制氢,则这对于淡水资源和土地资源日益稀缺的我国来说尤为重要。     

微波加热法制备纳米TiO_2及其性能的研究

采用微波辐射加热法制备出负载型TiO_2/SiO_2光催化剂,用XRD、FT-IR和UV-Vis DRS进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,考查了微波时间、光催化剂的添加量和光照时间等因素对光催化活性的影响。结果表明:SiO_2上负载的TiO_2光催化剂,其晶体具有锐钛矿型结构,并显示出明显的量子效应,SiO_2和TiO_2没有产生化学键;且微波辐射时间在20min、光催化剂添加量为0.25g和光照时间为20min时,光催化剂的催化效应达到最大。     

基于MOFs材料光催化分解水制氢的研究进展

“双碳”目标的提出让氢能热度持续攀升，制氢技术突破是氢能连接能源消费终端的关键桥梁，光催化分解水制氢技术是实现太阳能低碳转化的有效途径。其中，利用具有比表面积和孔隙率高、结构可调、活性位点丰富等优势的金属有机框架（MOFs）材料光催化分解水制氢是近年来的研究热点。该文综述了国内外基于MOFs材料光催化分解水制氢体系中半导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰和贵金属负载等方法的改性原理、技术难点和制氢效果等，重点阐述比较了上述MOFs改性方法在抑制光生电子空穴对复合、优化MOFs禁带宽度和增加MOFs活性位点等方面的作用，提出了未来MOFs光催化分解水制氢可深入新型MOFs材料开发、敏化剂修饰工艺优化、拓展先进表征手段的研究方向。     

负载型纳米CdS制备及催化分解水制氢的研究进展

硫化镉(CdS)是一种研究广泛的光催化剂,禁带能为2.4 eV,可以吸收波长小于520 nm的紫外和可见光,吸收波长范围宽,作为光催化剂具有较大的优势.纯CdS的光催化效率较低,在水溶液中易发生光腐蚀,致使催化寿命缩短,限制了CdS的应用.利用载体比表面积大,易于离子交换且有利于电子传递等优点,将纳米CdS制备成负载型催化剂,可以有效地提高CdS的光催化效率与稳定性,成为CdS改性的一种有效手段.本文综述了以SiO2、Al2O3、MgO、分子筛、高分子材料、层状化合物及钙钛矿型复合氧化物等为载体,制备负载型纳米CdS光催化剂的方法及其在光催化分解水制氢中的应用.     

金红石相含量对混晶纳米TiO2光催化分解水制氢的影响

合成了不同金红石相含量的纳米TiO2,并研究了其光催化分解水制氢的活性.结果表明,未沉积Pt时,纯锐钛矿TiO2活性最高,金红石相含量的增加导致TiO2活性下降并在下降过程中出现波动.沉积Pt后,TiO2产氢速率随金红石相含量的增加先增后减,在金红石相质量分数为9.7%时达到最高,为40.35 mmol/(gcat·h).首次提出了金红石相含量时混晶纳米TiO2光催化分解水制氢活性的影响机理.     

石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂的光解水制氢性能研究

为改善能源短缺,对新型光催化水解制氢材料进行了研究。通过改进Hummer法制备氧化石墨,溶胶-凝胶法制备锐钛矿型二氧化钛,采用浓碱法制得石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂,考察了不同石墨烯的掺杂量对催化活性的影响。经过光解水制氢实验发现,掺杂不同质量分数石墨烯的催化剂催化活性得到了进一步提高,其中掺杂量为1%的产氢活性最好,产氢速率是纯二氧化钛纳米管的2. 5倍。通过BET、XRD、UV以及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,石墨烯与二氧化钛纳米管成功复合,并且石墨烯的掺杂在一定程度上提高了催化剂的BET比表面积;催化剂对可见光的响应范围得到进一步扩大,这为催化剂光解水制氢性能的提高提供了有力的条件。     

Ag_3PO_4/BiOBr光催化剂的制备与可见光活性研究

先采用水热法制备具有分等级结构的BiOBr微球,然后采用沉积-沉淀法将Ag3PO4负载于BiOBr微球表面。采用扫描电子显微镜、X-射线粉末衍射仪、N2吸脱附等温线和紫外-可见漫反射光谱对所制备的样品进行了测试表征;将Ag3PO4/BiOBr微球用于可见光催化分解甲基橙溶液,考察了Ag3PO4的负载量及重复使用对可见光(420nm)催化活性影响的研究。结果表明:Ag3PO4/BiOBr微球具有分等级介孔-大孔结构,Ag3PO4与载体BiOBr间结合紧密。单纯BiOBr微球几乎没有可见光催化活性,负载Ag3PO4后表现出较好的可见光催化活性,其中以Ag3PO4(50%)/BiOBr样品的催化效果最佳,30min内将近90%的甲基橙被降解,该催化剂样品在重复实验中表现出较好光催化稳定性。     

AgBr/TiO_2复合催化剂:双注法制备及其可见光催化性能

以TiO2为载体,采用双注法合成了AgBr/TiO2复合光催化剂.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和扫描电子显微镜(SEM)对AgBr/TiO2的结构、光吸收、形貌进行了表征.研究了AgBr/TiO2在可见光下对甲基橙和丁基罗丹明B的光催化活性.结果表明,与TiO2相比,AgBr/TiO2的光吸收范围拓展到400—600nm波段,并且随着AgBr负载量的增加,AgBr/TiO2的可见光吸收强度增强;当AgBr与TiO2的摩尔比为0.25时,AgBr/TiO2具有最大催化活性;在相同条件下,AgBr/TiO2对丁基罗丹明B的降解效果优于甲基橙.     

CeO_2-CdS/埃洛石纳米管的制备及可见光催化性能

采用微波辐射法制备埃洛石纳米管(HNTs)负载CeO_2-CdS复合材料CeO_2-CdS/HNTs。用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱、Fourier变换红外光谱等对CeO_2-CdS/HNTs样品结构和形貌进行表征,考察了可见光下降解亚甲基蓝的光催化活性,讨论了CeO_2/CdS摩尔比对光催化剂活性的影响。结果表明:纳米颗粒CeO_2、CdS以紧密结合的形式牢固的负载在HNTs表面,二者具有协同催化作用。当CeO_2/CdS摩尔比为3:7时,80 min内亚甲基蓝的降解率可达95%。     

N-Al/TiO2催化剂的制备及可见光降解染料

采用溶胶-凝胶法分别制备了N、Al单掺杂与N、Al共掺杂的TiO_2复合材料,考察了4种催化剂在可见光下对染料甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B的光降解效率。采用XRD、SEM、XPS、UV-Vis DRS、N2吸附-脱附手段对催化剂进行表征和评价。结果表明:N、Al共掺杂后的Ti O2骨架晶型仍保持为锐钛矿型,比表面积增加,团聚现象略有减少,且N、Al共掺杂TiO_2催化剂在可见光下对甲基橙的降解效果最佳,脱色率可达70%左右。     

太阳光照射下CdS/TiO_2复合纳米粉体的光催化性能

分别采用溶胶-凝胶法和化学沉积法两种方法将CdS修饰在Degussa P25TiO2上,制备得到CdS/TiO2复合纳米粉体,借助XRD、UV-vis漫反射、EDS等手段对其进行表征分析,选择亚甲基蓝(MB)为模型反应物,考察了太阳光照射条件下CdS/TiO2的光催化性能。结果表明,亚甲基蓝溶液初始质量浓度为20mg/L,光催化剂投加量为2g/L时,持续光照60min后,CdS/TiO2对MB的降解率较P25TiO2提高11%～15%;光照120min后,MB降解率最高,达90%以上。阳光照射下CdS/TiO2对MB的光降解反应遵从Langmuir-Hinshelwood模型,动力学结果符合假一级动力学方程,对应的表观反应速率常数是P25TiO2的1.1～1.4倍。用化学沉积法制备的CdS/TiO复合体的光催化活性优于溶胶-凝胶法,与XRD、UV-vis漫反射、EDS等表征结果一致。     

Ag@AgCl-TiO2-粉煤灰微珠复合光催化剂的制备及其可见光光催化性能

采用离子交换法在粉煤灰微珠(FMS)表面沉积Ag@AgCl纳米颗粒,制备Ag@AgCl-FMS复合基底,采用水解-沉淀工艺,以TiCl4为钛源在复合基底表面再包覆纳米TiO2薄膜,经500℃煅烧2 h后得到Ag@AgCl- FMS-TiO2复合光催化剂. 对材料微观形貌、晶体结构、可见光光催化性能进行了表征与测试. 结果表明,复合基底表面包覆的TiO2薄膜均匀完整. 500℃煅烧后的物相为90%锐钛矿型TiO2和10%金红石型TiO2. 复合催化剂料在Ag@AgCl等离子共振效应的作用下,表现出明显的可见光响应,经可见光照射80 min后对甲基橙的降解率达99%,5次重复使用对甲基橙的降解率保持在85%.     

Preparation of La-Mn-O Perovskite Catalyst by Microwave Irradiation Method and its Application to Methane Combustion

La-Mn-O perovskite catalyst was successfully prepared by microwave irradiation processing using only several minutes for heat treatment, and characterized by XRD, SEM, XPS, H₂-TPR and O₂-TPD. The catalyst by microwave irradiation processing with 6 min, mainly non-stoichiometric excess oxygen LaMnO_3.15 phase, shows excellent catalytic performance. Compared with the sample prepared by conventional method, it possesses relative higher surface area, the increase in Mn⁴⁺ and oxygen vacancy content and the enhancement in the mobility of lattice oxygen which play an important part in the methane combustion.