基于铁系元素的氨分解制氢催化剂研究进展

能源需求的持续增长和气候变化问题的日益严峻对氢能的发展提出了要求。氢的存储和运输较为困难,氨作为储氢材料由于具有诸多优点而逐渐受到人们的重视。铁系元素氨分解催化剂凭借成本优势得到了较多的研究,但其活性仍需进一步提高。本文以提高催化剂的活性为出发点,从氨分解基本原理、催化剂的活性组分、载体和助剂4个方面对近年来铁系元素氨分解催化剂的研究进行了综述,并对其未来的研发方向进行了展望。

光催化全解水助催化剂的设计与构建

能源和环境危机是当今社会面临的两大关键课题,利用太阳光驱动化学反应、将太阳能转化为化学能是解决上述问题的重要措施。通过光催化分解水是直接利用太阳能生产氢燃料的有效策略。光催化水分解过程可以分为三个基元步骤:光吸收、电荷分离与迁移、以及表面氧化还原反应。助催化剂可有效提高电荷分离效率、提供反应活性位点并抑制催化剂光腐蚀的发生,进而提高水分解效率。助催化剂也可以通过活化水分子以提高表面氧化还原动力学,进而提升整体光催化反应的太阳能转换效率。本文综述了助催化剂在光催化反应中的重要作用以及目前常用的助催化剂类型,详细说明了在光催化全解水过程中双助催化剂体系的构建及作用机理,并根据限制全解水的关键因素提出了新型助催化剂的设计策略。

BiVO_(4)/C_(3)N_(4)异质结界面电荷传输机制调控

直接Z型异质结是理想的全解水光催化剂形式之一.C_(3)N_(4)的价带电位约为+1.6 V(vs.NHE,pH 0),在热力学上限制了其产氧性能.C_(3)N_(4)与具有较强氧化电势的半导体复合构建Z型异质结,有利于提高光催化效率.构建直接Z型的关键在于对界面电荷传输路径的精确控制.通过调控半导体的氧缺陷浓度可有效改变其功函数,进而改变异质结界面处的能带弯曲方向以选择性控制光生载流子的传递路径.利用水热法合成BiVO4并降低氧缺陷含量,从而使其功函数逐渐增大.当氧缺陷含量较高时,BiVO_(4)的功函数小于C_(3)N_(4);而当氧缺陷含量较低时,其功函数大于C_(3)N_(4).这种功函数相对值的变化进一步改变了异质结界面处的能带弯曲方向,进而使BiVO_(4)/C_(3)N_(4)由Ⅱ型转变为Z型.与Ⅱ型异质结不同,直接Z型BiVO_(4)/C_(3)N_(4)实现了高效的光催化全解水,且420 nm处的表观量子效率为4.4%.