光合细菌产氢条件的研究

从被有机物污染的土壤及水域中分离得到13株属于红螺菌科的光合细菌,对其在苹果酸、乳酸、葡萄糖、乙酸、丙酸及丁酸中的光致产氢现象进行了研究。最高产氢量为39.8ml·20ml菌液^(-1)·48h^(-1),产氢活性为7.8ml·g生物量^(-1)·h^(-1)”。底物对不同菌株的产氢量与产氢活性均具有影响,pH对产氢过程也有明显的作用,大于6000lx的光强度对提高产氢活性已无明显作用。固定化细胞在静态培养条件下也能提高产氢能力,但延长产氢时间的作用不明显。

固定化光合细菌利用有机物产氢的研究

应用固定化细胞技术包埋荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)菌株386,研究在光照下利用有机物产氢的特性。实验观察到,光照培养120小时,悬浮培养物的产氢量为68.2ml,比产氢速率为104.1ml H_2/g(生物量)·h;用琼脂包埋后,其产氢能力得到改善,产氧量和比产氢速率分别达到128.4ml和195.8ml H_2/g·h。该菌株除可利用苹果酸外,还可利用葡萄糖、乳酸、内酸等基质高效地产氢。基质浓度只有控制在适当水平时,才具有较高的基质转化产氢效率。此外,菌体生物量、菌龄、培养液pH、光照强度、光照/黑暗时间比以及温度对产氢过程均有不同程度的影响。

固定化光合细菌产氢过程的基质利用动力学

研究了固定化荚膜红假单胞菌386、红假单胞菌D两菌株产氢过程基质利用的动力学特性。基质利用与产氢过程以不同的速率进行,琼脂包埋固定化细胞的产氢能力高于海藻酸钙固定化细胞,但最大产氢活性的进程迟于后者。固定化D菌株利用葡萄糖的动力学遵循一级反应,其反应常数K值为1.2×10^(-2)h^(-1)。宏观动力学分析表明,利用基质的产氢过程属于反应控制,扩散传质过程不构成控速步骤。386和D两个菌株固定化细胞生物反应器连续产氢系统,在以乳酸作基质时,平均产氢量分别可达到0.659L/d和0.457L/d,容积(液相)产氢率接近1.0L/L·d。

光生物产氢研究进展

光生物产氢利用光合微生物将太阳能转化为氢能,是生物产氢领域的一个重要发展方向.光合产氢生物主要包括蓝细菌、绿藻、光合细菌等3大类,它们的光生物产氢都有其各自的途径和机理,含有氢代谢相关的酶类(氢酶或固氮酶).光生物产氢反应器有管道式、板式和圆柱状等类型.提高光合产氢效率、降低光合产氢成本,是实现光生物产氢技术应用化的关键.

4-(4-甲基-苯基)-6-苯基-2,2′-联吡啶铂(Ⅱ)光致产氢研究

本文以氯离子配位的4-(4-甲基-苯基)-6-苯基-2,2′-联吡啶铂(Ⅱ)配合物为光敏剂,Co(dmgH)2pyCl为催化剂,三乙醇胺(TEOA)为电子牺牲体,在pH为8.5的乙腈/水混合溶剂中构建了光致产氢体系.体系光照(λ>400nm)19h后产氢量达到1.8mL,反应的转换数(TON)达到804(vs.光敏剂).

非晶TiO_2修饰CuBi_2O_4光阴极增强其光电化学产氢活性（英文）

光催化作为太阳能利用领域的研究热点引起了广泛的关注.其中,光电化学技术能够通过分解水提供清洁的氢能源,因此被认为是一种潜在的新能源制造方式.在光电化学分解水产氢的过程中,最重要的是高效光电极的制备.一系列n型半导体材料已被广泛地报道并用作光阳极,如BiVO_4,ZnO,Fe_2O_3等.然而对于光阴极材料,其可选择性则较少.CuBi_2O_4是一种天然矿物,具有廉价易得以及化学性质稳定的特性,而且是一种p型半导体材料,因此能够用于制备光阴极;另外因为其强的可见光响应(1.70 eV),所以具有广泛的应用前景.目前对于CuBi_2O_4光阴极研究主要集中在合成和理论计算方面,而对于如何促进界面处的载流子分离研究较少.本文通过一种简单的电沉积方法成功制备出CuBi_2O_4光阴极,然后利用非晶TiO_2和助催化剂Pt进行修饰后将其用于光电化学产氢.由于形成了CuBi_2O_4/TiO_2 p-n结,因此其光阴极活性得到增强.新的Pt/TiO2/CuBi_2O_4光阴极在0.60V偏压处的光电流为0.35 mA/cm^2,其数值约为Pt/CuBi_2O_4光阴极的两倍.XRD结果表明,我们制备的CuBi_2O_4为纯相且结晶性较好,其表面修饰的TiO_2为非晶相的.SEM结果表明,CuBi_2O_4电极层由100-150nm的颗粒构成.紫外-可见吸收光谱表明,制备的CuBi_2O_4光电极拥有良好的可见光吸收性质,而且TiO_2修饰未对CuBi_2O_4的光吸收产生明显的影响.XPS结果表明,修饰TiO_2并未对CuBi_2O_4电极造成成分上的破坏.光电化学测试表明,修饰TiO_2层厚度和结晶性会影响光电极的最终活性.修饰四层TiO_2和退火200℃的样品具有最好的活性.另外稳定性测试也表明,修饰非晶TiO_2的CuBi_2O_4光阴极具有良好的稳定性.在IPCE测试中,Pt/TiO_2/CuBi_2O_4光阴极在其光响应范围内均比Pt/CuBi_2O_4光阴极表现出更高的效率.阻抗结果测试中Pt/TiO_2/CuBi_2O_4光阴极具有更小的阻抗,这表明其载流子传输更加高效.在Mott-Shetty测试中,Pt/TiO_2/CuBi_2O_4和Pt/CuBi_2O_4光阴极都表现出p型半导体性质,但是Pt/TiO_2/CuBi_2O_4具有更负的平带电位,这表明修饰的TiO_2仍具有n型半导体材料的特性,并与p型的CuBi_2O_4形成p-n结,从而促进了载流子分离效率.

湿化学法制备硅纳米线阵列及其光电化学产氢性能分析

为了探究不同方法条件下制备的硅纳米线阵列电极产氢性能异同,文中分别采用了两步金属辅助催化无电刻蚀法、一步金属辅助催化无电刻蚀法以及阳极氧化法来制备硅纳米线阵列用作为光电分解水电池光阴极材料。通过FESEM、XRD和UVVis-IR DRS等手段对实验样品的形貌、晶型、减反性表征,发现相比于其他2种方法所得硅纳米线样品,两步金属辅助催化无电刻蚀法制备的硅纳米线结构晶型保持更好,表面缺陷更少。光电化学测试表明两步金属辅助催化无电刻蚀法制备的硅纳米线光电化学性能表现最优,其光电流密度值是一步法的4倍,阳极氧化法的40倍;转移电荷电阻仅是一步法制备的硅纳米线阵列阻值的1/3,阳极氧化法制备的1/1 000。

Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。

基于新型NiFe氢化酶催化中心模拟物的光诱导产氢研究

本文成功利用金属中心为NiRu的NiFe氢化酶模拟物,在乙腈和水的混合溶剂中实现了人工光合成制氢。最优条件下,体系基于NiRu催化剂的产氢TON值高达1893,前10min的TOF为2.6s-1,并且通过电化学测试对催化循环过程中所生成的金属氢化物中间体进行了表征。

基于[火用]效率的玉米秸秆厌氧发酵单产和联产氢烷性能分析

玉米秸秆厌氧发酵产氢、产甲烷,联产氢烷是秸秆能源化利用的3种重要的生化转化模式。为了筛选出玉米秸秆高效的生化转化模式,在玉米秸秆基质浓度分别为20,30,40,50,60 g/L的条件下进行了光发酵产氢、厌氧发酵产甲烷和光发酵产氢-厌氧发酵产甲烷两阶段联产氢烷的试验,从热力学[火用]效率和生态[火用]效率的角度对玉米秸秆单产或联产氢气和甲烷的性能进行了分析和评价。研究结果表明,光发酵产氢时,底物浓度为40 g/L的累积产氢量和累积收益[火用]最大,分别为323.67 mL和3.41 kJ,最大热力学[火用]效率为1.58%。厌氧发酵产甲烷时,底物浓度为60 g/L的累积产甲烷量和累积收益[火用]最大,分别为1546.46 mL和57.38 kJ,最大热力学[火用]效率为31.01%。氢烷联产时,底物浓度为60 g/L的氢气和甲烷联产的累积产甲烷量和累积收益[火用]最大,分别为1554..83 mL和60.83 kJ,最大热力学[火用]效率为22.20%。3种模式相比,玉米秸秆厌氧发酵单产甲烷转化具有最高的[火用]效率,且热力学[火用]效率和生态[火用]效率的评价结果是一致的。

藻青菌产氢研究

目前全球都在寻找一种可替代化石燃料的能源物质。H_2作为能源是未来的希望。藻青菌是生物光合产氢具有很大前景的微生物。综述了藻青菌生物产氢的进展。

硫对蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa产氢影响对比研究

文章主要针对绿藻蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)进行了有硫和无硫培养,并对其低光强产氢及重复产氢进行了研究。研究发现,蛋白核小球藻在低光强下可持续产氢,且利用重复产氢的方法可以提高蛋白核小球藻的总累积产氢量,延长产氢时间。蛋白核小球藻在有硫和无硫培养条件下的产氢明显不同,在有硫产氢条件下,蛋白核小球藻停止产氢后,可在加入乙酸钠培养后重复产氢;在无硫产氢条件下,蛋白核小球藻可在培养24 h后,不需添加乙酸钠而产氢,且经重复培养一次后,第二次产氢阶段的蛋白核小球藻的单次产氢量仍比第一次的产氢量高,说明蛋白核小球藻在有硫和无硫产氢条件下存在两种不同的代谢途径。

光合细菌的基本特性及应用价值

本文综述了光合细菌的主要特征及应用价值．主要介绍了光合细菌的分类、形态、增殖方式、细胞成分、生理特性及其在农业、环境保护和产氢面的应用价值．

2D/2D BiOBr/g-C_(3)N_(4)S型异质结光催化性能

近年来,能源短缺和环境污染严重威胁人类的可持续发展.光催化技术具有绿色环保、成本低等优势,被认为是解决上述问题的最佳途径之一,其实用化的核心是开发高效可见光催化材料.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因其物理化学性质稳定、无毒、廉价及能带适宜等特点,广泛应用于光催化领域.然而,光生载流子易复合、比表面积小等问题不利于其实际应用,构建g-C_(3)N_(4)基2D/2D异质结不仅能促进载流子有效分离,而且能为反应提供更多表面空间环境,是提高g-C_(3)N_(4)催化活性的有效途径.目前,Ⅰ型和Ⅱ型异质结虽能促进电荷分离,但降低了电荷参与表面反应的电势;而S型异质结电荷转移机制遵循热力学和动力学规律,能很好保留高氧化还原能力的电子和空穴,因而备受关注.当前,开发S型g-C_(3)N_(4)基2D/2D异质结有助于发展高效光催化体系.本文首先以三聚氰胺为前驱体,通过二次高温煅烧得到2D g-C_(3)N_(4)纳米片;随后,以Bi(NO3)3·5H2O和KBr为反应物,乙二胺和水为溶剂,借助室温原位自组装法获得一系列不同质量比的BiOBr/g-C_(3)N_(4)异质结.研究表明,BiOBr均匀分布于g-C_(3)N_(4)表面形成具有良好接触界面的2D/2D异质结,而且BiOBr/g-C_(3)N_(4)比表面积可提高至g-C_(3)N_(4)的2.4倍.当BiOBr与g-C_(3)N_(4)质量比为1.5:1时,可见光照射30 min,30 mg复合样品可将浓度为10 mg·L^(-1)的RhB(100 mL)几乎全部降解,降解过程符合一级反应动力学,降解速率是g-C_(3)N_(4)的48.2倍.此外,该体系具有一定的光催化析氢活性及良好的循环稳定性.X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、莫特肖特基、电化学阻抗谱分析及活性物种捕获等实验结果表明,由于还原性半导体g-C_(3)N_(4)与氧化型半导体BiOBr费米能级不同,二者接触时,电子从费米能级高的g-C_(3)N_(4)转移至费米能级低的BiOBr,在复合材料界面产生强的内建电场,借助带边弯曲和库仑力共同作用,形成了具有S型电荷转移途径的2D/2D BiOBr/g-C_(3)N_(4)异质结.在光照条件下,g-C_(3)N_(4)价带空穴能与BiOBr导带电子快速复合(一般认为是无用的电荷),从而使具有高反应活性的g-C_(3)N_(4)导带电子与BiOBr价带空穴参与表面反应,有效提高了体系的催化活性.综合本文及其他相关研究可知,在由氧化型和还原型半导体组成的异质结中,S型电荷转移机制具有一定普适性,可指导开发高效光催化体系以解决能源和环境问题.