SiC量子点敏化g-C_(3)N_(4)光阳极在光催化燃料电池中的应用

光催化燃料电池(PFC)是一种将光催化过程中产生的化学能有效转化为电能的新型电池装置。制备了SiC量子点敏化石墨相C_(3)N_(4)(g-C_(3)N_(4))复合材料,将其作为PFC系统光阳极材料,设计并优化了一种新型复合功能双室光催化燃料电池。当阴极室引入芬顿反应作为辅助后,复合材料光阳极显示出优异的光催化和光电转化性能,两个电极室中的反应速率均得到明显增加,进而显著提高了电池体系的光电转换效率。

光催化燃料电池中污染物净化与重金属还原的协同作用

光催化燃料电池是一种集光催化、光电转换和燃料电池于一体的新型装置。制备了聚吡咯(PPy)/ZIF-67复合材料,将其作为阴极材料组装成双室光催化电池,在阳极室中引入过氧化氢(H_(2)O_(2))以协同降解活性艳红(X3B),在阴极室引入甲酸增强对六价铬离子[Cr(Ⅵ)]的还原效果,同时产生持续的电能输出。自由基淬灭实验证明,H_(2)O_(2)的存在可以在单位时间内让阳极传输更多的光生电子到阴极,导致在Cr(Ⅵ)还原反应中,甲酸优先发挥助催化剂的效果和ZIF-67反应生成络合物,加快Cr(Ⅵ)的还原。PPy/ZIF-67作为一种价廉、低毒、高效的PFC阴极材料,在废水处理领域有着广阔的应用前景。

高效传质与电子转移的全纳米线光催化燃料电池自驱动净水同步产氢

分别以三维分级碳布基底上组装的TiO_(2)纳米线阵列和铂化的硅纳米线阵列作为光阳极和光阴极,构建了具有高效传质和电子转移特征的全纳米线光催化燃料电池。在光照作用下,光阳极微流道内的光生空穴能有效氧化降解有害污染物,这同时增强了光电子还原水产氢的活性。与传统的平面式光电极相比,全纳米线光催化燃料电池在不需要外部偏压条件下即可高效降解模拟印染废水和同步生成氢气新能源。

光催化燃料电池不同二氧化钛光阳极性能的对比

选择泡沫钛片和普通钛片,通过溶胶凝胶法、阳极氧化法和脉冲式超声辅助阳极氧化法制备了5种不同的电极作为光催化燃料电池阳极.结果表明,不同方法制备的电极表面结构有所不同,其光阳极电极电位与有机物降解性能也不同.泡沫钛基溶胶凝胶法和超声辅助阳极氧化法制备的电极表面更加粗糙,比表面积也更大,加强了有机物的传质,有利于有机物的迁移与空穴氧化反应及敏化反应.超声辅助阳极氧化方法制备的电极对罗丹明B模拟废水的脱色率最高,p H=1时,120 min内达80%.电极电位的测定结果还表明,两种粗糙电极光激发电极电位比同种方法制备的其它电极高约0.15 V,光照前后的阳极半反应电位差更小,激发电子的积累也较少.这些研究结果对光催化燃料电池的电极选择与电池构建具有参考作用.

转盘式光催化燃料电池处理染料废水

采用阳极氧化法制备转盘式TiO_2阳极,设计并开发了转盘式光催化燃料电池(PFC),探讨了圆盘转速对PFC中染料降解效果的影响。实验结果表明:随着圆盘转速的提高,污染物和光电界面反应产物的传质作用得以强化,罗丹明B降解率提高;在圆盘转速为1 600 r/min、反应时间为60 min的条件下,罗丹明B降解率达90.8%,是圆盘转速为0 r/min时的8.5倍;光电流也随着圆盘转速的提高而提高,但提高幅度远小于罗丹明B降解率的提高幅度;同时,加强传质作用后再外加电压对PFC催化降解性能的提高作用有限。

C-TiO_2/Ti-Cu_2O/Cu光催化燃料电池的性能

采用溶胶-凝胶法制备了C-TiO_2/Ti膜电极,其X-射线衍射(XRD)结果表明,C掺杂有效抑制了TiO_2催化剂由锐钛矿相向金红石相的转变.以C-TiO_2/Ti作为光催化燃料电池(PFC)的阳极,Cu_2O/Cu为阴极,考察了C-TiO_2/Ti的制备条件和染料初始浓度及p H值对PFC性能的影响,得到PFC的最佳性能:短路电流密度为0.084 m A·cm^(-2),开路电压为0.385 V,最大输出功率密度为5.91×10^(-3)m W·cm^(-2),填充因子(FF)为0.18,光催化处理20 mg·L^(-1)罗丹明B染料废水90 min,脱色率达到91.7%.处理过程中罗丹明B溶液的紫外-可见分光光谱表明,可见光区最大吸收波长略有蓝移,可见和紫外光区的光吸收均下降,说明分子遭到了破坏,并发生了矿化.

TiO2纳米管阵列双极光催化燃料电池的应用研究

光催化燃料电池技术(Photocatalytic Fuel Cell,PFC)结合了光催化技术与燃料电池技术,可以同时进行降解废水与发电,对污水处理具有重要意义.探索了TiO2纳米管阵列(TiO2 Nanotubes Arrays,TNAs)光阳极制备工艺对其形貌结构的影响;通过扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscope,FESEM)证实了电解时间与TNAs管长正相关;与Cu2O光阴极组合得到的具有更强光催化活性系统证实了PFC协同效应的存在,最佳的电解工艺为4 h,该工艺制备的电极对双氯酚酸光催化降解率在2 h内为79%;对3种标准物的分析说明,在较高的浓度范围内,通过PFC外电路的净电荷量与化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)线性相关,而随着降解进行,传质过程减弱,两者之间的相关性减弱.

I掺杂TiO_(2)纳米管阵列平面光催化燃料电池的性能研究

采用阳极氧化法制备了I掺杂TiO2纳米管阵列(I-doped TiO_(2) Nanotubes Arrays, ITNA)光阳极,该电极表现出比TNA更加优异的降解性能.将ITNA与Pt电极组合得到的平面光催化燃料电池(planar Photocatalytic Fuel Cell, p-PFC)在亚甲基蓝(Methylene Blue, MB)浓度为6 mg·L^(–1)、极板间距为1.0 cm时脱色率达到最大,为93.1%. MB的降解发生在ITNA表面,为限速步骤.对比了p-PFC和传统PFC结构对MB和其他有机物的降解, p-PFC中h+和·OH的产生和传质优于其他结构,具有更高的光催化性能.

Bi-TiO_2/Ti光催化燃料电池的性能研究

制备了Bi-TiO_2/Ti阳极,表征结果显示,该电极对可见光有强吸收,Bi以Bi^(3+)形式掺杂到了Ti O_2中,有效抑制了Ti O_2由锐钛矿相向金红石相转变。考察了影响Bi-TiO_2/Ti-Cu_2O/Cu光催化燃料电池(PFC)性能的因素,在最优电极制备和处理条件下,PFC的短路电流密度、开路电压、最大输出功率密度、填充因子(FF)分别为0.120 m A/cm^2、0.351 V、2.32×10^(-3)mW/cm^2、0.06,90 min处理罗丹明B的脱色率为84.1%。

基于TiO_(2)的光阳极材料应用于光催化燃料电池的研究进展

光催化燃料电池利用太阳能在高效去除水中污染物的同时将其中的化学能转化为电能,达到回收能源的目的且不会产生二次污染。目前,光催化燃料电池在水环境处理及绿色能源开发中的应用十分广泛,但光阳极材料的选择与制备仍是制约其大规模应用的关键难题。TiO_(2)作为目前最热门的n型半导体材料,因其光催化活性高、成本低、热稳定性好等优点受到了广泛关注。TiO_(2)纳米管阵列、TiO_(2)薄膜材料比表面积大,活性位点多,容易与其他单质和化合物复合,在光催化燃料电池中有广阔的应用前景。国内外学者已经研究了许多有效的策略来提高TiO_(2)的光催化性能,如贵金属沉积、金属与非金属元素掺杂等。本文介绍了TiO_(2)纳米管阵列、TiO_(2)薄膜光阳极材料的制备及改性,简述了其降解污染物的效率和产电性能,总结了结构、组成等因素对光催化燃料电池性能的影响,以期为制备性能良好的光催化燃料电池提供参考。

基于SiNW阴极和钒酸铋光阳极的光催化燃料电池用于降解有机污染物协同产电的研究

光催化燃料电池(PFC)对有机污染物的高效能量回收方面受到越来越多的关注。本研究提出了一种由BiVO_(4)为光阳极和Si-NW为阴极的新型单光照PFC系统。探讨了不同表面活性剂作为诱导剂对钒酸铋晶面生长的影响,通过水热合成法,制备了具有不同形貌的钒酸铋材料。采用XRD、SEM对所制备的BiVO_(4)进行表征。在AM 1.5G的模拟太阳光照下,研究了PFC污水处理和产电协同作用性能。结果表明:所制备球状纳米钒酸铋对亚甲基蓝溶液的降解效率可达49%/4 h;本实验所构建PFC系统在以亚甲基蓝为模拟有机污染物的条件下达到的最大功率密度为0.034 mW·cm^(2),是该体系以葡萄糖为模拟有机污染物条件下达到的最大功率密度的3.1倍。

综述:光催化燃料电池的同步污水净化与产能

污、废水回用已经成为一种解决水资源短缺的有效途径。其中,通过制备性能优异的光催化燃料电池(PFC)体系,可实现去除环境污染物的同时回收水中化学能并转换为电能,达到资源回收利用的目的。本文介绍了光催化燃料电池的作用机制和运行原理,以及研究者们为改进PFC的性能,对于不同的阳极材料及形态,不同的阴极以及不同的光催化燃料电池结构的研究现状及进展。同时提出了目前研究存在的一些问题及对未来的展望。

光催化燃料电池研究进展

环境污染物的能源和资源化利用是当前研究的热点。半导体光催化剂与光催化废水燃料电池的结合实现了污染物的高效去除和电能的产生。本文详细介绍了半导体光催化反应原理和应用现状,光催化废水燃料电池的基本运行结构以及决定电池性能的光阳极材料和功能性阴极材料的研究现状。

从废水到新能源:光催化燃料电池的优化与应用

随着经济的飞速发展,社会对能源的需求日益扩大,对工业废水的无害化处理也提出了更高的要求。光催化燃料电池(photocatalytic fuel cell,PFC)在燃料电池中引入半导体光催化材料作为电极,实现了有机污染物高效降解和同步对外产电的双重功能,在废水无害化与资源化利用方面具有潜在的应用价值。半导体光催化电极是PFC系统高效运行的核心组件,增强其可见光响应和光生载流子分离是提高PFC性能的关键策略。反应器结构设计和运行参数优化也有利于改善PFC性能。本文从PFC基本原理和应用入手,综述了PFC在环境污染物资源化处理中的研究进展,并详细阐述了提高PFC的污染控制性能和产电效率的优化手段,为进一步设计高效稳定的PFC系统并实现其在水污染控制和清洁能源生产中的应用提供理论指导。

面向工业废水处理的催化电极及燃料电池耦合体系

随着我国工业化水平的提高,工业废水的高效节能处理成为废水资源化与能源化进程中的重点和难点.工业废水中常含有难降解或有毒的有机污染物,水质复杂、可生化性差,采用传统废水处理技术(生物法、物化法等)难以实现高效处理和达标排放,残留毒物排入水体带来环境生态风险.电化学技术借助电场作用产生强氧化性物质,氧化去除难降解有机污染物,但去除效率较低、能耗及运行成本较高,限制了其在实际废水处理中的应用.高活性催化电极在结构、形貌、组成的优化进展,为构建以难降解污染物为燃料的新型燃料电池及废水处理体系提供了新的可能.本文围绕催化电极及燃料电池废水处理体系,综述了新型电极材料的制备、优化,探讨了基底、活性成分及其负载方式对催化电极和体系性能的影响;归纳了基于光催化燃料电池和微生物燃料电池的污染物催化降解及实际或模拟废水处理体系的研究进展,并对该类耦合体系的规模化应用作了展望.新型催化电极的开发和耦合燃料电池体系的优化设计,有望推动该技术在高效、节能实际(工业)废水处理中的应用.

新型高级氧化技术处理硫化染料废水的研究进展

综述了各种用于硫化染料废水的新型高级氧化技术,包括电化学氧化法、E-peroxone氧化法、类Fenton试剂氧化法、光催化氧化法、光催化与膜分离耦合法和光催化燃料电池法。分析了各种高级氧化技术的主要影响因素,并指出各种方法的优势与不足,对高级氧化技术的发展方向提出了展望,为今后硫化染料废水的综合治理提供了技术指导。

g-C_(3)N_(4)/WO_(3)光阳极的除污产电性能研究

光催化燃料电池(PFC)以太阳光为能源,利用半导体激发产生的活性物种降解污染物,同时将催化过程产生的电子导出获得电能,可有效应对环境污染和能源危机.本文采用热蒸汽冷凝和旋转涂膜法制备了以网状氮化碳(g-C_(3)N_(4))为基底,其上负载WO_(3)纳米片的电极材料.在双腔室H型电解池中,以制备的g-C_(3)N_(4)/WO_(3)为光阳极、Pt片为阴极,盐酸四环素(TCH)和Cr(VI)分别为阳极室和阴极室的目标污染物,构建g-C_(3)N_(4)/WO_(3)-PtPFC体系.光照240 min后,TCH和Cr(VI)的去除率分别为79.1%和91.3%,电池的最大输出功率密度达到6.70μW·cm^(-2).高活性来源于3个方面:①g-C_(3)N_(4)和WO_(3)两种窄带半导体的同时激发,光能利用率增加;②g-C_(3)N_(4)/WO_(3)间的Z-scheme异质结在提高催化剂内光生载流子分离效率的同时,最大限度地保留了g-C_(3)N_(4)的高导带和WO_(3)的低价带优势,这对于PFC实现高效电子导出和污染物降解至关重要;③g-C_(3)N_(4)的网状结构和WO_(3)的纳米片结构有利于催化剂与光子、污染物的接触.