铜改性TiO_(2)/碳纤维膜光热协同催化H_(2)O_(2)脱除燃煤烟气中NO性能

燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NO_(x)),太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径,但单一光催化脱硝效率有限,为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除,亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢气还原处理制备了富含氧空位的TiO_(2)纳米片(Defective TiO_(2),D-TiO_(2))后,利用液相浸渍法将铜氧化物(CuO_(x))负载至D-TiO_(2)表面,制得复合样品CuO_(x)/D-TiO_(2)。利用透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、室温电子顺磁共振(EPR)及紫外-可见漫反射光谱等表征技术对复合催化剂的微观组成和能带结构进行测定分析,结果表明,负载的铜物种为混合价态CuO_(x),CuO_(x)改性未影响D-TiO_(2)的微观形貌,但可使D-TiO_(2)的导带电势负移,增强光生电子的还原能力。以CuO_(x)/D-TiO_(2)作为活化H_(2)O_(2)的催化剂,在模拟太阳光照射下考察CuO_(x)负载量对NO脱除率的影响,并以性能最佳的5%CuO_(x)/D-TiO_(2)为光催化剂,研究模拟烟气流速和NO初始体积分数对脱硝活性的影响。基于密度泛函理论的DFT计算结果表明,氧空位有利于NO吸附与活化,光电化学和EPR测试结果表明,复合CuO_(x)不仅增强了D-TiO_(2)的光生电荷分离效率,同时CuO_(x)作为H_(2)O_(2)分解产生·OH的活性位点,起到了助催化剂的关键作用。自由基猝灭实验结果表明,表面·OH是NO光氧化脱除的主要活性自由基,助催化剂CuO_(x)和氧空位的协同作用使NO脱除率由TiO_(2)的15.1%提升至5%CuO_(x)/D-TiO_(2)的63.8%。同时,将5%CuO_(x)/D-TiO_(2)固载至改性碳纤维(MCF)表面构筑了整体式催化剂CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF,MCF载体的光热效应可将吸收的近红外光转化为热,使CuO_(x)/D-TiO_(2)表面产生局部温升,有效加速光电子界面传输与H_(2)O_(2)分解反应动力学,进一步提升NO脱除率达95.2%。此外,NO光氧化脱除的主要产物是可用于生产氮肥的NO_(3)^(-),副产物NO_(2)的质量浓度仅为4.7 mg/m^(3),NO_(2)与残余NO质量浓度均远低于燃煤锅炉NO_(x)质量浓度不超过50 mg/m^(3)的超低排放标准,且该整体式催化剂可在连续操作的工况下净化烟气中高浓度NO。基于CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF的光热协同催化体系在实际工业烟气脱硝与氮资源化利用领域具有良好的应用前景。

WO_(3)-TiO_(2)负载的Pt单原子催化剂光热协同催化丙烷和丙烯氧化

单原子催化剂(single-atom catalyst,SAC)可以最大化金属原子利用率,并具有独特的电子特性,已经在各种催化反应中进行了广泛的探索。然而,与纳米催化剂相比,贵金属SAC在烃类氧化反应中通常被认为是不活泼的。在本文中,证明了WO_(3)-TiO_(2)负载的Pt SAC(Pt1/WO_(3)-TiO_(2))在光热协同催化氧化C3H8和C3H6这两种典型的挥发性有机化合物(VOCs)中表现出比相应的纳米催化剂(PtNP/WO_(3)-TiO_(2))高得多的活性。研究发现,Pt1/WO_(3)-TiO_(2)和PtNP/WO_(3)-TiO_(2)都可以通过克服氧中毒来提高光热协同催化C3H8氧化的活性。值得注意的是,Pt1/WO_(3)-TiO_(2)的反应速率达到了3792μmol∙gPt−1∙s^(−1),这对C3H8氧化是一个新的突破。更有趣的是,由于C3H6在PtNP/WO_(3)-TiO_(2)上的强吸附导致催化剂C3H6中毒,因此PtNP/WO_(3)-TiO_(2)上的光热协同催化C3H6氧化无法进行。但是,得益于C3H6和Pt单原子之间适中的相互作用,Pt1/WO_(3)-TiO_(2)上的C3H6中毒在光照下可以被克服。因此,Pt1/WO_(3)-TiO_(2)在光热协同催化C3H6氧化中显示出更高的活性。这项工作表明,SAC的优势不仅在于节约贵金属,还在于可以根据其独特的电子特性发现新的催化反应。

光热协同驱动SrTiO_(x)负载CuCo催化CO_(2)-CH_(4)和H_(2)O共转化制备C_(2)含氧化合物

催化转化CO_(2)为乙醇、乙醛等高值C_(2)含氧化合物是一个具有科学意义和经济价值的化学过程.然而,由于碳氧键活化难、多电子(≥10)转移过程复杂以及C–C偶联动力学缓慢等问题,导致该过程的反应效率低.CO_(2)因热力学稳定、动力学惰性,其加氢活化通常是强吸热过程(如CO_(2)活化成CO的ΔH_(2)98K=42.1 kJ mol^(–1)),因此需要在一定温度下才能获得满意的CO_(2)转化率.与此同时,CH_(4)作为碳化学价态最低的化合物,其氧化过程与CO_(2)的还原过程可以耦合,共同转化为高值化学品,同样受到了广泛关注.但CH_(4)的活化同样需要高温等苛刻条件,因此,在温和条件下共转化CO_(2)和CH_(4),选择性构建高值C_(2)含氧化合物,是一个重要且具有挑战性的研究方向.本文提出利用光外场和水活化策略,即利用光解水产生的活性氢和活性氧物种,在温和条件下实现CO_(2)和CH_(4)的高效、高选择性活化及共转化.光照下,在钛酸锶(SrTiO_(x))负载的具有丰富Cu-Co界面的催化剂上,光解水产生的活性氢和活性氧物种,分别活化CO_(2)的碳氧键和CH_(4)的碳氢键,在Cu和Co位点上分别形成*CH_(x)O和*CH_(3)物种,进而通过C–C偶联高效生成C_(2)含氧化合物.在200°C和光照条件下,C_(2)含氧化合物(CH_(3)CHO和CH_(3)CH_(2)OH)的生成速率高达2.05 mmol g^(–1)h^(–1),同时产物选择性>86%.同位素标记、红外光谱示踪的原位反应和催化实验结果表明,紫外光激发下,SrTiO_(x)上的金属位点促进了光催化水裂解,生成活性氢和活性氧物种(该过程为整个反应的决速步骤).活性氢物种使吸附在SrTiO_(x)上的CO_(2)活化并转化为CO;随后,在CuI/Cu^(0)对上,CO加氢生成*CH_(x)O中间体.另一方面,在Co位点上,CH_(4)与活性氧物种发生反应,被活化为*CH_(3)中间体.最后,*CH_(x)O与*CH_(3)两种中间体在CuCo界面处发生C–C偶联反应,进而形成C_(2)含氧化合物.与传统的热催化下的CO_(2)和CH_(4)共转化过程相比,光热协同策略使该反应温度降低了超过600°C,并且反应活化能降低了约12 kJ mol^(–1),表明光热协同策略不仅可以大幅降低反应温度,还能极大提升反应动力学,为强吸热反应过程提供了一条提效降耗的反应途径.综上所述,本工作通过构建结构精准可控的SrTiO_(x)负载的CuCo邻近界面结构,同时利用光解水产生的活性氢/氧物种促进CO_(2)和CH_(4)活化,实现了高效定向共转化.本文提出的“光热协同”策略为高效活化CO_(2)制高值化学品提供了新的研究思路,同时显著降低了能耗,对解决强吸热催化反应高能耗问题提供了参考.

光热协同甲醇水蒸气重整制氢实验和微观机理研究

针对太阳能光热化学甲醇重整制氢中光热耦合效应及微观机理尚不清楚的问题,采用光热化学和热化学反应对比的研究方式,与微观实验相结合,研究了光热化学甲醇重整中光和热的耦合效应,探究了光和热在微观产物转化中的反应路径。研究结果表明:在较低温度下,光对氢气产率的提升具有促进作用,当其与热化学达到相同氢气产率时,光热化学反应温度降低,造成这种现象的原因是光促进了水的分解、吸附态HCOO*的生成以及碳酸盐的分解,其中水在反应中的作用通过不同水醇比的实验得到了进一步验证;随着温度的升高,固定辐照度下光的促进作用逐渐降低,这是因为光对碳酸盐物质分解的促进作用随温度升高而减弱。研究阐明了光和热的耦合效应,分析了对应的微观机理,为理解光热协同机理提供了理论基础。

上转换粒子辅助近红外光热协同固化及其在涂层中的应用

为探究敏化剂掺杂量对上转换粒子辅助光聚合(UCAP)热效应的影响,并充分利用热效应提高能量利用率以及固化速率,制备了一系列不同敏化剂掺杂量的NaYF4:Yb^(3+)/Tm^(3+)上转换粒子(UCPs),并利用热成像仪监测体系温度,采用实时红外表征固化动力学。结果表明:随着敏化剂掺杂量的增加,UCAP热效应增强。通过在丙烯酸酯材料中添加光引发剂和热引发剂,构建了基于UCAP的光热协同固化体系。相较于UCAP体系,光热协同固化体系固化速率显著提高,由此制备的近红外光热协同固化涂层也具有更高的固化效率,所需的近红外光辐照剂量降低了30%。

基于AuMgO@TiO_(2)球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统,利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料,低频波段转化为高品质热能。基于该系统,制备Au和MgO负载的TiO_(2)球壳材料,进行光热协同反应转化CO_(2)和H_(2)O,同时结合集热层利用导热油集热,结果表明,H_(2)、CH_(4)、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g,系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示,球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收,增强光热性能,降低电子空穴对复合率,产生氧空位,促进光热协同反应还原CO_(2)。

铈锆固溶体Ce_(0.25)Zr_(0.75)O_(2)光热协同催化CO_(2)与甲醇合成DMC

采用溶胶-凝胶法合成不同铈含量的ZrO_(2)催化剂,用于光热协同催化CO_(2)与甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC)。实验发现,光热催化的DMC产率明显高于热催化,且Ce_(0.25)Zr_(0.75)O_(2)具有最高DMC产率3.084mmol/g,是纯ZrO_(2)的1.9倍。XRD和TEM分析表明:Ce原子掺入ZrO_(2)晶格形成铈锆固溶体同时增加其表面氧空位浓度,提高吸附CO_(2)能力;固溶体的纳米尺寸减小、比表面积增大和介孔结构丰富,有利于CO_(2)扩散。能带结构和光吸收光谱表明:铈锆固溶体光响应范围拓宽且有效利用率提高;氧空位辅助窄带隙特征可促使光生载流子有效分离,允许更多光生电子和空穴参与CO_(2)及甲醇的活化,加之固溶体表面酸碱位点的协同作用,最终实现高效率高选择性合成DMC。最后,提出了铈锆固溶体光热催化CO_(2)与甲醇合成DMC的反应机理,为光协同热催化合成DMC的研究提供良好的理论基础和实验数据。

光热协同催化甲烷二氧化碳重整反应研究进展

在光热协同催化条件下的甲烷二氧化碳重整(CRM)反应耦合了光效应和热效应,可在低温下反应生成合成气(CO和H_(2)),减少碳排放的同时将太阳能转化为化学能储存起来,是实现双碳目标的有效策略之一。催化剂是光热协同催化CRM反应的核心,同时调控热催化活性中心(活性金属)的结构性质和吸光材料(载体)的光学特性以及活性组分与吸光材料的协同作用,使光热协同催化剂的热催化性能及光催化性能同时得到提高,是研发高效光热协同催化剂的有效途径之一。介绍了光热协同催化CRM反应的机理及相关金属催化剂和半导体材料的研究进展,并展望了其未来发展趋势。

光热协同光催化在印染废水处理中的应用研究进展

光热协同光催化是光热效应和光催化的结合,相比于单一的光催化表现出更加优异的吸光性能和光催化活性,能够同时提高太阳能利用率和光催化反应效率,从而在印染废水的处理方面表现出巨大的应用潜力。介绍了光热协同光催化的发展和作用原理,以及光热光催化剂的设计与制备方法,综述了近年来光热协同光催化在印染废水降解领域的应用,展望了光热协同光催化的前景。

基于装载白藜芦醇的脂质体包裹介孔碳纳米管用于靶向及近红外激光触发的化疗/光热协同肿瘤治疗

为解决白藜芦醇(Res)因水溶性小、稳定性差、生物利用度低而在临床的应用受到限制的问题,将叶酸-聚乙二醇-脂质体(FA-PEG-Lip)、介孔碳纳米管(MCN)和Res混合并超声处理,制备得到装载Res的FA-PEGLip包裹的MCN(FA-PEG-Lip@MCN/Res)纳米体系。所获得的FA-PEG-Lip@MCN/Res具有纳米级尺寸[宽:(80±10)nm;长:(600±100)nm]、负的表面电荷(-10.2 mV)、出色的载药量(131.59 mg/g MCN)、良好的溶液分散性和近红外(NIR)激光刺激-响应释放能力等特点。由于叶酸受体介导的靶向运输,FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系可以高特异性地将所运载的Res转运到人乳腺癌细胞(MCF-7)。细胞增殖毒性试验表明,未装载药物的FA-PEG-Lip@MCN其本身生物相容性良好,适于作为药物载体。一系列细胞水平及活体水平的肿瘤治疗试验证明,在NIR激光照射下,该FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系表现出良好的化疗/光热协同治疗作用,能够对肿瘤进行高效地杀伤。总而言之,该FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系能够同时实现提高Res的水溶性、增强Res的稳定性、延长Res在小鼠体内的半衰期、叶酸受体靶向、NIR激光刺激-响应释放以及肿瘤协同治疗等诸多功能,有望进一步推动Res在临床的应用。

pH和近红外光双响应的包裹二硫化钼纳米片和阿霉素的金属-有机框架ZIF-8用于肿瘤化学/光热协同治疗

利用金属-有机框架材料ZIF-8包裹二硫化钼(MoS 2)纳米片和阿霉素(DOX)构建一种可通过酸性pH和近红外(NIR)光双触发的肿瘤化学/光热协同治疗体系。首先,通过水热反应和超声处理制备粒径为~100 nm、厚度为0.3~1.4 nm的MoS 2纳米片。然后,通过一步法将可酸降解的金属-有机框架ZIF-8包裹在所制备的MoS 2纳米片上,并同时装载抗肿瘤药物DOX,形成装载DOX的ZIF-8包裹MoS 2纳米复合物(DOX/MoS 2@ZIF-8)。将该纳米复合物应用到肿瘤细胞的化学/光热协同治疗:当处于酸性条件(例如:溶酶体中pH大约为5)和NIR激光(780 nm,2.1 W/cm 2)照射的情况下,DOX/MoS 2@ZIF-8纳米复合物上包裹的ZIF-8金属-有机框架会发生酸降解,释放出所包裹的DOX,细胞质中的DOX可以进入细胞核中诱导细胞凋亡;同时,MoS 2纳米片能够将光能转换为热能,光致高温同样能诱导细胞凋亡,因此,化学/光热协同肿瘤治疗得以实现。细胞存活率试验证明:该DOX/MoS 2@ZIF-8纳米复合物在SMMC-7721细胞上表现出良好的化学/光热协同治疗作用,能够对肿瘤细胞进行高效地杀伤。

氧空位修饰的暴露TiO_(2){001}的Ru/TiO_(2)增强光热协同CO_(2)甲烷化活性和稳定性

利用太阳能在温和条件下实现CO_(2)还原反应,不仅可以缓解过度消耗化石能源造成的能源危机,还可以改善诸如温室效应和海洋酸化等环境问题.光热协同催化可以有效降低催化反应温度,具有较大的应用前景.本文利用Ru与暴露TiO_(2){001}晶面的TiO_(2)载体产生的金属-载体相互作用,经过高温氢气煅烧后,获得具有丰富表面氧空位的Ru/TiO_(2)催化剂.活性测试结果表明,具有丰富表面氧空位的Ru/TiO_(2)表现出优异的CO_(2)甲烷化活性,反应过程中甲烷的TOF值在300°C时可以达到22 h-1,但该催化剂却表现出较差的稳定性,在反应10小时后,甲烷的TOF值逐渐降低到19 h-1.将紫外光引入到Ru/TiO_(2)热催化甲烷化体系中,甲烷的TOF值增加到30 h-1,且兼具高稳定性.热催化反应过程中逐渐消失的表面氧空位和部分氧化的Ru是活性降低的主要原因.在光热协同反应中,光生电子的产生稳定了Ru表面的电子密度,同时也再生了催化剂上表面氧空位,这有效地提高了反应的活性和稳定性.程序升温原位红外和X射线光电子能谱实验结果表明,当催化剂表面具有丰富的表面氧空位时,CO_(2)可以有效地在Ru纳米粒子上解离成CO中间体,随后吸附在Ru上的CO中间体解离成表面碳物种,并加氢产生甲烷.在热催化反应过程中,Ru纳米粒子逐渐被氧化成Ru Ox物种,且表面氧空位被CO中间物种覆盖,降低了催化反应的稳定性.当紫外光引入到上述反应中,催化剂的表面氧空位可有效提高光生载流子的分离能力.TiO_(2)载体产生的光电子转移至Ru表面,稳定了金属Ru纳米粒子的价态.另外,载体产生的光生空穴加速了H_(2)质子化,提高了催化剂对氢气的活化迁移能力,促进了CO中间体的加氢甲烷化反应,进而再生表面氧空位.因此在紫外光照下,兼顾提高了热催化CO_(2)甲烷化的活性和稳定性.值得注意的是,当Ru负载于暴露少量TiO_(2){001}晶面的TiO_(2)载体上时,产生了强金属-载体相互作用并抑制了H_(2)在催化剂上的吸附活化,不利于产生表面氧空位.因此暴露少量TiO_(2){001}晶面的Ru/TiO_(2)催化剂也不利于光生载流的产生和分离,这导致热催化或光热协同催化反应活性较低.

基于光热协同反应的太阳能有序转化系统

提出一种将光热协同太阳能燃料制备与集热技术相结合的新型太阳能有序转化综合利用系统。该系统通过光热协同反应将太阳能中紫外可见波段能量以化学能形式存储,并利用集热技术转化部分可见及红外波段能量为中温热能。采用CO;还原为光热协同目标反应,导热油为传热工质进行系统运行实验,实验结果表明:光热协同反应温度为290℃,产物CO产率为5.80μmol/g-cat,集热片温度为320℃,通过导热油吸热量计算得集热子系统辐射能量利用效率为59.7%。

整体式催化剂光热协同甲烷干重整

采用溶胶浸渍法制备了整体式催化剂Ni-Co/SiO_(2)/泡沫镍,并将其用于光热催化甲烷干重整(DRM)反应。在固定床反应器中考察了加热温度、原料气组分和空速对催化剂光热催化性能的影响。实验结果表明,光热催化的性能明显优于热催化。在300℃光热条件下H2产量达135 mmol/(g·h),加热温度升至700℃时H_(2)产量达943 mmol/(g·h),与贵金属基催化剂相当。通过改变原料气组分和空速可实现产物中H_(2)与CO摩尔比的调控。基于中心球立方模型,计算得到气体流量从10 mL/min增至50 mL/min时传质系数由0.0015 m/s增至0.0038 m/s。通过提高整体式催化剂的比表面积,可以平衡传质和压降的矛盾。

光热协同催化去除挥发性有机化合物和CO的研究进展

随着社会和经济的快速发展,环境污染和能源短缺等问题,尤其是空气污染,已经影响了人类的可持续发展.挥发性有机化合物(VOCs),如苯、甲苯、甲醛和丙酮是主要的空气污染物,它们主要来源于油漆、有机化学品、石油化工产品、药物和工业生产过程.大多VOCs具有特殊的气味,而且具有一定的毒性、致畸性和致癌作用,尤其是苯、甲苯和甲醛等,会对人类的身体健康产生巨大的负面作用.因此,研发新型高效VOCs处理技术迫在眉睫.除VOCs外,CO也是非常常见的空气污染物,在室温条件下,它无色无味,没有刺激性且易燃易爆.CO主要来源于煤和石油等含碳材料的不完全燃烧.在日常生活中很容易被排放到大气中.在室温下,CO分子是非常稳定的,很难与其它气体分子发生化学反应.因此,CO的活化和转化是一项具有挑战性的工作.催化氧化技术是在催化剂存在的条件下进行的氧化反应,可以将VOCs直接氧化成为无毒无害的CO_(2)和H_(2)O,也可将CO氧化成CO_(2).光催化技术是一种新型的环境友好型技术,可在常温常压下进行,反应条件温和、能耗小、操作简单,成本低,氧化产物为无毒无害物质,以及不存在二次污染等优点.但光催化反应效率较低,主要通过入射光的能量驱动化学反应.热催化则通过升温的方法来驱动化学反应.目前,热催化剂主要为贵金属型催化剂,其具有催化活性较高,选择性较好且不存在二次污染等优点.但高能耗影响产物的稳定性和选择性,此外,贵金属的使用导致成本增加.光热协同催化可以整合光催化和热催化的优势,并弥补各自的不足,形成一种协同效应,是一种新颖的催化反应.目前,关于光催化或热催化高效去除VOCs和CO的综述较多,但很少有关于光热协同催化高效去除VOCs和CO的综述.本综述重点讨论光热协同催化高效去除VOCs和CO的最新研究进展.首先,介绍了光热协同催化的概况,如设计光热催化材料和催化反应器等.其次,重点介绍苯、甲苯、乙醇、甲醛、乙醛和丙酮等几种典型VOCs的光热协同催化的最新研究进展.再次,总结了光热协同催化CO加氢和氧化的最新研究进展.此外,还探讨了光热协同催化去除VOCs和CO的可能反应机理.最后,对光热协同催化的应用前景进行了展望.

MnO_x/g-C_3N_4光热协同催化净化NO的性能增强和反应机理（英文）

许多研究表明,MnO_x和g-C_3N_4均有催化氧化NO的活性,并且探索了它们各自的转化机理.然而,MnO_x/g-C_3N_4复合材料的光热催化机理仍然是一个未解决的问题.我们通过室温沉淀法直接合成不同摩尔比的MnO_x/g-C_3N_4,并发现其表现出良好的光热协同催化氧化NO的性能.MnO_x/g-C_3N_4催化剂在g-C_3N_4表面含有不同价态的MnOx.通过原位红外光谱在60°C下研究了紫外-可见光诱导的MnOx热催化NO的机理以及MnO_x/g-C_3N_4光热协同催化NO的机理.结果表明,光照对MnOx热催化NO的过程几乎没有影响,但对MnO_x/g-C_3N_4光热协同催化NO产生积极作用并且形成重要的催化循环机制.具体过程是光生电子(e~–)转移到MnO_x上参与光热协同的还原循环(Mn^(4+)→Mn^(3+)→Mn^(2+)),且低价Mn离子易给出电子(e~–)与光生空穴(h^+)相结合而诱导逆向的循环(Mn^(2+)→Mn^(3+)→Mn^(4+)),使活性氧空位再生.通过MnO_x(Mn^(4+)/Mn^(3+)/Mn^(2+))变价而产生的活性氧(O~–)可将中间产物(NOH和N_2O_2~–)氧化为终产物(NO_2~–和NO_3~–).这将为开发更好的净化NO_x的催化剂提供重要的指导意义.XRD表征结果表明,MnO_x/g-C_3N_4复合催化剂的结晶度较低.TEM和XPS表征结果表明,g-C_3N_4表面含有多种低结晶度的MnO_x,主要含有MnO,MnO_2和Mn_2O_3.此外,通过对比MnO_x和1:5 MnO_x/g-C_3N_4催化净化NO的XPS结果,发现反应后的MnO_x含有大量Mn-Nitrate且Mn^(3+)和Mn^(4+)大幅度减少;同时,反应前后1:5 MnO_x/g-C_3N_4的Mn^(2+),Mn^(3+)和Mn^(4+)的含量变化微弱.BET-BJH测试结果显示,MnO_x/g-C_3N_4复合催化剂的比表面积和孔容均高于纯g-C3N4.UV-Vis DRS测试结果显示,MnO_x/g-C_3N_4复合催化剂显示了良好的可见光吸收能力.紫外-可见光催化去除NO的测试结果表明,1:5 MnO_x/g-C_3N_4(44%)的光催化活性明显高于MnO_x(28%)和g-C_3N_4(36%).ESR测试结果表明,参与反应的主要活性物种为?O_2~–自由基.EPR测试结果表明,1:5 MnO_x/g-C_3N_4的氧空位明显多于MnO_x,丰富的活性氧空位更有利于电子的迁移且促进Mnn+(n=2,3和4)的变价而诱导O2分子形成活性氧(O–).以上结果清晰地表明1:5 MnO_x/g-C_3N_4表现出不同的理化特性.可见光催化氧化NO的原位红外光谱表明,光照前后MnOx催化氧化NO的过程没有明显的变化,表明其属于典型的热催化过程,综合上述表征结果发现MnOx的氧缺陷是Mnn+(n=3和4)变价的活性位点,可诱导O_2产生活性氧催化氧化NO为硝酸盐吸附在MnO_x上;光照前后1:5 MnO_x/g-C_3N_4催化氧化NO的过程有明显不同,光照前主要表现为g-C_3N_4表面MnO_x的热催化过程,而光照后1:5 MnO_x/g-C_3N_4为光热协同催化NO的过程.具体过程是g-C_3N_4的光生电子(e~–)转移到MnO_x上参与光热协同的还原循环(Mn^(4+)→Mn^(3+)→Mn^(2+)),且低价Mn离子易给出电子(e~–)与光生空穴(h^+)相结合而诱导逆向的循环(Mn^(2+)→Mn^(3+)→Mn^(4+))使活性氧空位再生.通过MnOx(Mn^(4+)/Mn^(3+)/Mn^(2+))变价而产生的活性氧(O~–)可将中间产物(NOH和N_2O_2~–)氧化为终产物(NO_2~–和NO_3~–).

光热协同催化净化挥发性有机物的研究进展及展望

挥发性有机物(VOCs)是一类重要的空气污染物。催化氧化技术可以将VOCs转化为无毒的CO_2和H_2O,是有效的治理方式之一。针对传统的热催化氧化技术的高能耗和光催化净化VOCs技术的低效率问题,光催化耦合强化热催化的光热协同催化净化VOCs技术近些年来受到广泛关注,并表现出比传统热催化或光催化净化技术更优异的净化性能。总结了近年国内外研究者在光热催化净化VOCs领域所取得的主要研究进展,重点讨论了光热协同作用机制的认知和光热协同催化材料的设计理念,包括贵金属型和金属氧化物型光热协同催化材料,并对光热协同催化净化技术的未来发展方向进行了展望。

光热协同增强氮化碳锚定FeO_(x)纳米复合材料催化活化过一硫酸盐降解罗丹明B

光热协同催化是一种有效提升活化过一硫酸盐(PMS)高级氧化催化效率的方法。然而,对于常见的过渡金属基催化剂来说,反应过程中常常发生有毒金属离子溶出,限制了这类催化剂在实际水处理中的应用。因此,开发具有高效活化PMS能力的非金属基催化剂至关重要。采用溶胶-热还原法制备一种新型氮化碳锚定FeO_(x)纳米复合物(FeO_(x)/CN)类芬顿催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮气吸附-脱附仪和紫外-可见漫反射吸收光谱等测试手段对复合材料的结构、形貌和光吸收性质进行表征。考察光热协同作用下FeO_(x)/CN催化剂活化PMS氧化降解罗丹明B(RhB)的效果。结果表明:在近中性(pH=6)条件下,光热(水浴40℃,λ>420 nm光照)协同辅助反应30 min,CN/FeO_(x)/PMS体系对RhB的去除率达到98.0%。活性自由基捕获实验证明,空穴(h+)和羟基自由基(OH·)在污染物降解中起到决定性作用。

暴露{101}晶面的锐钛矿型TiO2光热协同催化降解苯的性能研究

讨论了温度对暴露{101}晶面锐钛矿型TiO2光催化性能的影响,测定了热催化性能,对比了锐钛矿型TiO2{101}晶面和{001}晶面的光催化和光热协同催化性能。结果表明:暴露{101}晶面的锐钛矿型TiO2随着反应温度的升高,光催化降解苯的效率越高。光催化反应和热催化反应之间存在着协同效应。光热协同催化降解苯的CO2本征生成速率较光催化提升了7.19倍。锐钛矿型TiO2{101}晶面比{001}晶面具有更高的光催化降解苯的活性,较低的光热协同活性。

通过光热协同催化实现表面荧光基底的重复利用

当前的荧光传感器大多难以重复使用,因此限制了它们的应用。作者通过简单的水热法合成了一种含氟的氧化铈(F-CeO_(2))纳米颗粒,将其作为光热催化剂,并在其表面负载Ag@SiO_(2)构成荧光传感器。SEM观察表明,制备的F-CeO_(2)纳米颗粒的尺寸约为50 nm。在95℃水浴和100 mW·cm^(-2)的光照下,光热协同催化染料R6G降解,2 h内降解率达到98%。该荧光传感器的检测极限浓度达5×10^(-7)mol·L^(-1)。这种基于光热协同催化的传感器可用于监测水中偶氮染料的浓度,为水质检测提供一种有前途的方案。