工作液对双氧水生产的影响和控制方法

双氧水作为一种重要的氧化剂,广泛应用于化工、医药和环境保护等领域。工作液在双氧水生产中扮演着关键角色,直接影响着反应效率和产物质量。其组成、浓度、温度和pH值等参数对反应动力学和平衡产物的生成和分解产生重要影响。工作液的优化控制方法,涉及工艺参数的调整和组分的选择,旨在实现高产量和优质产物。基于此,此次旨在深入探讨工作液对双氧水生产的影响机理和优化方法,为相关领域的研究和工业生产提供有益的指导和理论支持。

通过氟掺杂调控TiO_(2)的d带中心以增强光催化产H_(2)O_(2)活性

光催化产双氧水(H_(2)O_(2))以太阳光、水和空气中的氧气作为原料,将光能转变为化学能,是一种绿色高效节能环保的新技术,具有较好的应用前景.光催化产H_(2)O_(2)主要包括三个关键步骤:(1)催化剂在高能入射光激发下产生光生电子和空穴;(2)光生电子-空穴对分离并迁移到催化剂表面;(3)光生电子与催化剂表面吸附的氧气发生反应生成超氧自由基,其继续与水和光生电子反应,产生H_(2)O_(2).因此,氧气在催化剂表面吸附性能的强弱对光催化产H_(2)O_(2)的性能有着重要影响.d带中心理论表明,金属的d带能级高低决定了催化剂表面活性位点对小分子物质的吸附强度,能级越高,催化剂对小分子物质的吸附能力越强.TiO_(2)具有制备简单、无毒、理化性质稳定、导价带位置跨越多个氧化还原电位等诸多优势,在光催化生产H_(2)O_(2)领域具有较好的应用前景.提升TiO_(2)的d带中心可以提高其对小分子物质如O_(2)的吸附性能,有效提升其光催化产H_(2)O_(2)的活性.本文从氟离子掺杂提升TiO_(2)的d带中心增强对O_(2)的吸附性能入手,通过第一性理论计算、电子顺磁共振实验、飞秒瞬态吸收光谱等方法研究光生载流子的传输机理,阐明F/TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)活性增强机制,并对TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)的前景提出了展望.首先,分别以钛酸四异丙酯和氟化铵作为钛源和氟源,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧制得了F/TiO_(2)光催化剂.第一性理论计算结果表明,F-体相掺杂导致TiO_(2)的电荷分布不均匀,使得d带中心上移,从而增强TiO_(2)与表面吸附O_(2)的相互作用,降低表面氧的吸附能,最终提高光催化生成H_(2)O_(2)的效率.电子顺磁共振实验结果表明,晶格中F-离子的存在诱导了还原性Ti^(3+)中心的形成,这些还原性Ti^(3+)中心可以提供电荷补偿所需的额外电子.O_(2)温度程序解吸实验结果表明,F/TiO_(2)对O_(2)的化学吸附能力高于纯TiO_(2),说明较低的反键轨道占用率可以增强Ti^(3+)对O_(2)的吸附.飞秒瞬态吸收光谱结果表明,光生电子从F/TiO_(2)的导带转移到Ti^(3+)表面态和表面F-离子上,加速了光生电子和空穴的分离;光生电子与吸附在F/TiO_(2)表面的O_(2)发生反应,加速了H_(2)O_(2)的生成.光催化产H_(2)O_(2)性能实验结果表明,F-掺杂TiO_(2)后,光催化生成H_(2)O_(2)的产率由277μmol·g^(-1)·h^(-1)提高到了467μmol·g-1·h^(-1).循环实验结果表明,F/TiO_(2)使用前后形貌和晶体结构几乎没有改变,且循环实验后氧空位和Ti3+中心依然存在,说明制得的F/TiO_(2)光催化剂具有良好的稳定性.综上所述,本文借助第一性理论计算并结合实验结果,从d带中心调控的角度揭示了F/TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)活性提高的机理,阐明了光催化产H_(2)O_(2)的反应机制.本研究为优化光催化剂与氧气之间的吸附强度,提高光催化产H_(2)O_(2)的性能提供了一种新策略,可为后续光催化产H_(2)O_(2)技术的改进和应用提供参考.

硫化铟锡(In_(x)Sn_(5-x)S_(8))的能带调控及其可见光催化生成H2O2性能

双氧水(H_(2)O_(2))是一种重要的化学品,可以作为氧化剂或者燃料使用。基于半导体的光催化技术能够利用可再生的太阳能,以水和氧气为原料生产双氧水,是一种极具应用前景的工艺。因此,开发高效的半导体材料成为了急需突破的目标。通过调整原料的摩尔比,利用水热法制备出一系列硫化铟锡(In_(x)Sn_(5-x)S_(8))样品,其中,In4Sn S8纳米材料表现优异的光催化性能,在可见光下生成H_(2)O_(2)的速率为1.936μmol/(L·min),较单独In_(2)S_(3)和SnS_(2)分别提高了5.2倍和71.7倍。能带结构分析说明In_(x)Sn_(5-x)S_(8)的禁带宽度和能带位置可以由In/Sn摩尔比例控制,In_(4)SnS_(8)纳米材料具有合适的带宽(2.16 eV),其导带和价带分别位于-0.39 eV和1.77 eV,可以有效利用可见光并且能够同时满足双氧水生成过程的氧气还原路径和水氧化路径。此外,In4Sn S8纳米材料的多级次纳米花状形貌可以提供更多的反应活性位点,达到提升光催化性能的目的。