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TiO_(2)@H^(+)/g⁃C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能及机理分析
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作者 徐宏妍 陈书航 +2 位作者 郝亚超 赵阳灿 王斯琰 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第2期239-246,共8页
本文研究了TiO_(2)含量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H^(+)/g-C_(3)N_(4)),然后通过煅烧法在H^(+)/g-C_(3)N_(4)表面负载TiO_(2)得到TiO_(2)... 本文研究了TiO_(2)含量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H^(+)/g-C_(3)N_(4)),然后通过煅烧法在H^(+)/g-C_(3)N_(4)表面负载TiO_(2)得到TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,利用透射电镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料进行了表征,研究了其在可见光下的光催化产氢性能,探讨了TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料光催化产氢机理。实验结果表明:1)煅烧法可以成功制备TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,且TiO_(2)的负载显著地提升了H^(+)/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢性能,这主要归功于TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结的形成降低了光生电子空穴的复合速率,加快了电子的转移速率;2)实验结果还表明TiO_(2)的负载量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能有很大影响,当TiO_(2)含量为25%时,所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能最好,其光催化产氢速率为3.47 mmol·g^(−1)·h^(−1),是H^(+)/g-C_(3)N_(4)产氢速率的4.05倍,这主要归功于25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)大的比表面积和高的光吸收度;3)所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料还表现出良好的稳定性。 展开更多
关键词 g-c_(3)N_(4) TiO_(2) 光催化产氢 异质结 煅烧
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Fe促进的Pt@CeO_(2)催化剂用于CO_(2)加氢制C_(1)产品 被引量:1
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作者 王子健 李雨鸥 +3 位作者 张玲玲 汪啸 宋术岩 张洪杰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期62-67,共6页
在Pt@CeO_(2)核壳纳米球表面引入过渡金属助剂,探究了不同过渡金属的引入对其CO_(2)加氢性能的影响.研究结果表明,Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳,液体C_(1)产率达到6.34×10^(-2) mmol·g^(-1)_(cat.)·h^(-1).透... 在Pt@CeO_(2)核壳纳米球表面引入过渡金属助剂,探究了不同过渡金属的引入对其CO_(2)加氢性能的影响.研究结果表明,Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳,液体C_(1)产率达到6.34×10^(-2) mmol·g^(-1)_(cat.)·h^(-1).透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附实验、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)和H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)等表征结果表明,Fe物种在Pt@CeO_(2)表面均匀分散,且Fe的存在降低了Pt物种的电荷密度,产生了更多的Pt^(2+)物种,提高了产物中甲醇的选择性.此外,Fe的存在还促进了更多氧空位(O_(v))的形成,进而促进了对CO_(2)的吸附及后续的加氢反应,提高了催化活性. 展开更多
关键词 cO_(2)加氢 c_(1)产品 核壳纳米球 Fe助剂
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CoP修饰Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料作为高效析氢反应电催化剂 被引量:1
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作者 孙巍 王永靖 +5 位作者 项坤 白赛帅 王海涛 邹菁 Arramel 江吉周 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第8期36-39,共4页
高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D)MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料,但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而,MXene材料具有很多优点,如较大的... 高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D)MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料,但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而,MXene材料具有很多优点,如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团,因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论(DFT)预测了CoP与Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene(其中T_(x)=―F和―OH官能团)具有低的氢吸附自由能(ΔGH^(*))。接着,我们合成了CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料,并在0.5 mol∙L^(−1)H_(2)SO_(4)中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10 mA∙cm^(−2)时表现出了低的过电位(135 mV)和Tafel斜率为48 mV∙dec^(−1)。理论计算表明,CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti_(3)C_(2)T_(x)的高金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。 展开更多
关键词 Ti_(3)c_(2)T_(x)MXene 析氢反应 cOP 密度泛函理论 界面电荷转移
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Ni/Ti_(3)C_(2)(MXene)催化剂制备及催化肉桂醛选择加氢性能
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作者 李孟函 苏通明 +3 位作者 罗轩 谢新玲 秦祖赠 纪红兵 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2238-2248,共11页
以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/T... 以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/Ti_(3)C_(2)进行了表征,考察了其催化肉桂醛选择加氢的性能。结果表明,Ni负载量为10%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂(记为10Ni/Ti_(3)C_(2))具有最佳的性能,其Ni金属颗粒均匀负载在Ti_(3)C_(2)表面上,层状结构清晰,比表面积为9.6 m^(2)/g,具有最小的金属Ni平均粒径(43.59 nm)和最高的分散度(0.21%)。随着Ni负载量的增加,Ni/Ti_(3)C_(2)的比表面积和酸位点强度逐渐增加,表面酸性位点种类变化不大,10Ni/Ti_(3)C_(2)具有强Lewis酸位点(NH_(3)脱附峰在511℃左右),热稳定性较好。在H_(2)压力2.0 MPa、30 mL异丙醇为溶剂、反应温度120℃的条件下,0.5000 g 10Ni/Ti_(3)C_(2)催化1.0000 g肉桂醛选择加氢反应3.0 h,肉桂醛转化率和苯丙醇选择性分别为100%和99.29%;在4次循环中,10Ni/Ti_(3)C_(2)表现较高的催化稳定性,肉桂醛转化率100%,苯丙醇选择性99.29%~92.07%。 展开更多
关键词 MXene Ni/Ti_(3)c_(2) 催化 肉桂醛 苯丙醇 选择加氢 KBH4还原
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Fe基CO_(2)加氢制C_(2+)醇催化剂研究进展
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作者 陈永杰 邢小芳 +1 位作者 王阳 吴明铂 《燃料化学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1580-1593,共14页
Fe基催化剂因价格低廉、结构易于调控、热稳定性优良以及兼具CO_(2)分子C-O键活化和C-C键偶联活性位点等优势,成为热催化CO_(2)加氢制高值化学品C_(2+)醇的理想选择。本工作围绕Fe基催化剂制备、改性和结构-性能关系等,介绍了CO_(2)加氢... Fe基催化剂因价格低廉、结构易于调控、热稳定性优良以及兼具CO_(2)分子C-O键活化和C-C键偶联活性位点等优势,成为热催化CO_(2)加氢制高值化学品C_(2+)醇的理想选择。本工作围绕Fe基催化剂制备、改性和结构-性能关系等,介绍了CO_(2)加氢制C_(2+)醇领域的最新研究进展,讨论了影响Fe基催化剂CO_(2)加氢反应性能的关键因素,即活性位点电子结构特性影响关键反应中间体的吸附行为,进而影响催化反应网络。阐述了金属-载体间电子相互作用和第二元素掺杂改性两大最常用策略调控Fe基催化剂电子结构特性的有效性,讨论了双组分级联催化和CO/CO_(2)共进气两种反应过程强化策略。本工作也展望了该研究领域面临的机遇和挑战,以期推动热催化CO_(2)加氢制C_(2+)醇Fe基催化剂的工程化应用。 展开更多
关键词 cO_(2)加氢 c_(2+)醇 Fe基催化剂 电子结构调控
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CO_(2)催化加氢制备C_(1)产物的反应路径与催化剂研究进展 被引量:2
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作者 黄艳 王贵文 +2 位作者 杨龙 徐冬 高腾飞 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第3期1-8,共8页
通过二氧化碳(CO_(2))催化加氢制备碳基燃料和高值化学品是一种极具应用前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。针对CO_(2)催化加氢制备的C_(1)产物,包括甲酸(HCOOH)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH_(3)OH)和甲烷(CH_(4)),从反应路径、... 通过二氧化碳(CO_(2))催化加氢制备碳基燃料和高值化学品是一种极具应用前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。针对CO_(2)催化加氢制备的C_(1)产物,包括甲酸(HCOOH)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH_(3)OH)和甲烷(CH_(4)),从反应路径、催化工艺等方面综述了相关研究进展。首先,总结了CO_(2)催化加氢生成不同C_(1)产物的反应路径及其竞争关系。随后,针对CO_(2)催化加氢催化剂的改性方式,讨论了不同催化剂的催化性能。最后,对CO_(2)催化加氢催化剂的未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 cO_(2) c_(1)产物 催化加氢 反应路径 催化剂
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Effects of zinc on χ-Fe_(5)C_(2) for carbon dioxide hydrogenation to olefins:Insights from experimental and density function theory calculations 被引量:1
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作者 Xianglin Liu Minjie Xu +2 位作者 Chenxi Cao Zixu Yang Jing Xu 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期206-214,共9页
Production of light olefins from CO_(2), the primary greenhouse gases, is of great importance to mitigate the adverse effects of CO_(2) emission on environment and to supply the value-added products from nonpetroleum ... Production of light olefins from CO_(2), the primary greenhouse gases, is of great importance to mitigate the adverse effects of CO_(2) emission on environment and to supply the value-added products from nonpetroleum resource. However, development of robust catalyst with controllable selectivity and stability remains a challenge. Herein, we report that Zn-promoted Fe catalyst can boost the stable and selective production of light olefins from CO_(2). Specifically, the Zn-promoted Fe exhibits a highly stable activity and olefin selectivity over 200 h time-on-stream compared to the unpromoted Fe catalyst, primarily owing to the preservation of active χ-Fe_(5)C_(2) phase. Structural characterizations of the spent catalysts suggest that Zn substantially regulates the content of iron carbide on the surface and suppresses the reoxidation of bulk iron carbide during the reaction. DFT calculations confirm that adsorption of surface carbon atoms and graphene-like carbonaceous species are not thermochemically favored on Zn-promoted Fe catalyst. Carbon deposition by CAC coupling reactions of two surface carbon atoms and dehydrogenation of CH intermediate are also inhibited. Furthermore, the effects of Zn on antioxidation of iron carbide were also investigated. Zn favored the hydrogenation of surface adsorbed oxygen atoms to H_(2)O and the desorption of H_(2)O, which reduces the possibility of surface carbide being oxidized by the chemisorbed oxygen. 展开更多
关键词 Reaction engineering χ-Fe_(5)c_(2) Zn promoter carbon dioxide hydrogenation Density function theory
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g-C_(3)N_(4)QDs@Go/MoS_(2)二维复合半导体催化剂的合成及光催化性能研究
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作者 阿更兄 马尚文 +3 位作者 马海燕 李淑依 吴可量 任铁真 《化学研究与应用》 CAS 北大核心 2024年第4期728-737,共10页
为了解决MoS_(2)纳米片容易堆积、导电性低的科学问题,通过水热法在MoS_(2)催化剂水热引入石墨烯增强其导电性,制备出Go/MoS_(2)纳米片,随后负载上已合成的量子点(g-C_(3)N_(4)QDS),构建出g-C_(3)N_(4)QDS@Go/MoS_(2)三元二维复合催化剂... 为了解决MoS_(2)纳米片容易堆积、导电性低的科学问题,通过水热法在MoS_(2)催化剂水热引入石墨烯增强其导电性,制备出Go/MoS_(2)纳米片,随后负载上已合成的量子点(g-C_(3)N_(4)QDS),构建出g-C_(3)N_(4)QDS@Go/MoS_(2)三元二维复合催化剂,用于光催化产氢。g-C_(3)N_(4)量子点由于其独特的电子结构和物理化学特性,其能带与MoS_(2)较为匹配,作为半导体材料也可以激发产生光生载流子,促进了整体催化产氢的效率。在本研究中复合催化剂显示出较高的光催化性能,2.5 h氢气产量为7.25μmol/g,相较于Go/MoS_(2),提升了近1.5倍。 展开更多
关键词 MoS_(2)催化剂 石墨烯 g-c_(3)N_(4)量子点 光催化制氢
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类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的构造及其优异的光催化性能 被引量:1
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作者 李宁 高雪云 +2 位作者 苏俊珲 高旸钦 戈磊 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期161-170,共10页
随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C_(3)N_(4)具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C_(3)N_... 随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C_(3)N_(4)具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C_(3)N_(4)的载流子复合率高,光催化性能不佳.研究者尝试负载贵金属(如Pt,Ag,Au等),利用贵金属功函数较高,可以快速捕获g-C_(3)N_(4)表面的光生电子,从而有效抑制光生载流子的复合;但其成本较高,限制了该技术的产业化.目前类金属材料(MoO_(2),NbO_(2),WO_(2)等)不仅表现出类似贵金属的特性,且价格低廉,有望替代贵金属.因此,引入类金属助催化剂是实现高载流子浓度和宽光谱照射下强光子吸收的好方法.本文设计并制备了类金属WO_(2)/g-C_(3)N_(4)纳米复合物,其表现出了较好的光催化性能:在可见光照射2h,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的光催化降解效率高达96%;同时,4 wt%WO_(2)/g-C_(3)N_(4)/Pt产氢效率高达2436.9μmolg^(-1)h^(-1),是未改性样品3 wt%Pt/g-C_(3)N_(4)的2.55倍和非贵金属样品WO_(2)/g-C_(3)N_(4)的6.18倍,且表现出很好的循环稳定性.紫外可见漫反射光谱和态密度计算结果表明,WO_(2)具有非常窄的带隙,可吸收200-800 nm的宽范围可见光.实验测试和理论计算结果表明,WO_(2)因带隙较窄而表现出类金属特性,即在WO_(2)/g-C_(3)N_(4)界面,WO_(2)快速捕获电子,从而抑制光生载流子的复合.类金属WO_(2)因具有较低的功函数而表现出比贵金属Pt低的捕获光生电子活性.综上,本文为合理设计助催化剂/半导体,实现高效的光催化性能提供了新视角. 展开更多
关键词 g-c_(3)N_(4) 类金属WO_(2) 光催化产氢性能 光催化降解 非贵金属光催化剂
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Self-assembly synthesis of phosphorus-doped tubular g-C_(3)N_(4);Ti_(3)C_(2)MXene Schottky junction for boosting photocatalytic hydrogen evolution 被引量:4
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作者 Kelei Huang Chunhu Li +3 位作者 Xiuli Zhang Liang Wang Wentai Wang Xiangchao Meng 《Green Energy & Environment》 SCIE EI CSCD 2023年第1期233-245,共13页
Establishing highly effective charge transfer channels in carbon nitride(g-C_(3)N_(4)) to enhance its photocatalytic activity is still a challenging issue.Herein,the delaminated 2D Ti_(3)C_(2) MXene nanosheets were em... Establishing highly effective charge transfer channels in carbon nitride(g-C_(3)N_(4)) to enhance its photocatalytic activity is still a challenging issue.Herein,the delaminated 2D Ti_(3)C_(2) MXene nanosheets were employed to decorate the P-doped tubular g-C_(3)N_(4)(PTCN)for engineering 1D/2D Schottky heterojunction(PTCN/TC)through electrostatic self-assembly.The optimized PTCN/TC exhibited the highest hydrogen evolution rate(565 μmol h^(-1)g^(-1)),which was 4.3 and 2.0-fold higher than pristine bulk g-C_(3)N_(4) and PTCN,respectively.Such enhancement may be primarily attributed to the phosphorus heteroatom doped and unique structure of 1D/2D g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) Schottky heterojunction,enhancing the light-harvesting and charges’separation.One-dimensional pathway of g-C_(3)N_(4) tube and built-in electric field of interfacial Schottky effect can significantly facilitate the spatial separation of photogenerated charge carriers,and simultaneously inhibit their recombination via Schottky barrier.In this composite,metallic Ti_(3)C_(2) was served as electrons sink and photons collector.Moreover,ultrathin Ti_(3)C_(2) flake with exposed terminal metal sites as a co-catalyst exhibited higher photocatalytic reactivity in H2 evolution compared to carbon materials(such as reduced graphene oxide).This work not only proposed the mechanism of tubular g-C_(3)N_(4)/Ti_(3)C_(2) Schottky junction in photocatalysis,but also provided a feasible way to load ultrathin Ti_(3)C_(2) as a co-catalyst for designing highly efficient photocatalysts. 展开更多
关键词 Tubular g-c_(3)N_(4) Ti_(3)c_(2)MXene Schottky junction PHOTOcATALYST Hydrogen evolution
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钯化学态对g-C_(3)N_(4)光催化还原CO_(2)的影响:单原子态在促进CH4生成中的独特作用
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作者 李钱 唐麒君 +4 位作者 熊珮瑶 陈东之 陈建孟 吴忠标 王海强 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期177-190,共14页
化石燃料过度消耗引起的CO_(2)过量排放和能源短缺问题日益突出.利用太阳能和光催化剂将CO_(2)转化成高附加值化学原料,可以同时缓解温室效应与能源短缺,是实现“碳中和”与社会可持续发展的有效途径.目前在光催化剂合成方面已取得巨大... 化石燃料过度消耗引起的CO_(2)过量排放和能源短缺问题日益突出.利用太阳能和光催化剂将CO_(2)转化成高附加值化学原料,可以同时缓解温室效应与能源短缺,是实现“碳中和”与社会可持续发展的有效途径.目前在光催化剂合成方面已取得巨大进步,但由于电荷重组严重,表面反应动力学迟缓,CO_(2)还原效率仍普遍偏低.助催化剂修饰是改善催化剂催化CO_(2)还原效率的有效策略.贵金属是提升催化剂性能最显著的一类助催化剂,然而其资源有限,优格昂贵,将贵金属助催化剂的尺寸减小至单原子,可以最大限度地提高原子利用率,大幅降低成本,显著提升催化剂的催化性能.现有研究在揭示贵金属助催化剂性能提升机制时,主要集中在其对基底材料性质的影响,忽略了单原子态与其它化学价态的区别.因此本文以g-C_(3)N_(4)(CN)纳米片为基底,研究Pd单原子(Pd-SA),PdO_(x),Pd纳米颗粒(Pd-NP)修饰对CN光催化还原CO_(2)性能的影响及性能提升差异显著的内在机制.利用透射电子显微镜、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜、X射线光电子能谱、基于同步辐射的X射线吸收谱等手段确定Pd物种在CN表面的存在形态和化学价态.性能测试结果表明,三种形态Pd修饰均可促进CN光催化还原CO_(2)的性能,但提升效果存在显著差异.Pd/CN-SA上的CH_(4)产量约2.25μmol/g,明显高于PdO_(x)/CN(1.08μmol/g),Pd/CN-NP(0.44μmol/g)和CN(0.104μmol/g);Pd修饰后,CN的CH_(4)选择性明显提高,其中Pd/CN-SA的CH_(4)选择性高达73.5%,优于PdO_(x)/CN(67.2%)和Pd/CN-NP(60%).光电性质分析结果表明,Pd修饰有效提升了CN的光吸收性能,显著促进了载流子的迁移与分离,且Pd/CN-NP和PdO_(x)/CN的有效光生电子密度较Pd/CN-SA更高,结果说明样品的光电性质不是影响其光催化还原CO_(2)活性的关键因素.CO_(2)^(-)PPD结果表明,Pd/CN-SA表面具有丰富的中等强度的碱性位(HCO_(3)-),更有利于CO_(2)吸附与活化.H_(+)的产生通常伴随着·OH和·O_(2)^(-)的形成,因此根据电子自旋共振获得的·OH和·O_(2)^(-)产量可推测出,Pd/CN-NP可形成最丰富的H_(+),PdO_(x)/CN次之,Pd/CN-SA最低.H_(2)吸附实验结果表明,在氢溢流效应的影响下,Pd修饰显著促进了CN对H_(2)的吸附,且Pd/CN-SA对H_(2)的吸收量最大,说明H_(2)在Pd-SA表面更易发生解离形成·H,这可能是其CH_(4)产量较高的重要原因.对比了以H_(2)和H_(2)O为还原剂时的CO_(2)光催化还原性能,结果表明,PdO_(x)/CN和Pd/CN-SA的CH_(4)产量分别下降了66.3%和28.6%,Pd/CN-NP的甲烷产量反而提高,说明Pd/CN-NP可能具有较好的·H利用效率,其以H_(2)O为还原剂时的低CH_(4)产量可能受限于·H的形成.为进一步验证该推测,利用DFT模拟研究了H_(2)O分子在Pd/CN-NP,PdO_(x)/CN和Pd/CN-SA表面的吸附解离能,结果表明,H_(2)O分子在Pd/CN-SA表面的活化能最低,最有利于·H的形成.此外,完整的H_(2)O解离反应过程中Pd/CN-NP会释放出0.40 eV能量,Pd/CN-SA与PdO_(x)/CN则需补充额外的能量(0.51和1.47 eV),再次强有力地证明Pd/CN-NP具有较好的·H利用效率.最后,利用原位红外分析了各样品光催化还原CO_(2)反应过程的差异,发现Pd/CN-SA表面的CO_(2)吸附态物种在可见光照射下更容易参与至后续的光催化还原反应中;PdO_(x)/CN和Pd/CN-NP表面的CO_(2)吸附态物种含量足够丰富,但由于它们的光生电子还原能力有限,无法将吸附物种进一步还原;Pd/CN-SA和Pd/CN-NP表面吸附的CO可进一步被还原成甲氧基,但吸附在PdO_(x)/CN表面的CO难以被进一步还原.综上,本文揭示了贵金属Pd的化学价态对CO_(2)还原性能的关键作用,对未来合理设计开发更有效的CO_(2)还原光催化剂具有借鉴意义. 展开更多
关键词 cO_(2)光催化还原 化学价态 Pd g-c_(3)N_(4) H原子利用
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Se掺杂WO_(3)·0.5H_(2)O/g-C_(3)N_(4)光电催化剂的析氢反应性能 被引量:3
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作者 崔慧娜 董文斌 +2 位作者 廖港丽 赵震 姚垚 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第1期109-116,共8页
以二氰二胺、硒粉和钨酸钠为前驱体,采用一锅法成功制备出Se掺杂WO_(3)·0.5H_(2)O/g-C_(3)N_(4)(Se/WCN)催化剂。并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的物相结构、形貌及化学组成... 以二氰二胺、硒粉和钨酸钠为前驱体,采用一锅法成功制备出Se掺杂WO_(3)·0.5H_(2)O/g-C_(3)N_(4)(Se/WCN)催化剂。并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的物相结构、形貌及化学组成进行表征。与原始的WO_(3)和g-C_(3)N_(4)相比,Se/WCN催化剂的起始电位降到了-0.75 V(vs RHE),电流密度高达70 mA·cm^(-2),表现出更高的电催化活性。而光照后,Se/WCN的催化性能进一步提升,起始电位从-0.75 V(vs RHE)降至-0.65 V(vs RHE),电荷转移电阻由371.4Ω减小到310.0Ω。 展开更多
关键词 g-c_(3)N_(4) WO_(3)·0.5H_(2)O 光电催化 Se掺杂 析氢
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无碱CO_(2)加氢高效制甲酸Pd/g-C_(3)N_(4)催化剂的单原子和纳米簇的协同作用 被引量:1
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作者 Eun Hyup Kim Min Hee Lee +3 位作者 Jeehye Kim Eun Cheol Ra Ju Hyeong Lee Jae Sung Lee 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期214-221,共8页
气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO_(2)持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO_(2)排放.捕获CO_(2)并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO_(2)净排放的有效措施.其中,CO_(2)催化... 气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO_(2)持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO_(2)排放.捕获CO_(2)并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO_(2)净排放的有效措施.其中,CO_(2)催化加氢制甲酸(HCOOH)是碳捕获与利用(CCU)的有效途径之一,其产物HCOOH可用于防腐剂、牲畜饲料抗菌剂和食品添加剂,也可作为氢载体和直接甲酸燃料电池的燃料.目前,工业上生产HCOOH的工艺包括两个步骤:甲醇和CO在强碱条件下反应生成甲酸甲酯(HCO_(2)CH_(3)),随后水解为HCOOH.该工艺利用来自化石燃料的两种原料,排放出大量CO_(2),同时在水解步骤中使用了过量的酸性水,因此对生态环境产生一定的危害.近年来,以CO_(2)为可再生原料合成HCOOH被广泛研究,人们探索了电化学、光化学、生物和热化学反应等多种途径将CO_(2)还原为HCOOH,以期实现CO_(2)循环利用.上述方法距实际应用尚有一定距离,其中,CO_(2)催化加氢制HCOOH过程最先进,它与当前许多化学工业过程相似.由于CO_(2)分子的化学稳定性,CO_(2)加氢生成HCOOH在热力学上不利,可通过有机碱和无机碱形成甲酸-碱配合物,推动反应向生成HCOOH方向移动.然而,从甲酸基配合物中提取HCOOH需要额外的分离步骤,因此在无碱条件下直接将CO_(2)加氢生成HCOOH非常重要.本课题组致力于研究无碱条件下g-C_(3)N_(4)负载的Pd(记为Pd/CN)催化剂催化CO_(2)加氢合成HCOOH,前期研究(Chem.Commun.,2016,52,14302-14305和J.Catal.,2021,396,395-401)发现,通过控制Pd负载量可改变催化剂中Pd单原子/Pd纳米团簇的比例,且当两种状态Pd达到最佳比例时,催化剂催化活性最高.这表明在无碱CO_(2)加氢过程中,Pd单原子与纳米团簇间存在协同作用.此外,最近有关于单原子和纳米团簇在负载金属催化剂中不同作用的报道,如NixMg1-xO催化逆水气变换反应,Ir1/In_(2)O_(3)和Pd/Fe_(3)O_(4)催化CO_(2)加氢制乙醇反应等,这些工作得出相似的结论:单原子金属对CO_(2)活化有效,而纳米团簇对H_(2)活化有效.这对于设计以CO_(2)和H_(2)为反应物的金属催化剂很重要.本工作旨在考察类似的机理是否适用于Pd/CN催化剂在无碱条件下催化CO_(2)加氢制HCOOH过程.通过控制Pd负载量,合成了含有不同比例Pd单原子和Pd纳米团簇的Pd/CN催化剂,Pd与g-C_(3)N_(4)表面碱性位间的强静电相互作用使合成含有大量Pd单原子的Pd/CN催化剂成为可能.在Pd/CN催化剂催化无碱CO_(2)加氢制HCOOH过程中,当两种状态Pd达到最佳比例时,Pd单原子和Pd纳米簇之间存在协同作用,此时催化剂活性最高.实验表明,Pd纳米簇主要通过解离吸附参与H_(2)活化,Pd单原子对CO_(2)活化更有效.在最佳单原子比(单原子数/(单原子数+纳米簇)为41%)时,该催化剂表现出最高的活性,优于文献报道的相似反应条件下Pd催化剂活性.这些发现将为以CO_(2)和H_(2)分子为反应物的反应的催化剂设计提供一定的参考. 展开更多
关键词 无碱cO_(2)加氢制甲酸 Pd/g-c_(3)N_(4) 单原子催化剂 纳米簇催化剂 协同效应
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基于机器学习的CO_(2)催化加氢制航空煤油筒式反应器数学模拟分析与优化
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作者 黄成 刘操 +3 位作者 黄磊 崔灵瑞 马宏方 曹发海 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第7期120-128,共9页
借助Fe基催化剂,CO_(2)通过加氢反应可成功转化为高附加值的航空煤油,具有很好的工业应用潜力。目前缺少准确适宜的CO_(2)加氢合成航空煤油的反应器模型,因此亟需对其反应模型进行构建,为相关工艺的工业化提供参考。通过机器学习探究实... 借助Fe基催化剂,CO_(2)通过加氢反应可成功转化为高附加值的航空煤油,具有很好的工业应用潜力。目前缺少准确适宜的CO_(2)加氢合成航空煤油的反应器模型,因此亟需对其反应模型进行构建,为相关工艺的工业化提供参考。通过机器学习探究实验条件和关键组分CO和CO_(2)物质的量分数关系,构建了关键组分CO和CO_(2)预测模型;基于Anderson-Schulz-Flory分布规律,构建了碳链增长模型,进一步构建了产物分布模型;基于催化床层物料衡算、热量衡算和压降计算,建立了筒式固定床反应器的一维拟均相模型;通过模拟一定工艺条件得到了CO_(2)加氢合成航空煤油的反应结果,并对工艺条件进行了模拟优化。模拟结果表明,反应器进口温度升高、空速增大,CO_(2)转化率降低,航空煤油集总组分C_(11)H_(24)时空产率增加;操作压力增大,CO_(2)转化率增加,C_(11)H_(24)时空产率在反应压力为2.0 MPa时最高;饱和沸腾水温度升高,CO_(2)转化率和C_(11)H_(24)时空产率增加。最佳CO_(2)加氢制航空煤油反应条件:反应器进口温度为275℃、进口压力为2.0 MPa、空速为4000 h-1和饱和沸腾水温度为294℃。此时CO_(2)转化率为21.95%,C_(11)H_(24)时空产率为12.14g/(L·h),床层压降为0.20MPa。 展开更多
关键词 cO_(2)加氢 航空煤油 机器学习 筒式固定床反应器 反应器模拟
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ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)三元异质结的制备及其光催化产氢性能
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作者 陆亚男 邹晓莉 +1 位作者 王磊 耿延玲 《聊城大学学报(自然科学版)》 2023年第6期57-64,共8页
采用水热法制备了ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)(ZGM)三元异质结构复合光催化剂。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等表征了产物的物相、形貌和可见光吸收特性。结果表明,纳米片状的ZnIn_(2)S... 采用水热法制备了ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)/MoS_(2)(ZGM)三元异质结构复合光催化剂。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见漫反射光谱等表征了产物的物相、形貌和可见光吸收特性。结果表明,纳米片状的ZnIn_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)包覆在MoS_(2)微球上构建了异质结构,增强了光响应能力。与ZnIn_(2)S_(4)相比,ZGM的光催化分解水产氢性能明显提升;ZGM-5的产氢速率最高为3.26 mmol·g-1·h-1。光生载流子在异质结界面的快速分离降低了它们的复合率,因此提高了光催化产氢性能。 展开更多
关键词 硫化铟锌 石墨相氮化碳 硫化钼 三元异质结 光解水产氢
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Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR处理NO效能
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作者 刘婉婷 钱飞跃 +3 位作者 赵俊杰 徐正慧 王建芳 缪润珠 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1335-1346,共12页
构建Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR一体化系统,驯化具有同步反硝化及铁还原能力的混合菌种,在维持反应体系稳定反硝化性能的基础上,探究进水Fe(Ⅱ)EDTA浓度、pH值对NO去除效率的影响,分析微生物群落结构.结果表明,Fe(Ⅱ)EDTA络合吸... 构建Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR一体化系统,驯化具有同步反硝化及铁还原能力的混合菌种,在维持反应体系稳定反硝化性能的基础上,探究进水Fe(Ⅱ)EDTA浓度、pH值对NO去除效率的影响,分析微生物群落结构.结果表明,Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR还原一体化系统对NO具有稳定去除效能,最大去除效率为99.50%.提高初始Fe(Ⅱ)EDTA浓度有助于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,且体系内的NO平均去除速率随着Fe(Ⅱ)EDTA浓度的提升而提升.在Fe(Ⅱ)EDTA浓度为10mmol/L时,NO最大去除速率达到44.68mg/(m3·h).pH值升高则不利于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,控制pH值为6更适合一体化系统运行.微生物群落结构分析发现一体化阶段优势菌门Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes,在该反应器中承担着重要的功能和作用,其丰度占比分别为50.35%,16.43%,14.98%. 展开更多
关键词 氢自养膜生物膜反应器(H_(2)-MBfR) 烟气脱硝 络合吸收 影响因素
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A Kinetic Study of Selective Hydrogenation of Carbon Monoxide to C_2 Oxygenates on Rh-Mn-Li-Fe/SiO_2 Catalyst 被引量:2
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作者 Hongmei Yin, Yunjie Ding, Hongyuan Luo, Daiping He, Weimiao Chen, Zhiyong Ao, Liwu LinNatural Gas Utilization and Applied Catalysis Laboratory, Dalian Institute of Chemical Physics, The Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China 《Journal of Natural Gas Chemistry》 EI CAS CSCD 2003年第4期233-236,共4页
The kinetics of CO hydrogenation for the synthesis of C_2 oxygenates overRh-Mn-Li-Fe/SiO_2 was investigated. Kinetic parameters for the formation of ethanol, acetaldehyde,C'2 oxygenates, methanol and methane were ... The kinetics of CO hydrogenation for the synthesis of C_2 oxygenates overRh-Mn-Li-Fe/SiO_2 was investigated. Kinetic parameters for the formation of ethanol, acetaldehyde,C'2 oxygenates, methanol and methane were obtained. The activation energy. H_2 and CO dependenceorders for ethanol and acetaldehyde formation differed greatly, the large difference seemed to implythat they were formed through different intermediates. 展开更多
关键词 carbon monoxide hydrogenation Rh-Mn-Li-Fe/SiO_2 catalyst c_2 oxygenates kinetic
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Integrated Photothermal Nanoreactors for Effi cient Hydrogenation of CO_(2) 被引量:2
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作者 Jiahui Shen Rui Tang +8 位作者 Zhiyi Wu Xiao Wang Mingyu Chu Mujin Cai Chengcheng Zhang Liang Zhang Kui Yin Le He Chaoran Li 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2022年第4期236-244,共9页
To alleviate the energy crisis and global warming,photothermal catalysis is an attractive way to effi ciently convert CO_(2)and renewable H_(2) into value-added fuels and chemicals.However,the catalytic performance is... To alleviate the energy crisis and global warming,photothermal catalysis is an attractive way to effi ciently convert CO_(2)and renewable H_(2) into value-added fuels and chemicals.However,the catalytic performance is usually restricted by the trade-off between the dispersity and light absorption property of metal catalysts.Here we demonstrate a simple SiO 2-protected metal-organic framework pyrolysis strategy to fabricate a new type of integrated photothermal nanoreactor with a comparatively high metal loading,dispersity,and stability.The core-satellite structured Co@SiO_(2)exhibits strong sunlight-absorptive abil-ity and excellent catalytic activity in CO_(2)hydrogenation,which is ascribed to the functional separation of diff erent sizes of Co nanoparticles.Large-sized plasmonic Co nanoparticles are mainly responsible for the light absorption and conversion to heat(nanoheaters),whereas small-sized Co nanoparticles with high intrinsic activities are responsible for the catalysis(nanoreactors).This study provides a new concept for designing effi cient photothermal catalytic materials. 展开更多
关键词 cO_(2)hydrogenation Photothermal catalysis Integrated photothermal reactor Light absorption property Intrinsic catalytic capacity
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NiS/TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)三元异质结结构的构筑及光催化产氢性能
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作者 姚庆 顼建乐 +3 位作者 金闯 王亮 赵文森 李朋伟 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第4期526-533,共8页
二维过渡金属碳化物MXene(Ti_(3)C_(2))因其优良二维层状结构及导电性被认为是一种理想的光催化材料。采用两步水热法结合原位自氧化方法合成了NiS/TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)(TCTNS)三元复合光催化剂。运用多种分析手段(场发射扫描电子显微镜... 二维过渡金属碳化物MXene(Ti_(3)C_(2))因其优良二维层状结构及导电性被认为是一种理想的光催化材料。采用两步水热法结合原位自氧化方法合成了NiS/TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)(TCTNS)三元复合光催化剂。运用多种分析手段(场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱仪及光电流测试)对其结构进行了表征,研究了其光催化分解水产氢的活性,探讨了材料的组成、结构与性能之间的相互影响。结果表明,与单一NiS和二元TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)催化剂相比,复合光催化剂具有更高的光电性能。其可见光驱动的光催化H_(2)产氢速率可达3269μmol/(g·h),是二元TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)产氢速率的约19倍。实验结果表明,由于NiS和TiO_(2)纳米颗粒覆盖重建的多异质结界面,以及TCTNS复合光催化剂中存在更多的电子转移通道,复合光催化剂可显著抑制光生载流子的复合,实现高效的光-电能源转换,因此在光催化产氢领域有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 Ti_(3)c_(2) MXene 原位自氧化 光催化产氢 异质结结构
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通过产物转化分离推动CO_(2)加氢制甲醇过程的研究进展
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作者 周秋明 牛丛丛 +4 位作者 吕帅帅 李红伟 文富利 徐润 李明丰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2776-2785,共10页
将过量排放的CO_(2)加氢合成高附加值甲醇的过程因受热力学限制使其原料转化利用率较低,通过产物转化分离的方式能够打破热力学平衡,从而推动反应正向进行,提高CO_(2)转化率。本文以将甲醇作为中间体耦合其他反应继续转化成低碳烯烃、... 将过量排放的CO_(2)加氢合成高附加值甲醇的过程因受热力学限制使其原料转化利用率较低,通过产物转化分离的方式能够打破热力学平衡,从而推动反应正向进行,提高CO_(2)转化率。本文以将甲醇作为中间体耦合其他反应继续转化成低碳烯烃、芳烃等化工原料,以及利用膜反应器将副产水原位脱除等两种典型的产物转化分离方式为中心,分别展开论述其在促进CO_(2)加氢反应过程中,耦合反应条件优化、催化剂筛选制备以及分子筛膜反应器设计与改性等方面的研究现状。重点讨论了耦合反应的双功能型催化剂中分子筛载体的酸性与孔道结构对反应性能的影响,并分析了膜反应器未来的研发重点与难点在于进一步提高其制备可重复性。 展开更多
关键词 cO_(2)加氢 甲醇 热力学 低碳烯烃 芳烃 膜反应器
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