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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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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
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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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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:2
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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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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
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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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
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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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ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及可见光催化制氢性能 被引量:9
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作者 孙亚光 张含烟 +4 位作者 明涛 徐宝彤 高雨 丁茯 徐振和 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3160-3166,共7页
采用水热方法制备了ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(PL)等手段对其结构和性能进行表征.结果表明,当ZnIn_(2)S_... 采用水热方法制备了ZnIn_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(PL)等手段对其结构和性能进行表征.结果表明,当ZnIn_(2)S_(4)的负载量为20%(质量分数)时,复合材料表现出最佳的光催化制氢性能,制氢速率可达到637.08μmol·g^(−1)·h^(−1),分别为纯ZnIn_(2)S_(4)和纯g-C_(3)N_(4)的4倍和37倍.其原因在于ZnIn_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)之间具有紧密的异质结结构,两者有效的结合改善了组分的能带匹配和界面电荷转移,从而大幅增强了载流子的分离和迁移,进而提高光催化的性能. 展开更多
关键词 光催化制氢 石墨相氮化碳 硫代铟酸锌
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前驱体结构及Cu含量对CuFe基催化剂CO_(2)加氢制C_(2+)醇性能的影响 被引量:1
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作者 杨晨 温月丽 +4 位作者 王斌 张倩 贾雅珍 周森森 黄伟 《天然气化工—C1化学与化工》 CAS 北大核心 2022年第4期32-40,共9页
采用类水滑石(HTLC)的制备方法制备了CuFeMg、CuFeZn和CuFeZnMg催化剂前驱体,考察了前驱体结构以及催化剂碱性强度对CO_(2)加氢制C_(2+)醇性能的影响。结合表征结果和催化剂的活性评价数据发现,相对于类水滑石前驱体结构,碱性强度对CO_... 采用类水滑石(HTLC)的制备方法制备了CuFeMg、CuFeZn和CuFeZnMg催化剂前驱体,考察了前驱体结构以及催化剂碱性强度对CO_(2)加氢制C_(2+)醇性能的影响。结合表征结果和催化剂的活性评价数据发现,相对于类水滑石前驱体结构,碱性强度对CO_(2)加氢性能的影响更为显著,弱碱性位有利于C_(2+)醇的生成。以性能最优的CuFeZn催化剂为基础,考察了活性金属Cu含量(物质的量)对CO_(2)加氢性能的影响。结果表明,改变Cu含量会影响催化剂中活性金属的相互作用、Cu^(0)的晶粒尺寸以及Fe物种的价态。当n(Cu):n(Fe):n(Zn)=0.5:1.0:2.0时,催化剂中各物种分散均匀,Cu^(0)晶粒尺寸适宜,且低价Fe物种较多,因而表现出良好的催化性能,此时CO_(2)转化率为7.70%,总醇选择性为37.78%,C_(2+)醇占比达94.26%,C_(2+)醇的时空收率为46.08 mg/(mL·h)。 展开更多
关键词 cuFe基催化剂 cO_(2)加氢 c_(2+)醇 类水滑石结构 碱性
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2024铝合金与AZ91镁合金的C_(2)Cl_(6)除气研究
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作者 贾征 喻兵 +2 位作者 杜安娜 徐海鹏 陈杼鑫 《热加工工艺》 北大核心 2021年第21期11-14,共4页
对比研究了C_(2)Cl_(6)对2024铝合金及AZ91镁合金的除气效果。结果表明,2024铝合金及AZ91镁合金的最高除气率可分别达44.8%及41.8%,此时熔体含氢量分别达到0.096 cm3/(100 g)和11.3 cm3/(100 g)。就添加量而言,AZ91镁合金比2024铝合金... 对比研究了C_(2)Cl_(6)对2024铝合金及AZ91镁合金的除气效果。结果表明,2024铝合金及AZ91镁合金的最高除气率可分别达44.8%及41.8%,此时熔体含氢量分别达到0.096 cm3/(100 g)和11.3 cm3/(100 g)。就添加量而言,AZ91镁合金比2024铝合金所需的C_(2)Cl_(6)添加量要大一些(前者为2%~3%,而后者约为1%)。C_(2)Cl_(6)对AZ91镁合金有明显的细化效果。并测试和分析了除气后合金的力学性能。除气后,铝合金和镁合金的力学性能均提高。 展开更多
关键词 2024铝合金 AZ91镁合金 氢含量 c_(2)cl_(6)除气剂 晶粒细化
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Ti_(3)C_(2) MXene助催化剂组装的介孔TiO_(2)用以增强光催化甲基橙降解和产氢活性 被引量:5
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作者 李华鹏 孙彬 +3 位作者 高婷婷 李欢 任永强 周国伟 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期461-471,共11页
利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO_(2)因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO_... 利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO_(2)因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO_(2)由于具有独特的介孔结构,更有利于光催化过程中反应物的吸附和传输.然而,单一TiO_(2)具有较高的光生载流子重组效率和低的光利用率等缺点,导致其光催化活性低.通过负载助催化剂可以增强光吸收、促进光生载流子的分离以及提供更多活性位点,是提高光催化活性的一种有效策略.目前,常用的高效助催化剂主要为贵金属,如Pt,Pd和Au等,但昂贵的价格及稀缺性限制了其在未来的广泛应用.因此,寻找新型的非贵金属助催化剂来提高光催化剂的活性具有重要意义.MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物和/或氮化物,具有丰富的表面亲水性官能团、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,适合用于光催化中作为助催化剂来提高光催化性能.受此启发,本文利用静电自组装策略将介孔TiO_(2)纳米颗粒均匀地固定在Ti_(3)C_(2)MXene助催化剂上,构建了紧密的介孔TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)复合材料,并研究其光催化降解甲基橙(MO)和产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的介孔TiO_(2)和Ti_(3)C_(2)可以通过静电作用构筑稳定的复合材料.X-射线粉末衍射、拉曼光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜等表征也进一步表明,成功制备了介孔TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)复合材料.XPS也证明在复合材料中光生电子从TiO_(2)转移到Ti_(3)C_(2)助催化剂上,表明两者之间具有强相互作用.BET测试结果表明,相比单一的介孔TiO_(2),复合材料具有更大的比表面积和孔体积,可提供更多的活性位点,有利于提高光催化活性.紫外-可见漫反射光谱表明,Ti_(3)C_(2)助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,复合材料具有优异的光生载流子分离和转移能力.在光催化性能测试中,最佳Ti_(3)C_(2)含量(3wt%)的介孔TiO_(2)/Ti_(3)C_(2)复合材料在40 min内对MO的光催化降解效率可达99.6%,并利用自由基捕获实验和电子自旋共振表征证实了活性物种·O_(2)-和·OH在光催化降解过程中起主要作用.此外,该复合材料也表现出了较好的产氢性能(218.85μmolg^(-1)h^(-1)),约为单一介孔TiO_(2)的5.6倍,且三次循环后仍保持稳定的产氢效率.综上,MXene族材料可以作为一种高效的非贵金属助催化剂应用于光催化领域. 展开更多
关键词 介孔TiO_(2) 静电自组装 Ti_(3)c_(2)MXene 助催化剂 光催化降解 光催化产氢
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集成二维层状CdS/WO_(3)S型异质结及金属化Ti_(3)C_(2)MXene基欧姆结高效光催化产氢 被引量:15
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作者 白浚贤 沈荣晨 +3 位作者 姜志民 张鹏 李佑稷 李鑫 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期359-369,共11页
开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢是一个非常具有挑战性的课题.近年来,具有高产氢活性的CdS光催化剂引起了人们的研究兴趣.但是光生电子-空穴对快速复合、反应活性位点不足以及严重的光腐蚀等问题... 开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢是一个非常具有挑战性的课题.近年来,具有高产氢活性的CdS光催化剂引起了人们的研究兴趣.但是光生电子-空穴对快速复合、反应活性位点不足以及严重的光腐蚀等问题,严重地制约了CdS在光催化领域的实际应用.构建S型异质结和负载助催化剂被认为是促进光生电子空穴分离和加速产氢动力学的有效策略.本文通过在低成本的WO_(3)和Ti_(3)C_(2)MXene(MX)纳米片上生长CdS纳米片,设计并构建了具有二维耦合界面的2D/2D/2D层状异质结光催化剂,以实现高效的可见光光催化分解水产氢.首先通过水热煅烧和刻蚀的方法分别制备了WO_(3)和MX纳米片,然后以乙酸镉和硫脲为原料在乙二胺溶剂中通过水热法合成了MX-CdS/WO_(3)层状异质结光催化剂.在可见光下,以乳酸为牺牲剂测试了光催化剂的产氢活性且经过4次连续的循环反应,MX-CdS/WO_(3)体系展现出良好的活性及稳定性.在可见光的照射下,MX-CdS/WO_(3)层状异质结光催化剂最高的可见光光催化分解水产氢速率达到了27.5 mmol/g/h,是纯CdS纳米片的11倍.与此同时,在450 nm的光照下,表观量子效率达到了12.0%.为了深入探讨其高效产氢机理,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、原子力显微镜、透射电镜、高分辨电子显微镜等对MX-CdS/WO_(3)体系的组成和结构进行分析.结果表明,实验成功地合成了CdS,WO_(3)和MX三种纳米片及其复合材料.通过紫外-可见漫反射光谱研究了样品材料的光吸收能力.通过表面光电压、稳态及瞬态荧光光谱等研究了材料的电荷载流子复合和转移行为,发现MX-CdS/WO_(3)的光生电子空穴对相比与纯CdS或者二元复合材料具有更高的分离效率.UPS和ESR等表征结果说明,材料内部电场的方向和在光照条件下光生载流子的迁移方向,从而证实了S型异质结和欧姆结的成功构建.综上,在MX-CdS/WO_(3)光催化剂体系中,S型异质结形成较强的界面电场能够有效促进CdS纳米片与WO_(3)纳米片之间光生电子-空穴对的分离.同时,二维Ti_(3)C_(2)MXene纳米片作为辅助催化剂,通过与CdS/WO_(3)纳米片构建欧姆结,进而提供大量的电子转移途径和更多的析氢反应活性位点,使得CdS光催化剂的光催化活性和稳定性得到了很大的提升.通过构建S型内建电场、欧姆结和2D/2D界面可以协同提高CdS纳米片的光催化性能,从而加速光生电子在异质结中的分离和利用.本文所采用基于S型异质结与欧姆结基助催化剂之间的耦合策略可以作为一种通用策略扩展到其它传统半导体光催化剂的改性中,从而推进高效光催化产氢材料的有效合成. 展开更多
关键词 光催化分解水产氢 2D层状S型异质结 cdS纳米片 WO_(3)纳米片 Ti_(3)c_(2)MXene基欧姆结 2D耦合界面
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双配体CuFe@MOFs材料为前驱体的催化剂的组分调控对CO_(2)加氢制C_(2+)醇性能的影响 被引量:2
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作者 张倩 温月丽 +5 位作者 王斌 范鹤鸣 杨晨 宋镕鹏 张维中 黄伟 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1390-1398,共9页
采用水热法制备了以对苯二甲酸和对氨基苯甲酸为配体的双配体Fe基MOFs材料(MIL-88B(Fe)),在浸渍一定量Cu物种后经氮气气氛焙烧得到活性组分均匀分散的CuFe基催化剂。通过改变2种配体的比例调控催化剂表面Fe活性物种的价态分布,并考察了... 采用水热法制备了以对苯二甲酸和对氨基苯甲酸为配体的双配体Fe基MOFs材料(MIL-88B(Fe)),在浸渍一定量Cu物种后经氮气气氛焙烧得到活性组分均匀分散的CuFe基催化剂。通过改变2种配体的比例调控催化剂表面Fe活性物种的价态分布,并考察了其用于固定床反应器上CO_(2)加氢制C_(2+)醇的催化性能,结合X射线衍射(XRD)、H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征结果发现,对苯二甲酸与对氨基苯甲酸物质的量之比为5∶2时,催化剂表面低价态铁原子占比为71.27%,催化剂展现最优的催化活性,CO_(2)转化率为8.80%,总醇选择性为31.52%,其中C_(2+)醇的物质的量分数达到94.70%。 展开更多
关键词 双配体 cuFe@MOFs 组分调控 二氧化碳 加氢 c_(2+)醇
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具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4)制备 被引量:1
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作者 赵聪越 李春灵 +3 位作者 陈明慧 张丰泉 吴卫东 刘冬 《材料研究与应用》 CAS 2022年第4期518-527,共10页
面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4),测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V_(2... 面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4),测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V_(2)O_(5)负载可以增强g-C_(3)N_(4)的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V_(2)O_(5)/g-C_(3)N_(4)具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol∙g^(−1)∙h^(−1),降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。 展开更多
关键词 V_(2)O_(5) g-c_(3)N_(4) 光催化析氢 光催化降解
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