包括:光源、石英冷井、反应器、升降架、低温水槽等部分 功能:主要研究固相表面和气相(如氮氧化物和烃类)光化学变化,如塑料和橡胶制品的老化现象等。 特点:1、样品置于反应器内。 2、光源放置于石英冷井中,通冷却水降温。 3、*的反光罩设计,可使样品充分接受光照。 4、升降架可以电动升降,支撑板高度可任意调节。 5、可接气象色谱仪。 对传统半导体光催化剂而言,其较差的CO2吸附能力限制了CO2转化效率的提高,为此在我们工作中,引入多孔材料―锆基有机骨架(UiO-66)作为有效CO2吸附剂与TiO2光催化剂复合。设计的两步合成策略赋予TiO2/UiO-66复合材料丰富的分级孔结构,从而确保了充足的催化位点和高CO2吸附量(78.9 cm3 g-1)。 后,以水为电子给体的温和气-固相催化体系中,CH4的产率可达17.9μmolg-1 h-1,选择性高达90.4%,即使在低的CO2浓度条件下(≤2%),光催化效率也能达到与纯CO2气氛相当的水平。后,从CO2富集和催化位点暴露等方面详细讨论了光催化活性提高的机理,阐明这种复合结构的*性。终实验结果发表在Applied Catalysis B: Environmental上。 化石燃料消耗量和二氧化碳排放量的增加带来了严重的能源危机和环境问题,例如温室效应。由于光催化技术可以直接利用可持续的太阳能将大气中的CO2分子转化为有价值的含碳燃料,因此它是同时缓解能源和环境压力的一种有前途的方法。典型的TiO2基光催化剂,由于它们的低比表面积和缺乏匹配的孔结构而通常具有极低的CO2分子吸附能力,因此其CO2转化效率的提高受到限制。对于非均相光催化,转化效率主要取决于在光催化剂表面的催化活性位点上CO2分子的吸附。因此,需要开发具有高CO2吸附能力和足够的催化位点的高性能光催化剂。 通过多孔材料与光催化剂复合是使CO2分子在催化位点上吸附和富集以提高CO2转化效率的一种可行性策略。金属有机骨架(MOFs)作为新型微孔晶体材料,具有大的比表面积,且对CO2吸附具有高亲和力,因此将MOFs材料和具有匹配的带隙结构光催化剂复合可以充分利用它们的高CO2捕获能力和半导体特性的优点,有利于电子转移到活性位点,然后与吸附的CO2进行催化转化。 目前文献当中通常通过两种不同类型的方法来设计异质结构。一种是在光催化剂表面包裹MOFs,以充分利用MOFs的高比表面积和吸附CO2的特性,尽管这种方法有益于提高催化剂的比表面积和CO2吸附量,但是MOFs的存在掩蔽了部分催化位点以及光吸收。另一种是在MOF的表面上组装光催化剂,以将活性位点暴露在外部,为了避免表面负载的光催化剂堵塞MOFs的多孔结构,需尽量降低光催化剂的含量,这意味着光催化反应的活性位点十分有限。这两类方法的挑战是二氧化碳吸附量和暴露的催化位点之间常常不可兼得。基于以上问题,我们设想构筑MOF基复合材料能够保证高CO2吸附能力的条件下,还能暴露出足够的活性位点以进行光催化CO2转化。 研究亮点 我们设计一种简单的两步合成策略制备TiO2/UiO-66异质结构,该方法保证即使TiO2在复合材料中含量高达81.3 %时,CO2吸附量相比较于纯UiO-66仅下降20%(从98.9下降到78.9 cm3 g-1),在很大程度上保留了UiO-66的微孔结构,同时提供了足够的催化位点。有趣的是,所设计的复合光催化剂即使在较低的二氧化碳浓度(≤2%)下,CH4产率也能达到与纯CO2气氛相当的水平。 图文解析 催化剂的合成与表征 TiO2/UiO-66复合材料是通过简单的两步法制备。首先,通过回流-水热法制备结晶高的二氧化钛纳米颗粒。然后,通过自组装方式将TiO2纳米颗粒吸附在UiO-66表面上。如图1a-d所示,TiO2团簇均匀的覆盖在UiO-66八面体的光滑表面上,由于超细TiO2颗粒之间静电斥力的存在,所以形成的TiO2团簇没有密集覆盖住UiO-66八面体的表面,避免对UiO-66孔结构的堵塞。通过图1e和f中放大和高分辨率的TEM图像可以清楚地识别UiO-66和TiO2之间的界面。图1h-j中的高角度环形暗场(HAADF)映射图像进一步表明UiO-66八面体表面上TiO2团簇的均匀分散。 |