助催化剂在光催化分解水产氢中的应用

基于光催化分解水制氢原理,阐述了影响光催化效率的因素,并综述了助催化剂的种类、作用机理以及其发展方向。     

污水处理中的光催化技术

光催化技术是一种新兴的高效节能的污水处理技术。文章主要介绍了半导体光催化技术的作用机理,影响光催化效率的因素,包括半导体催化剂的晶体结构、粒径、催化剂用量、光强、有机污染物浓度、pH。同时还介绍了提高光催化效率的方法以及光催化技术在污水处理中的应用。     

石墨烯在光催化反应中应用的研究进展

石墨烯是近年来人们发现和合成的一种新型二维平面纳米材料,由于其优良的导电性能和巨大的比表面积,研究者们用石墨烯与光催化材料复合,改善其光催化性能,这已成为新型光催化材料的研究热点之一。本文阐述了近年来国内外对于石墨烯在光催化反应中应用的研究动态和主要成果,分析了影响半导体材料光催化效率的5个因素,即禁带宽度、能带位置、激发电子-空穴复合概率、光催化剂结晶性和光催化剂吸附性能。介绍了石墨烯提高光催化效率的方法,重点介绍了石墨烯在复合、包覆和自身参与光催化反应3个方法中的具体应用,提出通过石墨烯与某些特定的光催化材料复合而改变其禁带宽度,可为今后通过石墨烯调节其它半导体材料的禁带宽度提供有力的理论和实验依据。     

金属和非金属掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及应用研究进展

近年来,光催化领域的研究逐渐深入,TiO2作为一种环保廉价的光催化材料被广泛使用。纯TiO2的光催化活性受其禁带宽度的限制只能被紫外光激发,以及光生电子-空穴对复合几率高,光催化效率较低。如何有效提高TiO2的光催化效率,合成具有抑制光生电子-空穴复合且同时具有较窄能隙的TiO2材料成为研究重点。目前各类金属、非金属掺杂TiO2成为热门研究领域。本文综述了TiO2纳米材料的特点和结构,并系统归纳了常见金属、非金属掺杂TiO2纳米粒子的制备方法及其应用研究进展。     

外场协同结构调控光催化体系的研究进展

综述了结构调控增强光催化和外场协同结构调控增强光催化的机理及其最新研究进展,并对各外场增强光催化的优缺点进行了讨论。光催化是一种将太阳能直接转化为化学能的技术,在环境治理和能源危机解决方面具有巨大潜力。光生电子-空穴对的快速复合极大地限制了光催化剂的光催化效率。通过结构调控,如元素掺杂、贵金属负载、构建异质结结构等,可以大大提高光催化效率,但其应用仍有很强的局限性。近年来,外场(机械应力、微波、温度梯度、电场、磁场等)在光催化反应中的应用,显著提高了光催化效率,拓宽了光催化的应用范围。展望了外场协同结构调控增强光催化技术的发展前景和面临的挑战。     

异质结构复合半导体光催化性能研究

半导体光催化技术是解决环境和能源等问题的有效途径之一。但传统的半导体催化剂存在禁带宽度较大,太阳能利用率较低,反应速率慢。通过半导体-半导体复合构造异质结构光催化剂是实现这一目的的有效手段。研究发现,异质结构的存在,可有效降低光生电子与光生空穴复合效率,提高光催化性能。结果表明,通过改变晶粒尺寸、离子掺杂、表面敏化与外场耦合等办法,可进一步提高光催化效率。     

TiO2制备改性及光催化应用研究进展

TiO2纳米粒子是一种N型半导体材料,因其具有高活性、稳定性、生物相容性而成为最受重视的一种光催化纳米材料,得到了广泛应用。但由于其存在禁带宽度较大,电子受激发跃迁时产生的电子和空穴十分容易复合等问题,影响光了催化效率,制约着其进一步发展。目前,如何提高TiO2纳米粒子的光催化效率成为材料研究中的热点,是研究的核心课题之一。本文介绍了TiO2纳米粒子的光催化原理,系统综述了TiO2纳米粒子的制备方法;同时总结了提高TiO2纳米粒子光催化效率的方法,并介绍其在生产生活中的应用。     

热蒸发法制备ZnO微／纳米材料的光催化性能研究

采用简单的热蒸发法,调控温度与催化剂制备了ZnO微／纳米材料,通过扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射（xRD）对产物的结构和形貌进行了表征,并以甲基橙溶液为光催化反应模型降解物,考察了样品的光催化活性。结果显示,ZnO微／纳米材料为六角纤锌矿结构,Ni（NO3）2催化剂的存在对不同温度下生成的ZnO光催化效率有较显著影响。     

太阳能光解水制氢的核心催化剂及多场耦合研究进展

太阳能光解水制氢可从根本上解决能源需求及碳排放造成的环境污染问题,是各国关注的热点之一。利用太阳能全光谱光催化制氢是目前研究的主要方式,但存在催化效率较低,难以实际应用的问题。造成光催化剂催化效率低的主要因素在于比表面积小、光吸收能力弱、禁带宽度较宽、载流子迁移能力弱。对光催化机理和催化剂的优化策略进行了总结,通过敏化材料掺杂、元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载、高导电性石墨烯掺杂等策略来有效提高光催化剂对可见光的吸收、降低光生载流子的复合、增加活性位点、加速表面反应。此外,对光电、光热及光热电催化等近年发展起来的多场耦合催化制氢做了系统的介绍,对太阳能制氢催化剂理论和实践的未来发展做出了展望。     

光催化降解甲基橙及强化工艺研究进展

对光催化降解甲基橙(MO)过程中催化剂、反应器、影响因素、提高光催化反应效率措施4个方面进行综述，重点总结不同催化剂对MO降解率的影响及光催化反应器的研究进展。提高光催化降解MO的关键在于催化剂表面电子-空穴的分离、转移效率以及反应器光源与溶液光透过率的匹配。据此，将现有提高光催化降解MO措施分为3类：(1)优化催化剂捕获光的能力；(2)优化反应器内光源点布置；(3)改善催化剂负载方式，提高催化剂比表面积和表面微流动特性。最后，提出提高光催化效率需从光源分布与溶液的透光性不匹配的矛盾入手，以“光均匀分布”为原则优化反应器光源布置，提高吸光过程和催化过程的协同性。     

特殊形貌光催化剂的研究进展

光催化技术是将太阳能转化为化学能的一种非常有效的能源转化方式,是解决能源危机和环境污染问题的一种重要方法。一些特殊形貌的光催化剂具有比表面积大、光生电子-空穴对复合率低及光能利用率高等优点。总结了不同形貌光催化剂（纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片、核壳结构）的合成策略和光催化性能。经过对比后发现,利用水热法可以制备出多种特殊形貌的光催化剂,且所制备的光催化剂的催化性能优异。光催化剂的特殊形貌对其光催化性能提升的原因包括以下2个方面：1）可以提供更多的反应活性位点;2）提高光生电子-空穴对的分离效率。最后还提出了开发特殊形貌光催化剂的研究方向。     

碳点用于光催化分解水制氢的研究进展

光催化分解水制氢是获取氢能的理想方式,开发高效的光催化剂成为本领域研究的热点。碳点因为具有独特的上转换性能、可见光响应以及带隙可调的性质且水溶性好、无生物毒性、光致发光性能优异,在光催化产氢领域的应用引起了极大关注。目前合成碳点的方法主要包括自上而下和自下而上两种方式。通过表面钝化、表面功能化或元素掺杂等改性手段可以进一步增强碳点的光电性能和抗腐蚀性能。本文从碳点主要的制备和改性手段出发,概述了近年来碳点用于光催化分解水制氢领域主要的研究成果,总结了碳点分别作为光催化剂主体、助催化剂、光敏剂以及Z型结构的电子转移介质在光催化制氢中的应用。同时指出目前碳点在光催化制氢领域还普遍存在着机理不明晰、产氢效率偏低的问题,未来该领域的研究方向将侧重于大规模合成结构更精确、目标特定性更强的碳点以及探究碳点在光催化产氢过程中的优化机制。     

MnWO4/WO3的制备及其光催化性能的研究

光催化技术在解决环境污染和能源危机方面有着巨大的应用潜力,采用浸渍、焙烧的方法制备了一系列MnWO₄含量不同的MnWO₄/WO₃复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、HR-TEM、BET等方法对MnWO₄/WO₃复合光催化剂的结构形貌进行表征。通过光催化分解水产氧以及降解四环素来评价其光催化活性。通过能带结构、表面光电压(SPV)、荧光(PL)和活性物种实验分析MnWO₄/WO₃复合光催化剂的光催化活性增强机制。实验结果表明,所有MnWO₄/WO₃样品的光催化活性较纯WO₃样品都有提高,且随着MnWO₄含量的增加呈现先增高后下降的趋势,MnWO₄含量为3%的MnW-2样品表现出最优的光催化活性,其氧气产量为89.26 μmol,为WO₃纯样的3.45倍,对四环素的降解率达到了92.1%,一级反应动力学常数为WO₃纯样的8.98倍。通过对其能带结构及光生电子和空穴的分离效率进行分析发现,样品的光催化活性变化主要是由于光生载流子分离效率改变导致。     

外场辅助光催化机理及降解有机污染物研究进展

光催化技术能够利用太阳能生成自由基对有机污染物进行矿化降解，具有绿色、节能、无污染的优势，被认为是最有前景的高级氧化技术，目前研究集中于提升光催化技术的降解效率。而采用电场、超声场等外场辅助的方法能够通过提高溶液传质效率、抑制载流子复合、提高自由基产率等途径，进一步提高光催化效率。综述了电场、热场、微波场、超声场、磁场5种外场各自辅助光催化降解有机污染物的研究进展和应用现状，重点介绍了外场提升光催化降解效率的主要机理，归纳了每种外场辅助技术的优缺点，对其在应用中面临的问题进行总结，并对未来研究和发展方向进行了展望。     

共热解过程中煤与生物质相互作用的研究进展

煤炭与生物质共热解是实现煤炭高效清洁利用的重要途径之一。共热解可改善煤炭单独热解产生的污染问题和生物质单独利用时能源密度低、季节性供应不平衡的问题,不仅能提高煤炭转化效率,还能获得更高品质油品。本文从煤与生物质共热解的影响因素、研究方法和共热解过程中组分间相互作用等方面出发,对近期国内外煤与生物质共热解的研究进行综述。总结了生物质种类、热解工艺参数和热解反应器的类型对煤与生物质共热解过程的影响规律以及煤与生物质在共热解过程中的相互作用过程,即半焦与挥发分间的相互作用、挥发分间的相互作用、生物质中碱金属对共热解的催化作用,并针对如何进一步认识煤与生物质相互作用机理、提高共热解效率等问题和发展方向作了展望。     

光解水制氢单相催化剂研究进展

氢能能量密度高、环境友好,是一种潜力巨大的可再生能源,可以有效减轻甚至解决传统化石能源所带来的全球气候挑战。利用太阳能光催化水解制氢是一种理想的制氢方法,其中光解催化剂是这一领域的研究核心。本文介绍了近些年TiO₂、CdS和g-C₃N₄这3种最典型、最有前景的单相催化材料的研究现状及进展,分别对每种催化剂的特点和改性方法进行了总结。通过调变表面形貌或者与其他物质掺混,可以有效地改善光解催化剂对太阳能利用率不足、光生电子/空穴复合过快等问题,并由此提高光催化活性和稳定性,但离工业化仍有很大距离。最后指出了当前光解水制氢催化剂所面临的问题并展望了研究方向,为未来设计合成高效、稳定的光催化剂提供参考。     

多酶共固定化技术在糖类催化中的研究进展

糖类的催化反应对人体生命活动和工业生产具有重要意义。近年来,多酶共固定化技术迅速发展,为糖类的催化反应提供了一个绿色高效的研究工具。本文结合糖类催化中的多酶级联反应,系统阐述了多酶共固定化的方法,包括传统方法和新型方法,并指出了其各自的原理和优缺点。在此基础上,详细介绍了多酶共固定化技术在糖类催化中的应用,如淀粉的水解、纤维素的利用以及功能性糖的合成等,结果表明多酶共固定化技术不仅具有高效催化、稳定性强、易于分离等特性,而且能够充分发挥多酶之间协同催化的优势,极大地促进了糖类催化反应的进行。最后分析了多酶共固定化技术目前存在的问题与挑战,提出了一些解决问题的研究思路和方法,并展望了其发展前景。     

室燃炉共处置危险废物研究现状及其发展思考

室燃炉共处置危险废物作为一种新兴的危险废物焚烧处置技术,具有锅炉资源丰富、改造成本低、废物破坏率高等优点,可缓解危险废物处置能力不足现状。虽然目前国内外已有一些基础研究,但仍存在尚无大规模连续共处置经验、缺少对共处置危险废物时污染物排放规律和对室燃炉性能影响等技术性问题的研究。本文介绍了国内外室燃炉共处置危险废物的研究现状,同时介绍了具有相同处置原理、极具参考价值的室燃炉共处置污水污泥、固体回收废物的研究现状,分析了室燃炉共处置废物燃料时细颗粒物和气体污染物排放规律、重金属元素在不同灰分中的分配比例以及共处置对于锅炉运行工况的影响。最后指出了实现室燃炉共处置危险废物的大规模工业应用必须满足的三项要求,提出了对室燃炉共处置危险废物未来研究重点的思考。     

农业生物质与塑料共热解技术进展

共热解技术是将多种原料通过热化学方法转化为清洁能源的重要手段。本文综述了以农业生物质为主要原料与塑料（聚丙烯PP、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等）共热解技术的发展现状和研究进展。分析农业生物质与塑料共热解的动力学模型以及各组分之间的协同效应,阐述农业生物质与塑料的共热解机理;总结了温度、升温速率、滞留时间、原料混配比等因素对共热解协同作用的影响规律;探究生物质与塑料共热解固、液、气三相产物特性及分布规律,总结共热解技术优势及存在问题,展望未来发展方向,可为生物质与塑料共热解制备高附加值产品提供参考,同时也为农业生物质和农膜处理问题提供新方法、新思路。