光催化还原CO_2的研究进展

CO_2资源化不但可以解决温室效应引起的环境问题同时又可以解决日益严峻的能源枯竭问题,利用光催化转化技术是固定CO_2的理想途径之一,促进光催化固定二氧化碳技术的核心课题是研发高效新型可见光响应的光催化材料。然而,传统的半导体光催化剂在还原CO_2的反应中可见光利用率低且催化活性也比较低。金属有机骨架材料的不断发展为我们研发具有高催化活性的光催化剂带来了希望。本文重点阐述了不同光催化材料对还原CO_2的研究现状及存在的问题,并对其发展趋势作了展望。     

TiO_2基催化剂还原CO_2研究进展

能源危机和环境污染是当今世界发展面临的两大挑战,如何有效缓解煤、石油等不可再生化石资源过度消耗所引发的能源危机,以及由此造成CO_2过量排放引起的温室效应问题,是当前人类发展亟待解决的重大科学问题之一。基于此,本文综述了近年来以TiO_2为光催化剂,以绿色、清洁的太阳光能催化还原CO_2成低价态含碳燃料(如CH_4、CH_3OH、HCHO、HCOOH、C_2H_5OH等)研究进展。在TiO_2光还原CO_2机理基础上,对元素掺杂、半导体复合与染料敏化、高活性晶面调控、低维纳米结构设计、助催化剂、Z型结构设计和单原子催化等方法来提高光还原CO_2反应效率和选择性进行分析,并指出目前研究存在的关键问题和未来CO_2光还原的发展方向。     

CoPc/TiO_2催化剂的制备及其光催化还原CO_2的研究

以钴酞菁(CoPc)为活性组分,TiO2为载体,采用浸渍法进行负载,制备CoPc/TiO2催化剂。用正交实验得到的最佳催化剂制备条件为:CoPc负载量为TiO2的1.0%,焙烧温度600℃,浸渍时间12 h,溶剂为甲苯。将此催化剂用于CO2还原,在可见光照下,即可将CO2还原为HCOOH、CO、CH4等,其中HCOOH为主产物,产量最高可达450.64μmol/g。另外,实验中还发现了光照下产生电子转移,CoPc变为CoPc.+,而CO2在TiO2表面获得电子被还原。     

Mg和Zr共掺杂TiO_2对光催化还原CO_2的影响

利用改良溶胶-凝胶法制备Zr-TiO_2和Mg/Zr-TiO_2催化剂,通过XRD、SEM、XPS、BET和UV-Vis技术手段进行表征,并考察其光催化还原CO_2的性能。结果表明,所制催化剂均为纳米级颗粒;Mg和Zr共掺杂时,Zr~(4+)取代TiO_2晶格中Ti~(4+),Mg~(2+)取代TiO_2晶格中Ti~(4+),增加了表面碱性位点,与TiO_2相比,Mg/Zr-TiO_2的禁带宽度降低;Mg和Zr起到协同作用,在气相反应器中光照10 h,1%Mg/0.25Zr-TiO_2催化剂在紫外光下催化还原CO_2生成CO和CH_4的量为54.89μmol/g和0.73μmol/g,是纯TiO_2的3.87倍和1.43倍;在可见光下催化还原CO_2生成CO和CH_4量为42.47μmol/g和0.56μmol/g,是纯TiO_2的4.01倍和1.75倍。     

原位合成CoPc/TiO_2光催化剂及其光催化还原CO_2的研究

采用原位化学合成的新方法,在TiO2凝胶基质合成过程中以邻苯二腈为原料,通过其四聚反应将钴酞菁(CoPc)在TiO2表面原位合成,得到均匀掺杂的CoPc/TiO2光催化剂。将其用于可见光下还原CO2反应,以CO2还原效率为考察指标,用正交实验对此光催化剂的制备条件进行了优化,得出催化剂的最佳制备条件是:CoPc的负载量为TiO2的3%,焙烧温度为200℃,pH=1,搅拌时间为12 h。用此CoPc/TiO2光催化剂在可见光照射下,水溶液中即可光还原CO2为甲醇、甲醛、甲酸等产物,在光照反应10 h后总产量最高可达2903.83μmol/g催化剂。另外,采用紫外可见漫反射光谱证实了CoPc在TiO2表面的成功掺杂。     

Mg和Zr共掺杂TiO_2对光催化还原CO_2的影响

利用改良溶胶-凝胶法制备Zr-TiO_2和Mg/Zr-TiO_2催化剂,通过XRD、SEM、XPS、BET和UV-Vis技术手段进行表征,并考察其光催化还原CO_2的性能。结果表明,所制催化剂均为纳米级颗粒;Mg和Zr共掺杂时,Zr⁽⁴⁺⁾取代TiO_2晶格中Ti(4+)取代TiO_2晶格中Ti⁽⁴⁺⁾,Mg(4+),Mg⁽²⁺⁾取代TiO_2晶格中Ti(2+)取代TiO_2晶格中Ti⁽⁴⁺⁾,增加了表面碱性位点,与TiO_2相比,Mg/Zr-TiO_2的禁带宽度降低;Mg和Zr起到协同作用,在气相反应器中光照10 h,1%Mg/0.25Zr-TiO_2催化剂在紫外光下催化还原CO_2生成CO和CH_4的量为54.89μmol/g和0.73μmol/g,是纯TiO_2的3.87倍和1.43倍;在可见光下催化还原CO_2生成CO和CH_4量为42.47μmol/g和0.56μmol/g,是纯TiO_2的4.01倍和1.75倍。     

纳米TiO_2光催化研究进展

介绍了TiO2光催化的原理,光催化技术的发展进程,详细叙述了过渡金属离子掺杂改性光催化剂以提高其光催化性能的机理,并对光催化剂在污水处理、空气净化、自清洁材料方面的应用进行了综述,最后对TiO2在今后的发展进行了展望。     

稀土掺杂TiO_2中空微球的制备及光催化还原CO_2

溶剂热法制备了TiO_2:RE(RE=Eu,Sm,La,Gd和Tb)中空微球。通过X-射线衍射(XRD)、投射电子显微镜(TEM)以及紫外-可见漫反射光谱观察分析产物的形貌和光谱特征。在紫外光照射下,通过产物光催化还原CO_2来评价催化剂的光催化效果。结果表明,TiO_2:RE中空微球的光催化活性比纯TiO_2中空微球的更好,五种产物的光催化活性从高到底顺序依次是TiO_2:LaTiO_2:GdTiO_2:TbTiO_2:SmTiO_2:Eu。其中TiO_2:La中空微球光催化还原5 h的产量达到250μmol·g~(-1)。且通过5次循环降解测试后,应保持较高的光催化活性,表明产物的稳定性很好。     

石墨烯/TiO_2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优良的导电性能,将石墨烯与TiO_2复合可显著提高复合材料的光催化性能,在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO_2复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用,并分析了石墨烯/TiO_2复合材料促进光催化机理,最后对石墨烯/TiO_2复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。     

TiO_2光催化水处理技术研究进展

介绍了TiO_2光催化水处理技术的作用机理,分析了TiO_2光催化水处理技术的影响因素,论述了TiO_2光催化去除水中重金属离子、含氧酸盐、有机物、藻类、微生物等的研究现状,总结了TiO_2光催化水处理技术存在的问题,并对其发展进行了展望。     

石墨烯基复合材料光催化还原二氧化碳研究进展

化石燃料的燃烧产生的二氧化碳（CO₂）所引起的温室效应已成为全球性问题。利用太阳光催化还原CO₂,不仅可以降低温室效应的危害,还可以提供碳氢燃料,缓解能源短缺问题。石墨烯作为一种新型的光催化剂载体材料,近年来受到越来越多人的关注。综述了近年来石墨烯基复合材料光催化还原CO₂的研究进展,并对今后的研究重点做出了展望。     

半导体复合材料光催化还原CO2的研究进展

光催化还原CO₂是实现碳循环的一种绿色的、环保的能源转化方式,该方法可以有效的将CO₂气体转化为可再生燃料,缓解能源危机和全球变暖问题。综述了半导体复合材料光催化还原CO₂为可再生碳氢燃料的研究进展,介绍了光催化还原CO₂的反应条件和光催化机理,并对已报道的不同类型半导体复合光催化材料进行分类,如“单一半导体型”、“金属/非金属掺杂半导体型”、“半导体复合型”和“碳材料–半导体复合型”。评述了各种半导体复合光催化材料的优缺点及其光催化性能的影响因素。在此基础上,进一步展望了半导体复合光催化材料催化还原CO₂的发展前景。     

TiO_2光催化降解农药的研究进展

二氧化钛光催化降解农药是一项新兴的、但很有发展潜力的技术。详细阐述了TiO2光催化降解农药的机理、影响因素和研究现状。     

原位合成法制备TiO_2负载酞菁钴催化剂用于CO_2光催化还原反应

以钛酸正丁酯为原料采用原位化学合成的新方法,以二价钴离子为模板剂在TiO_2凝胶基质合成的同时,通过邻苯二腈的四聚反应将酞菁钴(CoPc)在TiO_2表面原位合成,得到均匀掺杂的CoPc/TiO_2光催化剂,用紫外-可见漫反射光谱、傅立叶变换-红外光谱等证实了CoPc的成功负载,并将其用于可见光下、水溶液中CO_2的还原反应,通过比较还原反应的效率,确定此光催化剂的最佳制备条件为:CoPc在TiO_2表面的摩尔负载量为3%,焙烧温度为200℃,溶胶搅拌时间为20 h,钛酸丁酯与邻苯二腈及钴离子同时加入溶胶体系中,采用此法制备的催化剂中CoPc酞菁环上的电子密度增加,有利于作为敏化剂的激发态CoPc向半导体TiO_2的导带注入电子,而且CoPc被均匀分散于TiO_2凝胶基质中,其上的"笼效应"有效避免了CoPc的迁移,使其二聚及多聚倾向大大减弱,此光催化剂用于CO_2光还原,在可见光照射下,水溶液中即可光还原CO_2为甲醇、甲醛、甲酸等产物,在光照反应10 h后总产量最高可达2903.83μmol/ g-catal。     

石墨烯复合TiO_2及TiO_2掺杂光催化材料研究进展

本文介绍了TiO_2掺杂、石墨烯复合TiO_2二元和三元光催化材料的研究进展,以期为TiO_2掺杂改性以及TiO_2/石墨烯复合光催化材料的应用提供参考和借鉴。     

电气石/TiO_2复合材料的光催化体系研究

采用溶胶凝胶技术制备电气石/TiO_2复合光催化材料,研究其光催化反应体系中的溶解氧含量、水分子团结构等,并结合光催化降解甲基橙实验对光催化反应机理进行了初探.研究表明,随着电气石/TiO_2复合光催化材料质量分数的增加,反应体系中溶解氧含量的增长速度明显加快,但溶解氧含量的饱和值十分接近,均在8.15 mg/L附近.同时,电气石/TiO_2复合光催化材料的质量分数为0.1%时,静置2h后的水样峰宽由93.5 Hz下降到86.2 Hz.此外甲基橙的光催化降解实验表明,电气石/TiO_2复合光催化材料的光催化活性优于粒径为50nm的纳米TiO_2,将甲基橙的光催化降解率提高了41.8%.     

光催化制氢催化剂TiO_2改性研究进展

文章概述了光催化制氢催化剂TiO2改性研究进展。根据国内外最近研究,重点描述了TiO2的改性方面:贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属元素掺杂、染料敏化、晶面控制及半导体复合等的最新研究情况,阐述了该课题的意义和今后的研究方向。     

TiO_2光催化材料研究进展及运用

在全球环境污染日趋严重的今天,如何高效地治理环境污染引起广泛地关注。具有高量子效率,能充分利用太阳能的Ti O2因其成本低,具有良好的物理、化学性质,被广泛应用于各个领域,尤其是在降解水中有机物方面。综合论述Ti O2光催化材料的发展概况、降解原理及制备方法,介绍了Ti O2光催化材料的几种应用以及所要克服的技术瓶颈-如何提高二氧化钛光催化剂的催化活性做了一个简单的总结。     

TiO_2光催化技术研究进展及展望

半导体二氧化钛已被广泛应用于各污染治理领域,成为降解有机污染物的一种重要手段。文章从TiO2光催化剂的制备方法、掺杂与改性、负载基材三个方面综述了TiO2光催化技术的使用现状和研究进展,总结了TiO2光催化体系降解有机污染物的研究方向。     

TiO_2光催化降解有机污染物研究进展

近年来人们对光催化降解有机物进行了广泛的研究。使得非均相光催化以各种各样的形式出现。目前,在光催化领域里,TiO2起着非常重要的作用,与其它半导体相比,它具有成本低、惰性以及光稳定性。综述了有关TiO2在光照射下对有机污染物催化降解情况的研究进展,以及TiO2在紫外光和可见光下的光化机理,并对TiO2光催化降解有机物的研究前景进行了展望。