【摘 要】
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CO2是化学工业排放物,也是主要的温室效应气体,同时又是一种存量丰富的潜在碳资源和氧资源。如能在温和条件下将CO2转化为具有高附加值的燃料,将为合理利用CO2提供一条有效途径,这不仅与环境保护和资源利用密切相关,而且对人类社会和国民经济的可持续发展有着重大战略意义。本文通过共沉淀-高温煅烧相结合的方法制得富含氧空位的Mg Fe2O4光催化剂材料。研究表明,氧空位的引入增强了材料对可见光的吸收性能,
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CO2是化学工业排放物,也是主要的温室效应气体,同时又是一种存量丰富的潜在碳资源和氧资源。如能在温和条件下将CO2转化为具有高附加值的燃料,将为合理利用CO2提供一条有效途径,这不仅与环境保护和资源利用密切相关,而且对人类社会和国民经济的可持续发展有着重大战略意义。本文通过共沉淀-高温煅烧相结合的方法制得富含氧空位的Mg Fe2O4光催化剂材料。研究表明,氧空位的引入增强了材料对可见光的吸收性能,促进催化剂中光生电子-空穴对的有效分离,有助于提高光催化效率。此外,氧空位的引入也提升了Mg Fe2O4表面对CO2的化学吸附能力。适当提高煅烧温度可以提高样品的尖晶石相纯度和氧空位浓度,样品Mg-Fe-750中的氧空位浓度最高,表现出最佳的催化活性。此时,在可见光下CO和H2的产率分别为24.4和34.3μmol/gcat/h,分别是Mg-Fe-650光催化剂活性的5.19倍和1.96倍。在确定最佳煅烧温度的基础上,对Mg-Fe-750样品进行了A、B位金属离子掺杂,并进行了XRD、SEM、TEM、和UV-Vis等测试。结果表明A、B位掺杂后样品的形貌仍为不规则颗粒状,但样品的比表面积有所增加,从而暴露出更多的反应位点。此外A、B位掺杂可降低Mg Fe2O4的带隙,增强催化剂对光的响应能力。掺杂过程中可发生晶格畸变引入缺陷位,在禁带中产生掺杂能级,抑制了光生电子-空穴对的快速复合。这些都有助于提高光催化活性。其中Ba0.15Mg0.85Fe2O4和Mg In0.2Fe1.8O4光催化剂的催化性能最佳。Ba0.15Mg0.85Fe2O4的CO和H2的产率分别为40.0和38.4μmol/gcat/h,是Mg Fe2O4产率的1.64倍和1.12倍。Mg In0.2Fe1.8O4的CO和H2的产率分别为37.6和40.6μmol/gcat/h,是Mg Fe2O4产率的1.54倍和1.18倍。通过共沉淀法合成了尖晶石型（Fe,Cr,Co,Ni,Mg）3O4、岩盐结构的（Cu,Co,Ni,Mg,Zn）O和萤石结构的（Ce,La,Pr,Cr,Sm）O2三种高熵氧化物（HEOs）和一系列四组元混合氧化物,表征分析了其物相结构、形貌、光电及光催化CO2还原性能等。在四组元中催化剂不能形成单一的固溶体结构,而五组元体系由于具有较高的构型熵,在高温下可形成单相的HEOs。尖晶石型HEOs微观形貌为不规则颗粒状,而岩盐型和萤石型HEOs为片层结构的无孔材料。HEOs中因晶格畸变产生更多的点缺陷,增强可见光响应能力,促进光生载流子的分离。同时因“鸡尾酒效应”使得各组成元素间的性能相互作用,使其具有比四组元样品更优异的光催化性能。（Fe,Cr,Co,Ni,Mg）3O4、（Cu,Co,Ni,Mg,Zn）O和（Ce,La,Pr,Cr,Sm）O2五组元高熵氧化物进行光催化反应时,CO的生成速率分别为16.22,13.91和21.74μmol/gcat/h,H2的生成速率依次为10.53,10.72和6.06μmol/gcat/h。与催化活性最佳的四组元相比,CO的产率分别提升了26.72%,39.38%和66.20%,H2的产率提升了37.11%,8.83%和31.39%。
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