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本文设计制备了AB2O4/TiO2复合光催化剂用于还原CO2制甲酸,对CO2固定和转化具有重要的研究意义。通过TG-DTA、XRD、IR、UV.UV-Vis、SPS、SEM、NH3-TPD和BET等表征对光催化剂的结构和光化学性质进行分析。
1.采用溶胶-凝胶法制备出CoCr2O4、CoAl2O4、MgFe2O4,考察了焙烧温度和焙烧时间对CoCr2O4的影响。结果表明,制备的三种催化剂均为尖晶石型,属立方晶系,Fd-3m(227)空间点群;样品在可见光区有吸收;随焙烧温度和焙烧时间增加,样品晶型趋于完整,结晶度提高。在700℃下焙烧4 h制备的CoCr2O4光催化还原CO25h制甲酸产量可达4198.54μmol/g·cat。相同还原条件下光催化活性比较:CoCr2O4>CoAl2O4>MgFe2O4,700℃焙烧4 h的晶粒平均尺寸分别为22.5 nm,14.6 nm,63.8 nm。
2.采用溶胶-凝胶法制备出CoCr2O4/TiO2,考察了复合摩尔比和焙烧温度对样品性能的影响。结果表明,CoCr2O4复合TiO2后晶型未发生变化,球形颗粒分布均匀,拓展了光响应范围,提高电荷分离效率,增大比表面积到69.3207 m2/g,提高了光催化还原CO2效率。CoCr2O4/TiO2-1/2-600还原CO25 h制甲酸产量为6823.54μmol/g·cat,高于未复合的CoCr2O4。
3.采用溶胶-凝胶法制备出COAl2O4/TiO2。结果表明:复合TiO2对尖晶石COAl2O4的晶体结构没有影响,样品酸性电位增强,吸附性能提高,比表面积增大到60.2864 m2/g,有效抑制光生电子和空穴复合,提高量子效率和光催化活性。CoAl2O4/TiO2-1/2-600还原CO25 h制甲酸产量为5973.42μmol/g·cat,高于未复合的COAl2O4。
4.采用溶胶-凝胶法制备出MgFe2O4/TiO2。结果表明,复合后的MgFe2O4晶型未发生改变,复合的光敏化作用使MgFe2O4吸收边蓝移,提高光生载流子分离效率,增大脱附峰面积和比表面积。MgFe2O4/TiO2-1/2-600还原CO25 h制甲酸产量为5381.26μmol/g·cat,高于未复合的MgFe2O4。相同还原条件下光催化活性比较:CoCr2O4/TiO2>CoAl2O4/TiO2>MgFe2O4/TiO2。