基于TiO2半导体材料的制备及其光催化CO2固定的研究

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CO2作为一种温室气体,所产生的温室效应对人们生活产生了巨大的影响,大气中CO2含量的持续增长和作为不可再生资源的化石能源的不断消耗越来越受到人们的关注。光催化还原CO2不仅能够减少大气中CO2含量,而且能够将CO2转化为高附加值的燃料及化工原料,如CH4、CO、C2H6等,使太阳能和CO2资源得以充分利用,绿色环保,极具研究价值和应用前景。本文釆用葡萄糖还原法制备Pd/TiO2催化剂,并将其用于光催化CO2加氢反应,评价其反应性能。研究发现:随着反应时间的增加,产物CH4、CO和C2H6产量逐渐增加,Pd的负载能够有效促进反应进行,随着Pd负载量增加,反应活性呈现出了先增大后减小的趋势,1.0%Pd/TiO2表现出了最高的活性,紫外光(λ<400nm)照射3h,CH4、CO和C2H6产量分别为355.62、46.35和39.69μmol/g。反应活性的提高得益于Pd和TiO2的协同作用,Pd纳米颗粒具有聚集电子的作用,能够形成电子聚集中心。一方面,有效分离了电子空穴,提高反应性能;另一方面,Pd可以作为反应活性位,对CO2进行吸附、活化,有效促进光催化CO2加氢反应效率的提高。此外,利用溶胶凝胶法制备Ce-TiO2催化剂,同样以葡萄糖还原法在其表面进行Pd的负载,该催化剂对光催化CO2加氢反应的作用结果显示:Ce的掺杂有利于反应活性的提高,随着Ce掺杂量的增大,反应活性呈现先增大加后减小趋势,0.5%Ce-TiO2(1.0%Pd)催化剂表现出了最好的活性,可见光(400nm<λ<760nm)照射3h,CH4和CO的产量分别为220.61和27.36μmol/g。Ce元素的掺杂可以形成杂质能级,从而将TiC2的光响应范围延伸至可见光区域,Ce元素以Ce3+、Ce4+两种价态存在,并且这两种价态之间的转换有利于电荷的分离。Pd作为一种助催化剂,可吸附活化CO2,提供反应活性位,提高反应效率。
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