表面修饰纳米半导体促进催化还原CO2的研究

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在“碳达峰、碳中和”的国际背景需求下,CO2的转化与利用尤为重要。光催化还原CO2条件温和,具有巨大的研究空间。以提高光催化还原CO2效率和选择性为目标,通过构建半导体异质结、负载金属纳米颗粒和引入碱金属离子作为助催化剂的方法来对半导体进行表面修饰,设计制备出高效CO2转化光催化剂。在CuO表面原位水热合成金属有机框架Ui O-66,并利用光还原法负载Ag纳米颗粒。得到的CuO和Ui O-66形成Z-型异质结,提高了光生载流子的传递速率,抑制光生载流子的复合。Ag纳米颗粒进一步提高电子传递效率,提高对HCOOH的选择性。其中,最优比例催化剂将CO2以63.00μmol·g-1·h-1的速率还原为HCOOH,同时HCOOH的选择性达94.91%。经理论计算证明了CuO是产生HCOOH的主要活性位点,Ag纳米颗粒对*H具有较强的吸附能力,有利于吸附的*H与相邻吸附在CuO上的*OCO结合形成*OCOH,进而选择性生成HCOOH。在Ti O2表面光还原负载Cu纳米颗粒作为活性位点,在得到的Cu/Ti O2的表面通过机械研磨法引入Na+作为助催化剂,最终得到的催化剂是Cu纳米颗粒分散在均一球形形貌的Ti O2表面,光还原CO2前,Na+以Na NO3的形态存在。Na+可以提高催化剂对CO2吸附性能,Na+与Cu/Ti O2之间存在Ti-O-Cu-Na的相互作用,有助于为Cu活性位点将吸附在Na+上的CO2活化并还原。当助剂Na+的量为5 wt.%时,负载0.5 wt.%的Cu纳米颗粒的催化剂光催化还原CO2制CH3OH的速率可达到846.50μmol·g-1·h-1,是Ti O2和没有Na+助剂的Cu(0.5%)/Ti O2的17.6倍和1.56倍。同时,Na+的存在有助于Cu纳米颗粒的稳定分散,有5 wt.%的Na+存在的Cu(0.5%)/Ti O2反应后Cu单质在Ti O2表面的分散度仍达0.667。图47幅;表9个;参124篇。
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