本课题主要针对工业废气CO2对环境的污染和光催化剂本身所存在的缺陷展开,采用无机盐溶胶.凝胶法制备了一系列组成不同的尖晶石型光催化剂,利用UV-Vis DRS、XRD和SEM等表征手段,对其光电活性、晶体结构和微观形貌进行了分析。考察了光催化剂制备过程中焙烧温度及时间对光催化剂结构与光催化还原性能的影响。研究了光催化还原CO2的几项反应条件,并初步探讨了CoFe2O4的A、B位取代对其光催化性能的影响。
　　 表征结果表明,合成的光催化剂均含有尖晶石微晶结构成分,结晶度较好,属立方晶系,Fd-3m(227)空间群,粉体的平均晶粒尺寸主要分布在2～15 nm。由于磁性纳米粒子之间的范德华力和磁偶极子之间的相互作用,使得粒子具有较高的电子亲和势与表面张力,从而使光催化剂普遍呈团聚状态。所制备催化剂的吸收带大多都在紫外和可见光区均有分布,吸收极限波长一直延伸至800 nm以外,禁带宽度小于1.55 eV。
　　 催化性能研究结果表明,催化剂合成条件为:焙烧温度为600℃,焙烧时间为3 h；光催化还原的最佳反应条件为:反应温度为55℃,CoFe2O4用量为0.4 g/L,NaHCO3浓度为0.45 mol/L,NaHSO3浓度为0.12 mol/L,实际光照时间应在7 h以上,方能达到理想效果。但随着光照时间的延续,反应相中的NaHSO3不断被消耗,使不能被及时捕获的光生空穴越来越多,直接影响CoFe2O4的光量子效率,同时也加快了有机物产物的氧化分解,即反应体系中的甲酸浓度有一个上限值,故光照时间不宜过长。由曲线拟合法计算得到的甲酸产量的上限值为23472.354μmol/g·Cat。
　　 A、B位取代结果表明,反应7 h后,甲酸累积浓度达到21000μmol/g·Cat以上的催化剂优劣顺序为:CdFe2O4>CoIn1.6Fe0.4O4>CoCe0.8Fe1.2O4>NiFe2O4>CoCe0.4Fe1.6O4>SnFe2O4。说明定量掺入某些元素可以增大催化剂的吸光范围和强度,提高其光催化还原效能。