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2020年度高效光催化水分解催化剂的制备及其性能研究进展
2020-12-19 16:20   审核人:

氢气是一种高效、清洁的可再生能源,其单位质量燃烧产生的能量是传统化石燃料的2.5倍,且燃烧过程只产生水,在未来能源供应中具有很大的应用潜力。目前大规模工业生产H2主要依赖煤炭气化、重油及天然气水蒸气催化转化等,但这些制氢过程都消耗了化石能源,所以发展廉价高效的制氢方式是利用氢能的首要问题。如果能利用太阳能高效制取H2,将会解决太阳能分散、不连续和氢气制取成本高等问题。因此,利用光催化技术将水分解转化为H2,是一种非常有前景的生产清洁和可再生氢能源的技术。

基于此,石油天然气精细化工重点实验王吉德教授团队近几年一直致力于发展高效的光催化水分解纳米催化剂,并取得了优异的催化性能。本年度他们通过MOFs材料改性、构建异质结材料、制造缺陷及混合价等手段制备高效的光催化剂,探究材料的光催化水分解产氢及产氧性能,并通过理论计算和其它表征手段分析催化机理。首先,在Ni@NiO纳米球上掺杂具有硫空位的CdS,形成具有双功能的光催化剂,并将其应用于光催化水分解的半反应,展现了优异的光催化全水分解性能;其次,通过将Cd-MOF作为前驱体,成功合成了CdS-MoS2复合材料,并用于光催化水分解中取得了较好的催化效果;再次,以ZIF-67为前驱体,设计合成了具有优异光催化水分解性能的核壳Co@CoO催化剂,并对催化机理进行了合理的分析;最后,设计和构建了磁性的铁离子空位和Fe2+/Fe3+混合价共存的缺陷型Fe3O4/VAN@MIL-101(Fe),以及同时具有铜离子空位和Cu2+/Cu1+的平面缺陷型HKUST-1,两种催化剂都在光催化水分解反应中展现了优异的催化性能。

相关研究成果分别发表在Chemical Engineering Journal, 2020, 395, 125068Applied Surface Science, 2020, 511, 145355International Journal of Hydrogen Energy, 2020, 45, 1629Nanoscale, 2020, 12, 12551Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 24477等期刊。

   

图(aNi@NiO-CdS的制备及其光催化全水分解性能研究;(bCdS-MoS2的制备及其光催化水分解产氢性能研究;(cFe3O4/VAN@MIL-101(Fe)用于光催化水分解机理研究;(d)具有铜离子空位和Cu2+/Cu1+的平面缺陷型HKUST-1的制备及其光催化水分解性能研究。

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