
- 2025-01-21 09:35:14光催化技術(shù)
- 光催化技術(shù)是一種利用光催化劑在光照條件下促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。它能在室溫下利用光能驅(qū)動(dòng)氧化還原反應(yīng),將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在光催化過程中,光催化劑吸收光能后產(chǎn)生電子和空穴對(duì),這些載流子遷移到催化劑表面,與吸附的分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于環(huán)境凈化、水處理、二氧化碳還原及光解水制氫等領(lǐng)域,具有高效、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的有效手段之一。
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光催化技術(shù)資訊
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光催化技術(shù)產(chǎn)品
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光催化技術(shù)問答
- 2022-04-28 07:13:31HPRS-PEC250光催化光電反應(yīng)釜
- 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn):HPRS-PEC250光催化光電反應(yīng)釜高端版采用藍(lán)寶石大視窗,標(biāo)配控溫?cái)嚢?、耐壓電極、鉑電極夾、自動(dòng)升降平臺(tái);技術(shù)上采用最 新的卡環(huán)法蘭結(jié)構(gòu),模塊加熱,實(shí)現(xiàn)恒溫定時(shí)和運(yùn)行定時(shí)功能、在線取液體樣和氣體樣品。更安全的設(shè)計(jì),可24小時(shí)不間斷工作。產(chǎn)品應(yīng)用:光電協(xié)同作用提高光催化材料的催化活性。將催化劑固定在導(dǎo)電基體上,同時(shí)外加-偏壓抑 制光生電子和空穴的復(fù)合,從而發(fā)展出一種新型的技術(shù)—電化學(xué)輔助光催化技術(shù),即光電催化技術(shù)。這是一種有效促進(jìn)光生電子和空穴分離,并利用光電協(xié)同作用增強(qiáng)光催化氧化技術(shù),以光催化劑作為光陽極,對(duì)其施加一定的偏壓,光生電子就會(huì)遷移至外電路,從而抑 制光生電子和空穴的復(fù)合,空穴在催化劑表面積累,并進(jìn)一步提高催化劑的活性。光電化學(xué)還原CO2,半導(dǎo)體在光照作用下,利用陰極材料在電化學(xué)作用下都能產(chǎn)生催化活性的特性,達(dá)到光電結(jié)合催化還原CO2的目的。
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- 2023-04-18 10:25:01低真空下的高效光催化二氧化碳還原反應(yīng)
- 1. 文章信息標(biāo)題:High-efficiency photoreduction of CO2 in a low vacuum中文標(biāo)題: 低真空下的高效光催化二氧化碳還原反應(yīng)頁(yè)碼:15389-15396DOI:10.1039/d2cp00269h 2. 期刊信息期刊名:Physical Chemistry Chemical PhysicsISSN:1463-90842021年影響因子:3.945分區(qū)信息: 二區(qū)TOP(升級(jí)版)涉及研究方向: 物理化學(xué)、化學(xué)物理、生物物理化學(xué) 3. 作者信息:作者是 Yuxin Liu (劉鈺鑫) 。通訊作者為 Shuai Kang (康帥)、Zhuofeng Hu (胡卓鋒)、Wenqiang Lu (陸文強(qiáng))。4.實(shí)驗(yàn)儀器:CEL-SPH2N/PAEM文章簡(jiǎn)介:利用太陽光進(jìn)行光催化反應(yīng)制備綠色清潔能源是非常誘人的技術(shù)。加之,如今人們依賴化石能源給大氣中排放了過多的CO2。將CO2在光的作用下轉(zhuǎn)換成可燃燒的CO、CH4或者其他碳?xì)浠衔锸且粋€(gè)兩全其美的方法。CO2是一個(gè)很穩(wěn)定的分子,許多研究關(guān)注制備高效、穩(wěn)定的光催化劑來提高CO2還原性能,這些研究主要通過擴(kuò)展光響應(yīng)范圍、加快電荷輸運(yùn)、增加活性位點(diǎn)、選擇性吸附CO2等。但是,光催化CO2反應(yīng)目前面臨的一個(gè)大問題是,不管用哪種催化劑,反應(yīng)的產(chǎn)物還是太少,不能在現(xiàn)實(shí)中實(shí)施。然而,反應(yīng)中CO2的實(shí)際用量很少,每克催化劑每小時(shí)大約只用毫摩爾級(jí)的CO2,但是絕大部分研究在大氣壓下純二氧化碳中進(jìn)行。我們認(rèn)為,在合適的CO2含量中研究CO2還原反應(yīng)是很有意義的。因此,我們用常規(guī)TiO2作為光催化劑,在低真空下研究了光催化CO2的反應(yīng)效率。如下圖1,實(shí)驗(yàn)表明低真空氣氛有助于提高光催化CO2反應(yīng)性能。在低濃度CO2(10%)中,低真空下反應(yīng)的CH4產(chǎn)率提高了100倍,純CO2中的CH4產(chǎn)率也提高了大約18倍。通過質(zhì)譜檢測(cè),反應(yīng)生成的CH4來源于CO2而不是雜質(zhì)等的其他物質(zhì)。圖1(a)不同氣壓下CH4產(chǎn)率,(b)-80kPa和大氣壓下CH4產(chǎn)率對(duì)比.(c)用13CO2反應(yīng)得到的13CH4的質(zhì)譜譜線.催化反應(yīng)的穩(wěn)定性在實(shí)際實(shí)施中舉足輕重,我們測(cè)試了在低真空下反應(yīng)四個(gè)循環(huán)(圖2a)和連續(xù)反應(yīng)24小時(shí)(圖2b)的情況,實(shí)驗(yàn)表明,CH4產(chǎn)率和選擇性均穩(wěn)定。24小時(shí)后,CH4產(chǎn)率在低真空下是3.4umol,在大氣壓下是0.9umol.我們用XPS分析了在不同氣壓下的催化反應(yīng)過程(圖2c-d)。低真空下,反應(yīng)3.5小時(shí),催化劑表面COH*飽和,一直持續(xù)到反應(yīng)24小時(shí)(有CH4生成);而在大氣壓下,反應(yīng)3.5小時(shí)的COH*很少量,反應(yīng)24下時(shí)催化劑表面的COH*才逐漸飽和(如圖2e)。圖2 低真空下光催化CO2反應(yīng)的穩(wěn)定性測(cè)試.(a)循環(huán)測(cè)試,(b)連續(xù)測(cè)試.測(cè)試前后催化劑表面COOH*和CO*的(c)C1s變化情況和(d)定量分析,(e)COH*的演變圖.我們分析了低真空下光催化CO2反應(yīng)的機(jī)理。如圖3a,TiO2吸收了光子產(chǎn)生電子,這些光電子一部分與CO2反應(yīng)生成CO和CH4。檢測(cè)到的光電流是電子-空穴再結(jié)合和表面吸附物質(zhì)導(dǎo)致的電子湮滅這兩者的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果導(dǎo)致。在低氣壓下,后者被抑制,體現(xiàn)出增大的光電流(如圖3b),這有助于CO2的還原反應(yīng)。另外,大氣中的氣體分子由于布朗運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)CO從催化劑表面的脫附,不利于CH4的生成(如圖3c)。大氣中的氣體分子也會(huì)占據(jù)催化劑表面的位點(diǎn),導(dǎo)致CO-不易與-H結(jié)合,阻礙CH4的生成(如圖3d)。圖3低真空下光催化CO2反應(yīng)的機(jī)理分析.(a)TiO2的能帶結(jié)構(gòu),(b)不同氣壓下的光電流對(duì)比,(c)布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)反應(yīng)的影響,(d)活性位點(diǎn)抑制.為了驗(yàn)證低真空下光催化CO2反應(yīng)性能提高,我們用Pt-TiO2催化劑研究了光催化CO2反應(yīng),結(jié)果如圖4。低真空下,CH4產(chǎn)率是1.47umol,選擇性是94.71%;而大氣壓下,CH4產(chǎn)率是0.83umol,選擇性是81.14%。圖4低真空下光催化CO2反應(yīng)的驗(yàn)證.(a)Pt-TiO2的CH4產(chǎn)率,(b)不同Pt含量的CH4產(chǎn)率對(duì)比.總之,研究表明氣壓對(duì)光催化CO2還原反應(yīng)有很大的影響,低真空下光催化CO2反應(yīng)性能有所提高。不論在純CO2中還是在低濃度CO2(10%)中,這個(gè)結(jié)論依然成立。性能增強(qiáng)主要來源于低真空下光電子能更好的聚集、布朗運(yùn)動(dòng)較弱、有更多的活性位點(diǎn)。我們認(rèn)為這種從工程學(xué)角度來提高光催化CO2的反應(yīng)效率是有效且普適的策略,能為光電催化CO2還原反應(yīng)和其他反應(yīng)提供有價(jià)值的參考。
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- 2022-11-25 11:40:15低真空下的高效光催化二氧化碳還原反應(yīng)
- 1. 文章信息標(biāo)題:High-efficiency photoreduction of CO2 in a low vacuum中文標(biāo)題: 低真空下的高效光催化二氧化碳還原反應(yīng)頁(yè)碼:15389-15396DOI:10.1039/d2cp00269h 2. 文章鏈接https://pubs-rsc-org-443.webvpn.las.ac.cn/en/content/articlelanding/2022/cp/d2cp00269h3. 期刊信息期刊名:Physical Chemistry Chemical PhysicsISSN:1463-90842021年影響因子:3.945分區(qū)信息: 二區(qū)TOP(升級(jí)版)涉及研究方向: 物理化學(xué)、化學(xué)物理、生物物理化學(xué) 4. 作者信息:第 一作者是 Yuxin Liu (劉鈺鑫) 。通訊作者為 Shuai Kang (康帥)、Zhuofeng Hu (胡卓鋒)、Wenqiang Lu (陸文強(qiáng))。5.產(chǎn)品型號(hào):CEL-SPH2N系列全自動(dòng)光解水系統(tǒng)利用太陽光進(jìn)行光催化反應(yīng)制備綠色清潔能源是非常誘人的技術(shù)。加之,如今人們依賴化石能源給大氣中排放了過多的CO2。將CO2在光的作用下轉(zhuǎn)換成可燃燒的CO、CH4或者其他碳?xì)浠衔锸且粋€(gè)兩全其美的方法。CO2是一個(gè)很穩(wěn)定的分子,許多研究關(guān)注制備高效、穩(wěn)定的光催化劑來提高CO2還原性能,這些研究主要通過擴(kuò)展光響應(yīng)范圍、加快電荷輸運(yùn)、增加活性位點(diǎn)、選擇性吸附CO2等。但是,光催化CO2反應(yīng)目前面臨的一個(gè)大問題是,不管用哪種催化劑,反應(yīng)的產(chǎn)物還是太少,不能在現(xiàn)實(shí)中實(shí)施。然而,反應(yīng)中CO2的實(shí)際用量很少,每克催化劑每小時(shí)大約只用毫摩爾級(jí)的CO2,但是絕大部分研究在大氣壓下純二氧化碳中進(jìn)行。我們認(rèn)為,在合適的CO2含量中研究CO2還原反應(yīng)是很有意義的。因此,我們用常規(guī)TiO2作為光催化劑,在低真空下研究了光催化CO2的反應(yīng)效率。如下圖1,實(shí)驗(yàn)表明低真空氣氛有助于提高光催化CO2反應(yīng)性能。在低濃度CO2(10%)中,低真空下反應(yīng)的CH4產(chǎn)率提高了100倍,純CO2中的CH4產(chǎn)率也提高了大約18倍。通過質(zhì)譜檢測(cè),反應(yīng)生成的CH4來源于CO2而不是雜質(zhì)等的其他物質(zhì)。圖1(a)不同氣壓下CH4產(chǎn)率,(b)-80kPa和大氣壓下CH4產(chǎn)率對(duì)比.(c)用13CO2反應(yīng)得到的13CH4的質(zhì)譜譜線.催化反應(yīng)的穩(wěn)定性在實(shí)際實(shí)施中舉足輕重,我們測(cè)試了在低真空下反應(yīng)四個(gè)循環(huán)(圖2a)和連續(xù)反應(yīng)24小時(shí)(圖2b)的情況,實(shí)驗(yàn)表明,CH4產(chǎn)率和選擇性均穩(wěn)定。24小時(shí)后,CH4產(chǎn)率在低真空下是3.4umol,在大氣壓下是0.9umol.我們用XPS分析了在不同氣壓下的催化反應(yīng)過程(圖2c-d)。低真空下,反應(yīng)3.5小時(shí),催化劑表面COH*飽和,一直持續(xù)到反應(yīng)24小時(shí)(有CH4生成);而在大氣壓下,反應(yīng)3.5小時(shí)的COH*很少量,反應(yīng)24下時(shí)催化劑表面的COH*才逐漸飽和(如圖2e)。圖2 低真空下光催化CO2反應(yīng)的穩(wěn)定性測(cè)試.(a)循環(huán)測(cè)試,(b)連續(xù)測(cè)試.測(cè)試前后催化劑表面COOH*和CO*的(c)C1s變化情況和(d)定量分析,(e)COH*的演變圖.我們分析了低真空下光催化CO2反應(yīng)的機(jī)理。如圖3a,TiO2吸收了光子產(chǎn)生電子,這些光電子一部分與CO2反應(yīng)生成CO和CH4。檢測(cè)到的光電流是電子-空穴再結(jié)合和表面吸附物質(zhì)導(dǎo)致的電子湮滅這兩者的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果導(dǎo)致。在低氣壓下,后者被抑 制,體現(xiàn)出增大的光電流(如圖3b),這有助于CO2的還原反應(yīng)。另外,大氣中的氣體分子由于布朗運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)CO從催化劑表面的脫附,不利于CH4的生成(如圖3c)。大氣中的氣體分子也會(huì)占據(jù)催化劑表面的位點(diǎn),導(dǎo)致CO-不易與-H結(jié)合,阻礙CH4的生成(如圖3d)。圖3低真空下光催化CO2反應(yīng)的機(jī)理分析.(a)TiO2的能帶結(jié)構(gòu),(b)不同氣壓下的光電流對(duì)比,(c)布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)反應(yīng)的影響,(d)活性位點(diǎn)抑 制.為了驗(yàn)證低真空下光催化CO2反應(yīng)性能提高,我們用Pt-TiO2催化劑研究了光催化CO2反應(yīng),結(jié)果如圖4。低真空下,CH4產(chǎn)率是1.47umol,選擇性是94.71%;而大氣壓下,CH4產(chǎn)率是0.83umol,選擇性是81.14%。圖4低真空下光催化CO2反應(yīng)的驗(yàn)證.(a)Pt-TiO2的CH4產(chǎn)率,(b)不同Pt含量的CH4產(chǎn)率對(duì)比.總之,研究表明氣壓對(duì)光催化CO2還原反應(yīng)有很大的影響,低真空下光催化CO2反應(yīng)性能有所提高。不論在純CO2中還是在低濃度CO2(10%)中,這個(gè)結(jié)論依然成立。性能增強(qiáng)主要來源于低真空下光電子能更好的聚集、布朗運(yùn)動(dòng)較弱、有更多的活性位點(diǎn)。我們認(rèn)為這種從工程學(xué)角度來提高光催化CO2的反應(yīng)效率是有效且普適的策略,能為光電催化CO2還原反應(yīng)和其他反應(yīng)提供有價(jià)值的參考。產(chǎn)品推薦:CEL-PAEM-D8Plus光催化活性評(píng)價(jià)系統(tǒng) CEL-PAEM-D8Plus光催化活性評(píng)價(jià)系統(tǒng)(專業(yè)全自動(dòng)二氧化碳還原CO2+全解水H2O)是評(píng)價(jià)光催化劑的重大升級(jí), 主要用于專業(yè)全自動(dòng)二氧化碳還原密閉體系分析,兼容光解水、全解水。系統(tǒng)最 大的優(yōu)勢(shì)是全新的外觀設(shè)計(jì),更加方便的使用,系統(tǒng)所有管路全部采用控溫,實(shí)現(xiàn)樣品采集與樣品的分析無縫連接。D8Plus將玻璃系統(tǒng)集成于封閉遮光的箱體內(nèi),易于移動(dòng),不易損壞。在催化劑的成本較昂貴的實(shí)驗(yàn)中,更有利用光催化CO2的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)在線全自動(dòng)無人值守測(cè)試分析;可選擇手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)取樣方式;配置軟件USB反控;測(cè)試范圍廣,氫、氧、CO2、甲烷、CO、烴類、甲醛、甲醇、甲酸等微量氣體。
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- 2023-01-04 11:22:37【新案例】鎮(zhèn)痛藥芬 太尼 - 兩步連續(xù)光催化合成
- 背景介紹巴西Federal University of Sa?o Carlos化學(xué)系的教授,在最近一期Organic Letters 上發(fā)表了一篇文章,介紹了一種新穎的芬 太尼合成方法。芬太 尼是世界范圍內(nèi)最常用的,用于術(shù)中鎮(zhèn)痛的阿 片類藥物之一。芬太 尼具有比目前流行的嗎 啡和哌替啶更好的鎮(zhèn)痛作用。傳統(tǒng)芬太 尼合成過程,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、步驟多,還需要昂貴的還原劑、保護(hù)基團(tuán)和鹵代溶劑的使用等缺點(diǎn)。圖1. 芬太 尼連續(xù)合成示意圖作者設(shè)計(jì)了一種光催化連續(xù)流動(dòng)技術(shù)的合成路線。該連續(xù)流工藝具有快速、經(jīng)濟(jì)、安全和可擴(kuò)展性,并可應(yīng)用于一類具有高需求的活性藥物成分(API) 的合成。研究過程1.釜式工藝研究圖2. 第 一步光合化學(xué)反應(yīng)合成中間7 釜式工藝條件篩選發(fā)現(xiàn):較高用量的抗壞血酸(AscH2)和較稀反應(yīng)液濃度,有助于提高轉(zhuǎn)化率;溶劑甲醇和2eq.的AscH2的條件下,獲得了最高的GC – MS收率(85%);其他溶劑,如DMF:H2O, DMSO, THF和H2O的反應(yīng)結(jié)果都不理想。2.第 一步光催化連續(xù)工藝研究作者將第 一步光催化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)流模式。在不同停留時(shí)間和光強(qiáng)下,對(duì)持液體積為30mL的450nm LED藍(lán)光反應(yīng)器進(jìn)行了兩種強(qiáng)度的測(cè)試。圖3. 第 一步光催化連續(xù)工藝流程圖表1. 第 一步光催化連續(xù)工藝條件篩選a:第 一步連續(xù)流光合成反應(yīng)條件篩選結(jié)果。反應(yīng)在34°C(帶夾套控溫PFA盤管反應(yīng)器)下進(jìn)行,以MPA(3.0eq.)、AscH2(2.0eq.)、4-哌啶酮(5)(0.25mmol)、苯乙醛(1.2eq.)和[Ru(bpy)3]Cl2·6H2O (1 mol %)在脫氣甲醇(1mL)中,得到0.208 M濃度5的溶液(1.2mL)b:以正十二烷為內(nèi)標(biāo),定量GC - MS計(jì)算產(chǎn)率c:分離收率d:反應(yīng)在50°C下進(jìn)行e:反應(yīng)在10°C下進(jìn)行 綜合反應(yīng)收率和生產(chǎn)效率,作者選擇了表1 entry 5, 作為相對(duì)最佳條件,并進(jìn)行了放大研究,展現(xiàn)了極好的重復(fù)性(57 - 60%的產(chǎn)率)。3. 第二步光催化連續(xù)工藝研究對(duì)于第二步光催化反應(yīng),作者使用了與第 一步相同的優(yōu)化連續(xù)條件。用N-苯乙基保護(hù)的哌啶酮(7)作為親電試劑,苯胺(8)作為親核試劑形成亞胺中間體。圖4. 第二步光催化連續(xù)工藝流程圖表2. 第二步光催化連續(xù)工藝條件篩選a:第二步連續(xù)流光合成反應(yīng)。以MPA(3.0eq.)、AscH2(2.0eq.)、N-苯乙基保護(hù)的哌啶酮 (7) (0.25mmol)、苯胺(8)(1.2eq.)和[Ru(bpy)3]Cl2·H2O (1mol %)在脫氣甲醇(1mL)中反應(yīng)25℃,得到0.208M濃度7的溶液。b:分離收率在0.083mL/min的流速下,使用2.0g (9.8mmol)的7進(jìn)行工藝強(qiáng)化,以分離收率84%,得到產(chǎn)物9(2.3g量級(jí),約7小時(shí))。4.兩步光催化反應(yīng)串聯(lián)作者設(shè)計(jì)了一種將兩步光催化反應(yīng)連接起來,并避免中間產(chǎn)物7提純的系統(tǒng)裝置。使用方案5中給出的設(shè)置以0.167mL/min流速,進(jìn)行第 一步光催化反應(yīng),并對(duì)這步反應(yīng)液(中間體7)進(jìn)行收集。同時(shí),將其與苯胺8以0.083mL/min的總流速,進(jìn)入第二個(gè)光照反應(yīng)器中圖5. 兩步光催化反應(yīng)串聯(lián)示意圖最終流出的反應(yīng)液的GC - MS分析表明,中間體7幾乎被完全消耗,產(chǎn)物9的總GC - MS產(chǎn)率為52%,兩步光反應(yīng)總分離產(chǎn)率為42% (0.3 g反應(yīng)量級(jí))。兩個(gè)光催化步驟的串聯(lián),消除了一個(gè)純化步驟,并最大限度地減少了廢物的產(chǎn)生。二、實(shí)驗(yàn)總結(jié)兩個(gè)連續(xù)光催化步驟的串聯(lián),消除了一個(gè)純化步驟,并最大限度地減少了廢物的產(chǎn)生;新方法降低了反應(yīng)溫度并縮短了反應(yīng)時(shí)間;該方法可用于相關(guān)API藥物分子的批量連續(xù)制造;藥物新合成方法對(duì)原料藥文獻(xiàn)和制藥工業(yè)有很大的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn):Org. Lett. 2022, 24, 8331 ?8336
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- 2023-03-08 15:54:48精確控制自由基類型,實(shí)現(xiàn)特定選擇性的光催化甲烷氧化
- 1. 文章信息標(biāo)題:Enabling Specific Photocatalytic Methane Oxidation by Controlling Free Radical Type中文標(biāo)題:精確控制自由基類型,實(shí)現(xiàn)特定選擇性的光催化甲烷氧化頁(yè)碼:2698-2707DOI:10.1021/jacs.2c13313 2. 文章鏈接https://doi.org/10.1021/jacs.2c133133. 期刊信息期刊名:Journal of the American Chemical SocietyISSN:1520-51262021年影響因子:16.4分區(qū)信息:中科院一區(qū)涉及研究方向:光催化4. 作者信息:第 一作者是蔣雨恒、李思揚(yáng)、汪時(shí)崐、張銀。通訊作者為 唐智勇研究員。5.儀器型號(hào):升級(jí)版CEL-HPR100T在溫和條件下利用水和氧氣選擇性轉(zhuǎn)化甲烷生成甲醇和甲醛是一條用于合成液態(tài)化學(xué)品的理想途徑。然而,在保證高產(chǎn)率的前提下調(diào)控反應(yīng)的選擇性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),這是由于控制目標(biāo)產(chǎn)物的形成和過氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)是非常困難的。近日,國(guó)家納米科學(xué)中心唐智勇課題組提出了一種通過合理設(shè)計(jì)催化劑來精確控制反應(yīng)過程中形成的自由基的高效途徑,借此首次在甲烷氧化反應(yīng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了甲醇和甲醛的高產(chǎn)量和高選擇性。通過調(diào)節(jié)Au/In2O3催化劑中的能帶結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)的尺寸(單原子或納米粒子),分別形成了兩種重要的自由基?OOH和?OH,這導(dǎo)致甲醇和甲醛通過不同的反應(yīng)路徑生成。在室溫下光催化甲烷氧化反應(yīng)3 h后,In2O3負(fù)載Au單原子催化劑(Au1/In2O3)對(duì)甲醛的選擇性高達(dá)97.62%,產(chǎn)率為6.09 mmol g-1,而In2O3負(fù)載的Au納米粒子催化劑(AuNPs/In2O3)對(duì)甲醇的選擇性高達(dá)89.42%,產(chǎn)率為5.95 mmol g-1。本工作為設(shè)計(jì)復(fù)合光催化劑實(shí)現(xiàn)高效和選擇性甲烷氧化開辟了新途徑。1. 本工作提出了一種全面的策略,通過原子精確的方式同時(shí)控制半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和負(fù)載的助催化劑的尺寸,以實(shí)現(xiàn)高效和選擇性的光催化甲烷氧化。2. 我們有意選擇了立方In2O3,因?yàn)樗膬r(jià)帶位置可以阻止氧化水到?OH的反應(yīng)(方程3)。因此,?OOH和OH只由O2還原反應(yīng)產(chǎn)生(方程1和2),同時(shí),所有生成的空穴都用于甲烷氧化為?CH3自由基(方程4)。3. 考慮到負(fù)載助催化劑的尺寸可以調(diào)節(jié)氧氣還原反應(yīng)的選擇性,Au是良好的電子受體,我們將Au單原子或Au納米顆粒負(fù)載在In2O3上作為氧氣吸附和還原的活性位點(diǎn),分別生成?OOH或?OH自由基實(shí)現(xiàn)選擇性的甲烷轉(zhuǎn)化。因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了?CH3 + ?OOH → CH3OOH → HCHO (方程5)和 ?CH3 + ?OH → CH3OH (方程6)的反應(yīng)路徑用于甲烷選擇性氧化。示意圖1 光催化甲烷氧化的自由基反應(yīng)途徑以及對(duì)應(yīng)的反應(yīng)方程式。以往的工作主要關(guān)注盡可能地提高活性自由基中間體的濃度,我們關(guān)注的是對(duì)形成自由基類型的精確控制。由于In2O3載體具有合適的價(jià)帶位置,高于水氧化到?OH的電位,卻低于甲烷氧化為?CH3的電位,所以價(jià)帶上的空穴全部用于將CH4轉(zhuǎn)化為?CH3。同時(shí),Au單原子和Au納米顆粒上端式和橋式構(gòu)型吸附的氧氣被轉(zhuǎn)移的電子還原,分別導(dǎo)致了?OOH和?OH的選擇性形成。因此,優(yōu)于之前所有的報(bào)道,我們獲得了在模擬太陽光照射下利用Au/In2O3復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)高活性和選擇性的甲烷氧化為甲醛和甲醇。這項(xiàng)工作不僅為調(diào)節(jié)自由基生成機(jī)理提供了新的認(rèn)識(shí),而且為設(shè)計(jì)應(yīng)用于重要且具有挑戰(zhàn)性的反應(yīng)的光催化劑提供了新的策略。產(chǎn)品推薦:CEL-HPR+光催化反應(yīng)釜CEL-HPR+光催化反應(yīng)釜高端版采用藍(lán)寶石大視窗,采用雙點(diǎn)控溫(無沖溫),標(biāo)配控溫?cái)嚢韬?00mm行程自動(dòng)升降平臺(tái);技術(shù)上采用最 新的卡環(huán)法蘭結(jié)構(gòu),模塊加熱,實(shí)現(xiàn)恒溫定時(shí)和運(yùn)行定時(shí)功能、在線取液體樣和氣體樣品。更安全的設(shè)計(jì),可24小時(shí)不間斷工作。
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