過渡金屬與Au共負載的SrTiO3可見光還原CO2及H2O制備合成氣的研究.pdf

1、工業(yè)生產和居民生活需求的增加所造成的化石能源的過度消耗和溫室氣體CO2大量排放問題收到廣泛關注。通過光催化途徑將CO2還原為可燃物后再將其利用的循環(huán)模式可以使人們擺脫對化石能源的依賴。該途徑模擬植物的光合作用，以半導體為基礎將自然界中取之不盡的CO2和H2O轉化為CO、H2、甲烷等可燃物，是實現(xiàn)將用之不竭的太陽能固定成為化學能從而滿足人類需求的理想途徑。
　　傳統(tǒng)的寬禁帶半導體TiO2、SrTiO3等具有良好的化學穩(wěn)定性，是可利用

2、于光催化反應的理想材料，但是紫外光激發(fā)的特征決定了其不能利用太陽光譜中絕大部分能量的局限性。由于納米 Au顆粒具有局域等離子共振效應（LSPR）導致其能夠吸收可見光而使表面電子被激發(fā)，若將Au與SrTiO3復合，可使Au的表面電子被可見光激發(fā)而遷移至SrTiO3導帶獲得足夠的還原勢能后參與還原反應。
　　依據(jù)上述原理，我們在商用納米SrTiO3粉末（STO）的表面通過光沉積的方法得到了納米Au顆粒，所得的Au@STO樣品在可見光下

3、可催化CO2還原成為合成氣（CO和H2混合物）和甲烷。在此基礎上，為了達到提高還原產物產量和提高CO和H2所占比例的目的，我們還進一步沉積了9種納米金屬M（Pt、Ag、Cu、Ni、Pd、Ru、Rh、Co、Ir）作為助催化劑構成M-Au@STO。實驗結果表明，Rh-Au@STO在反應前5小時內表現(xiàn)出最大的催化周轉率(TON=17.2)，以及對CO和H2的最佳選擇性(Sel.=98％)，與Au@ STO相比實現(xiàn)了6倍產量的提高且有效抑制了副

4、產物CH4的產出。結合以往化學吸附能的理論計算結果，我們認為該樣品的高產量得益于助催化劑Rh表面對反應物（CO2和H2O）和目標產物（CO和H2）均具有較為適中的吸附性能，這利于反應物在表面的斷鍵吸附同時不妨礙生成物從表面的脫附。此外，與普通金屬Ni、Co相比，Rh作為貴金屬具有明顯的對CH4的催化重整效應，使得CH4在CO2氣氛下易于轉化為合成氣，這是能夠提高合成氣的選擇性的重要原因。
　　在反應過程中我們沒有得到與還原反應相匹