溶膠-凝膠法制備CoPc-TiO-,2-催化劑及其光催化還原CO-,2-的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、CO<,2>、CH<,4>等溫室氣體是導致全球氣候變暖的主要原因。如果能將溫室氣體CO<,2>進行轉化和固定,既緩解了溫室效應又能把CO<,2>以碳源的形式儲存起來,這將是一項很有意義的研究。而利用太陽光對水溶液中的CO<,2>進行還原是近年來研究的一種新的光催化技術,因其符合可持續(xù)發(fā)展的長遠需要,所以前景廣闊。眾所周知,CO<,2>中的碳以最高化合價形式存在,還原CO<,2>需要較高的能量或高活性的催化劑。在眾多半導體光催化劑中,二氧

2、化鈦(TiO<,2>)因光催化活性高、無毒、價廉、穩(wěn)定性好而引起人們的廣泛關注。但是,TiO<,2>的帶隙較寬(3.2eV),能利用的太陽能僅占總量的2%左右。為提高 TiO<,2>光催化劑的活性通??刹捎媒饘匐x子摻雜、半導體催化劑復合、表面光敏化等手段。本實驗選擇的活性物種是金屬大環(huán)配合物鈷酞菁(CoPc),其熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性非常好,且有良好的光電性能,在波長600~700nm的可見光范圍有強吸收。應用溶膠-凝膠方法將其負載在同樣

3、具有光還原性質的半導體載體TiO<,2>上,能制備出一種高催化活性和寬響應范圍的可用于還原CO<,2>的光催化劑。主要研究內容和結論有: 1.以鈦酸四丁酯為前驅體、無水乙醇為溶劑,乙酸為抑制劑、濃鹽酸為催化劑,鈷酞菁為活性物種,采用溶膠.凝膠法制備出了CoPc/TiO<,2>復合光催化劑。以光催化還原CO<,2>的效率為衡量標準,研究了乙酸量、加水量、溶劑量、濃HCl量、鈷酞菁(CoPc)負載量、焙燒溫度等對CoPc/TiO<

4、,2>納米粒子的光催化活性的影響,獲得了實驗室制備納米CoPc/TiO<,2>催化劑的最佳工藝條件如下:Ti(OC<,4>H<,9>)<,4>:C<,2>H<,5>OH:HAc:H<,2>O=1:4:2:2;無需其它有機溶劑;鈦酸正丁酯取0.04mol時的濃鹽酸量為0.5mL;CoPc的負載量為0.50(wt)%;400℃下焙燒催化劑。 2.將最佳條件下制備的CoPc/TiO<,2>用于CO<,2>的光催化還原,通過改變反應條件

5、,包括:光催化劑用量、反應溶液中NaOH的濃度、電子供體NaM<,2>SO<,3>的濃度、光催化反應時間,得到了較優(yōu)的反應條件:光催化劑CoPc/TiO<,2>用量為0.25g;NaOH溶液濃度為0.15mol/L;Na<,2>SO<,3>的濃度為0.1mol/L;反應時間為20h。在此最佳條件下CO<,2>的光催化還原總產物量達1032μm/g-cat.。 3.用X射線衍射、比表面、紫外-可見漫反射、熱重.差熱等手段對所制備的

6、CoPc/TiO<,2>粉體進行了表征。結果表明,采用溶膠一凝膠法制備的催化劑CoPc成功地負載于TiO<,2>表面;TiO<,2>和CoPc/TiO<,2>的粒徑為納米級且分布均勻、比表面積較大,晶型主要為銳鈦礦。而且,本實驗所制備CoPc/TiO<,2>納米粒子在較低溫度(400℃)下就出現(xiàn)了27.6%的金紅石相,這種"混晶"的出現(xiàn)使催化劑的光催化活性得到了極大提高。另外,納米CoPc/TiO<,2>光催化劑在可見及紫外區(qū)均有較強的

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