碳基金属单原子材料电催化二氧化碳还原

利用可再生能源电催化二氧化碳(CO₂)还原成燃料或化学品是实现人工碳循环的理想手段。然而,催化剂的活性、选择性和稳定性限制了电催化CO₂还原反应的应用。碳基金属单原子材料(single-atom metal catalysts on the carbon-based materials,M-SACs@C)具有高活性、高选择性和高金属原子利用率,被认为是一种理想的电催化CO₂还原催化剂,因此吸引了研究者的广泛关注。M-SACs@C能将CO₂还原成一氧化碳、甲酸、甲烷、甲醇、乙烯、乙醇等。本文从CO₂还原产物种类的角度出发,对M-SACs@C在CO₂还原反应中的应用进行了概括。我们重点关注了碳基金属单原子的位点构型和活性来源。此外,本文也对MSACs@C上CO₂还原反应的机制进行了分析与展望。可控合成结构均一且负载量高的M-SACs@C、明确CO₂还原反应机制、增强活性位点的稳定性是M-SACs@C走向产业化的必经之...     

0D-2D CdS/WO3 S型异质结光催化剂的制备与性能研究

光生载流子的迁移效率是影响CO₂光还原反应性能的关键因素之一.通过简单的水热法与连续离子层吸附反应成功制备了具有高效载流子迁移能力的0D-2D S型CdS/WO₃光催化复合材料.XRD、SEM、XPS分析结果证实了该复合材料的成功制备,其独特的OD-2D结构有效提高了CdS QDs的分散性.UV-Vis DRS结果表明该材料具有优异的光吸收能力.光电化学表征证明CdS/WO₃复合材料具有最佳的光电转化能力以及光生载流子迁移能力,有助于其光还原反应的进行.光还原CO₂实验表明该复合材料具有远高于CdS QDs材料的光催化活性,其CO和CH₄的产率为64.7μmol/(g·h)和2.3μmol/(g·h),分别是纯CdS QDs的4.0倍和3.2倍,循环实验表明CdS/WO₃具有良好的催化稳定性.     

金属硫化物在电催化二氧化碳还原反应中的应用

金属硫化物作为催化剂材料具有高稳定性、金属边缘活性和硫空位的协同效应等特点，特别是对二氧化碳(CO₂)电还原反应表现出良好的活性和选择性，有望成为高效的CO₂电还原催化剂.鉴于此，综述了金属硫化物在电催化CO₂还原反应中的研究进展，分别归纳了第四周期、第五周期及第六周期中主要的金属硫化物电催化CO₂还原反应的性能、还原产物特点及影响因素等；特别分析了金属硫化物中S组分调控对催化性能的影响规律，以期实现更高效的电催化CO₂还原转化过程.此外，总结分析了目前金属硫化物催化剂存在的主要问题和瓶颈，并展望未来的研究重点和发展方向.     

光电催化分解水和还原CO2研究进展

 介绍了光电催化（PEC）分解水和还原CO₂的基本原理、研究进展。探讨了提高PEC效率的关键策略，主要包括通过能带调控、形貌控制和敏化提高光吸收，通过助催化剂促进表面反应，以及通过构建局部偶极或异质电场、形貌调控和界面修饰促进电荷分离与传输等。     

光电催化分解水和还原CO2研究进展

 介绍了光电催化（PEC）分解水和还原CO₂的基本原理、研究进展。探讨了提高PEC效率的关键策略，主要包括通过能带调控、形貌控制和敏化提高光吸收，通过助催化剂促进表面反应，以及通过构建局部偶极或异质电场、形貌调控和界面修饰促进电荷分离与传输等。     

石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展

半导体光催化可以利用太阳能驱动CO₂光催化还原制备碳氢燃料,成为研究热点.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有制备简便和可见光响应性能的优点,是CO₂还原的热门光催化材料。但是它具有缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点,光催化CO₂还原性能不高.为此,介绍了高CO₂还原活性的g-C₃N₄研究进展,内容包括：(1)g-C₃N₄研究基础(分子结构、制备方法与电子能带结构);(2)高活性g-C₃N₄的分子设计策略(缺陷调控、元素掺杂、表面等离子体处理、单原子催化和异质结构建等),重点讨论了改性方式对g-C₃N₄的光吸收、光电性能和CO₂还原产物选择性的影响.最后建议未来聚焦结晶氮化碳的修饰改性研究,强调利用原位和瞬态表征技术指导高CO₂还原活性...     

MWCNTs负载MoBiSx纳米颗粒电催化还原CO2的性能研究

采用简单的水热法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）负载钼铋双金属硫化物（MoBiS_x）纳米颗粒复合催化剂,目的是对MoBiS_x的形貌尺寸以及低电导率进行改性,提高其在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中的电催化还原CO₂性能。结果表明：尺寸约为10 nm～15 nm的MoBiS_x纳米颗粒均匀的负载在MWCNTs表面上。与MoBiS_x纳米颗粒催化剂相比,复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中表现出更加优异的电催化还原CO₂的活性和选择性。进一步研究了复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中水含量对电催化还原CO₂性能的影响。随着水含量的增加,还原电流密度逐渐增大。在[EMIM]BF₄-H₂O（40%）电解液中复合催化剂的催化电位为-0.3 V vs S...     

镁掺杂氢化二氧化钛光催化还原CO2协同降解PET

通过将镁粉和二氧化钛纳米粒子的混合物于氢气气氛中，550℃煅烧得到镁离子掺杂的氢化二氧化钛(MHTO-550)催化剂. Mg²⁺掺杂及表面丰富的缺陷不仅增强CO₂在MHTO-550表面的吸附，而且促进光生电子-空穴对的有效分离.因而MHTO-550表现出明显优于纯锐钛矿型TiO₂的光催化活性.在2 mol/L KOH溶液中，MHTO-550催化还原CO₂至CO的产率为纯TiO₂的2.9倍.此外，工业用聚对苯二甲酸乙二醇酯粉末(PET)的协同氧化进一步促进光生载流子的分离，当PET用量为1.0 g时，CO的生成速率增至126.0μmoL·g^-1·h^-1,是未添加PET体系中的22.7倍.同时，¹H-NMR谱显示PET的氧化产物主要为乙二醛、乙醛酸、乙酸等有机物.     

CdBr2对CsPbBr3钙钛矿晶界处缺陷态调控及光电性能影响

通过CdBr₂对全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜进行钝化处理,研究不同浓度CdBr₂的异丙醇溶液对全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.结果表明:CdBr₂钝化CsPbBr₃钙钛矿表面后,降低了钙钛矿表面的Br空位缺陷密度,抑制了非辐射复合,促进了光生电子和空穴的抽取和传输,因此降低了界面光电子复合损失,使全无机钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率从6.58%提高到8.19%,开路电压从1.368 V提高到1.531 V.     

过硫酸盐增强ZnO@N,C-Co3O4光电催化降解四溴双酚A的性能研究

过硫酸盐活化技术作为一种新型高级氧化技术,与光电催化技术耦合后能够显著提高材料对污染物的降解性能. 通过水热法研制ZIF-67/8的衍生材料ZnO@N, C-Co₃O₄,显著拓宽ZnO的光吸收范围至可见光区域,并且有效抑制光生载流子的复合. 对复合薄膜电极的化学组成、形貌特征、光吸收性能进行表征,研究了光电化学性能. 研究表明:薄膜电极在过硫酸盐增强光电催化体系中对四溴双酚A(TBBPA)的降解率最高达97.2%. 过硫酸盐活化技术和光电催化耦合显著增强ZnO@N, C-Co₃O₄对TBBPA的催化降解效率. 提出了过硫酸盐增强光电催化降解TBBPA的机理,硫酸根自由基和羟基自由基是该体系的主要活性物种.     

电沉积制备铜基催化剂及其对CO2电还原的催化性能

为了提高铜基催化剂电还原CO₂的催化性能,以氮三乙酸(nitrilotriacetic acid, NTA)为添加剂,通过电沉积法制备了具有三维结构的铜基催化剂,该催化剂具有优异的电还原CO₂制备多碳(C2+)产物的选择性和活性.在–1.26 V vs. RHE (reversible hydrogen electrode)时,乙烯(C₂H₄)和C2+产物的法拉第效率(faradaic efficiency, FE)分别能达到44.0%和61.6%,此时总电流密度(current density)为12.3mA·cm^–2.此外,在NTA的作用下,运用电沉积法制备的Pd和Zn基催化剂具有良好的电还原CO₂为CO的性能,表明NTA作为添加剂在电沉积法制备金属催化剂方面具有一定的普适性.     

半导体基异质结光（电）催化还原CO2研究进展

在实现碳中和可持续发展的进程中,CO₂捕获、封存和转化一直是学术界和工业界研究的重点．光（电）催化CO₂转化已被认为是解决能源短缺和缓解CO₂过量排放最有效的策略之一,同时有望实现太阳能经济和碳基经济．本文介绍了异质结催化剂在光（电）催化还原CO₂为燃料（如CH₄、C_nH_2n+1OH）或化学品（如HCOOH、CH₃COCH₃）领域的研究进展,重点综述了多种半导体基异质结体系对光（电）催化还原CO₂性能的影响,具体阐述了Ⅱ型、Z型、晶面异质结的电荷转移机制,还讨论了各类异质结体系的优势及存在的问题。为设计和合成具有出色的催化性能、优异的选择性和良好的稳定性的异质结催化剂提供新的见解．      

超临界CO2材料腐蚀过程动力学与产物热力学研究

针对超临界CO₂动力循环高温承压部件与工质相容性问题，研究了T92耐热钢在600和700℃超临界CO₂环境下的腐蚀过程动力学及其热力学产物。采用分子动力学计算了CO₂在FeCr合金表面的吸附过程，模拟了T92耐热钢在初始氧化阶段原子的迁移和分布规律，并基于腐蚀热力学原理，分析了氧化层和碳化物的分布规律，最后通过高温腐蚀实验进行了验证。研究结果表明：700℃时，T92耐热钢氧化层厚度约为600℃时的13.5倍，氧化层结构为外侧Fe₃O₄层、内侧FeCr₂O₄层，氧化层内部主要为C₂₃C₆型碳化物；CO₂优先吸附于Cr原子(111)表面，当Cr与CO₂发生反应后，部分形成游离态的C沉积于氧化层表面，并以离子的形式向内扩散；腐蚀过程主要由离子扩散控制，扩散速率随着温度的升高而增大。该研究为超临界CO₂材料抗腐蚀性能评估提供了一种复合...     

单原子催化剂光还原二氧化碳研究进展

光催化将CO₂转化为有价值的化学燃料得到广泛研究，但光子吸收效率差、光生电子-空穴对容易复合、活性位点缺乏等问题，限制了光催化剂的催化性能.单原子催化剂(SACs)由于在增强光催化系统的捕光、电荷转移动力学和表面反应方面具有明显的优势，且金属以单原子形式负载在载体上，因此对提高CO₂还原效率具有重要意义.综述了SACs的分类、主要表征手段及其光催化还原CO₂的反应机理，并讨论了SACs的发展前景.     

电催化CO2与有机化合物耦合制备增值化学品

在温和条件下, CO₂的高效固定利用是“绿色碳科学”的重要组成部分之一.电催化CO₂与有机化合物耦合在转化利用CO₂的同时可以制备增值化学品,有利于可持续发展.本文概述了目前电催化CO₂与各类有机分子耦合制备有机羧酸、碳酸酯、氨基甲酸酯等化学品的方法.并介绍了该领域的最新研究进展和机遇:不对称电羧化反应,包括手性源的构建;其他反应物的新型反应,包括电化学开环羧化和N-甲基化反应;非牺牲阳极的电羧化反应,包括阳极氧化反应的构建和电解池的调整等;成对电合成反应等.     

CO2与水表面相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了CO₂分子与水表面的相互作用,发现CO₂分子会被水的表面束缚一段时间,给出了CO₂在水气界面两侧的概率分布以及平均束缚时间和浓度等随温度的变化趋势,还估算得出风对水气界面与CO₂作用的影响有限.所得结果对于深入认识海气间CO₂的传输机制有一定的指导意义.     

高负载铜基SSZ-13分子筛催化剂SCR模型研究

随着日益严格的排放法规出台，降低重型柴油机的氮氧化物(NO_x)排放已成为研究的重点．为提高SSZ-13分子筛催化剂在低温下的二氧化氮(NO₂)转化效率，通过数值仿真的方法研究了高负载铜基的小孔径分子筛催化剂在不同工况下的最佳NO₂占比情况．利用GT-SUITE软件建立了一维反应器模型以及催化反应动力学模型，采用数值模拟计算的方法对选择催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内化学反应进行了研究．模型考虑了423～673 K的温度范围内，氨气(NH₃)的吸附、脱附和氧化反应、一氧化氮(NO)氧化反应、NO_x的还原反应以及硝酸铵(NH₄NO₃)的分解反应，并且在排出气体中监测重要的温室气体——氧化亚氮(N₂O)的排放量．结果表明：在高负载铜基的SSZ-13分子筛催化剂作用下，NO₂与NH₃反应生成的NH₄NO<...     

流化床中光电联合降解苯酚的研究

采用光电催化反应器对水中苯酚进行降解实验,通过观察不同光催化载体、阳极和阴极对光电催化反应的影响,结果表明:活性炭是光催化剂的良好载体.TiO/C光催化剂活性稳定,Ti/SnO2 Sb2O3/PbO2:和气体扩散电极对光催化有良好的促进作用,并且光电联合降解明显优于光催化、电催化过程.     

CH3NH3PbI3薄膜的光致发光增强效应

采用光谱测量技术分析了CH₃NH₃PbI₃薄膜的光致发光增强效应及其对载流子复合动力学的影响.实验结果表明,增加光浴功率密度有助于提高薄膜的光致发光增强速率,O₂环境有利于薄膜的光致发光增强.CH₃NH₃PbI₃薄膜光浴处理引入的光致发光增强效应源于薄膜内缺陷态浓度降低.同时利用微波吸收介电谱技术,表征了CH₃NH₃PbI₃薄膜光浴前后,自由载流子和浅能级束缚载流子的复合动力学.发现光浴后,薄膜的自由载流子和浅能级束缚载流子浓度明显提高.     

碱金属掺杂对Cu/SiO2催化剂环己醇脱氢的影响

采用浸渍法制备了系列碱金属Ｍ（Ｍ＝Li，Na，K，Cs）掺杂的铜基催化剂， 铜担载量为5%(质量分数)， Cu :M=5 :1（摩尔比）. 借助XRD，BET，H₂ TPR，NH₃-TPD和CO₂-TPD对催化剂进行表征， 研究了掺杂催化剂对环己醇脱氢反应的影响. 结果表明, 碱金属物种的引入改变了催化剂表面氧化铜物种的状态和分布； 减少了催化剂表面的酸中心数目， 有效抑制了脱水副产物的生成， 提高了环己酮的选择性（>99%）. Cu-K/SiO₂催化剂具有良好的催化活性和脱氢选择性， 铜和钾添加 物间的相互作用抑制了铜粒径长大， 增加了抗烧结能力， 提高了催化剂的稳定性.