光催化， 電催化，材料領(lǐng)域
關(guān)注創(chuàng)建者：HUAHUAHUAQQQ 創(chuàng)建時(shí)間：2020-08-19
光催化， 電催化，材料領(lǐng)域的實(shí)例教程
在HER實(shí)驗(yàn)研究方面，喬世璋課題組[5]合成了金屬硫化物/Ti3C2（金屬硫化物：CdS、ZnS和ZnxCd1-xS）納米雜化光催化劑。這種光催化劑的性能十分優(yōu)異，在420 nm波長(zhǎng)下，表觀量子速率達(dá)到了40.1%，可見光下產(chǎn)氫速率達(dá)到了14,342 μmol h-1 g-1。
圖7. MXene復(fù)合體系HER研究
在電催化方面，研究表明不同官能團(tuán)對(duì)于MXene電催化性能有著十分顯著的影響，其課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論兩方面進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)表面覆蓋氟官能團(tuán)的MXene材料對(duì)于產(chǎn)氫催化有著積極地影響。在實(shí)驗(yàn)上，Mo2C是一種最為常見的電催化MXene材料，諸如Mo2C/2D-NPCs、氮摻雜的Mo2C[8]納米片都表現(xiàn)出了很好的電催化性能。
2.3 MXene在CO2RR催化方面的研究
圖8. MXene在
CO2
RR方面的理論研究
李能教授課題組從新型二維材料MXene 的表界面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)出發(fā)、深入研究CO2捕獲與光催化還原的電子輸運(yùn)物理機(jī)制，提出實(shí)現(xiàn)新型的高效光催化還原CO2材料體系的策略；研究了在酸性條件下，MXene-Tx(T=OH)中的羥基還原成H2O 的電化學(xué)機(jī)理，從理論上證明了形成干凈的MXene 表面的可行性。同時(shí)，武漢理工大學(xué)余家國(guó)課題組合成了2D/2D超薄Ti3C2/Bi2WO6異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)其在CO2RR方面催化性能有有明顯的提升。
2.4.
展開 【引言】
半導(dǎo)體光催化材料有望解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題，壓電光催化是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異催化性能的有效方法之一，但是壓電光催化劑通常需要超聲等高能耗條件，從而限制了實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。在本研究中提出了一種新的材料設(shè)計(jì)，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換柔性薄膜結(jié)合半導(dǎo)體催化劑實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的壓電光催化性能。
【成果簡(jiǎn)介】
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程學(xué)院資源綜合利用與環(huán)境能源新材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)張以河教授、安琪副教授和黃洪偉教授指導(dǎo)佟望舒，利用改性石墨烯為增強(qiáng)體，制備聚偏氟乙烯-六氟丙烯多孔復(fù)合薄膜，實(shí)現(xiàn)了高靈敏的發(fā)電儲(chǔ)能性能，在其表面分別負(fù)載TiO2、BiOI和CdS三種半導(dǎo)體光催化劑，在水流弱力的作用下，三種復(fù)合催化劑的光催化性能均比單一半導(dǎo)體有顯著提升，認(rèn)為柔性復(fù)合薄膜在弱力驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生周期性電場(chǎng)，提高光生電子和空穴分離效率，使得復(fù)合催化劑的光催化性能提升。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)際材料能源類著名期刊Nano Energy (2018, 53, 513-523)上，題為“A highly sensitive hybridized soft piezophotocatalyst driven by gentle mechanical disturbances in water”。
展開 從而實(shí)現(xiàn)了工廠區(qū)域內(nèi)高濃度氣態(tài)乙醛的自供電吸收和光催化降解。圖中也展示了氣態(tài)乙醛在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)光催化劑降解生成中間產(chǎn)物乙酸以及最終產(chǎn)物H2O和CO2的反應(yīng)路徑。
圖1. (a) 自供電的光催化降解系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景。(b) 氣態(tài)乙醛在反應(yīng)器中的反應(yīng)過(guò)程。(c) 乙醛光催化降解的反應(yīng)路徑。
在該自供電光催化降解乙醛系統(tǒng)中，增加TENG單元的數(shù)量有助于提高污染氣體泵入光催化反應(yīng)器的效率，進(jìn)而有助于快速去除空氣中大量的氣態(tài)乙醛。在該研究中，組裝系統(tǒng)時(shí)選擇了8個(gè)TENG單元來(lái)構(gòu)成P-TENG。同時(shí)，檢測(cè)了在不同情況下P-TENG的電輸出性能。
圖2. P-TENG的基本輸出性能。(a) 一個(gè)TENG單元在外接負(fù)載下的等效模型。(b-c)一個(gè)單元在不同旋轉(zhuǎn)速度下的輸出性能。(d)一個(gè)TENG單元在負(fù)載不同電阻下的輸出性能。(e) 具有不同TENG摩擦單元數(shù)量的P-TENG乙醛吸收和光催化降解系統(tǒng)。(f-g)每個(gè)TENG單元在60 r/min時(shí)的輸出性能。
評(píng)估自供電光催化降解系統(tǒng)對(duì)氣態(tài)醛類化合物的去除能力。30分鐘后，有P-TENG的體系中乙醛濃度下降了53%，而沒有P-TENG的體系中乙醛濃度僅下降了41％。并且進(jìn)一步測(cè)試了該系統(tǒng)進(jìn)行多次循環(huán)降解后的降解效果以及光催化劑的基本性能。
圖3. (a) 有P-TENG和無(wú)P-TENG系統(tǒng)中氣態(tài)乙醛的濃度變化。(b) 30分鐘后，有P-TENG和沒有P-TENG系統(tǒng)中氣態(tài)乙醛的瞬時(shí)去除率。(c) 在不同旋轉(zhuǎn)速度下具有P-TENG體系的乙醛去除性能。(d)具有P-TENG體系中連續(xù)降解乙醛三個(gè)循環(huán)后光催化劑的循環(huán)性能。
展開 納米二氧化鈦用作光催化劑具有光催化效率高、無(wú)毒性、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種廢水、廢氣光催化處理中。由于 TiO2 粒徑小，光催化反應(yīng)后容易流失，所以近年來(lái)研究者們對(duì) TiO2 的固定化做了大量工作。礦物材料作為 TiO2 復(fù)合光催化 劑的載體已有大量的研究，如蒙脫石 、凹凸棒石 沸石 等作為基體材料。
硅藻土一般是由統(tǒng)稱為硅藻的單細(xì)胞藻類死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的，其本質(zhì)是含水的非晶質(zhì) SiO2。硅藻土具有孔隙度大、吸附性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點(diǎn)，因此常被用于廢水、廢氣處理領(lǐng)域。目前，納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備常采用溶膠 - 凝膠法、共沉淀法等，
本實(shí)驗(yàn)即以納米二氧化鈦和硅藻土為原材料，在水介質(zhì)的機(jī)械研磨體系中，采用機(jī)械力活化法制備成負(fù)載型 TiO2/ 硅藻土復(fù)合光催化材料，進(jìn)而研究不同光照時(shí)間下復(fù)合材料對(duì)甲基橙溶液的降解，通過(guò)測(cè)定其光催化降解率評(píng)價(jià)復(fù)合材料的光催化性能。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于降低 TiO2 作為光催化劑的使用成本，提高 TiO2 光催化劑的催化效果和應(yīng)用范圍具有重要意義。
1? 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原材料及儀器 實(shí)驗(yàn)原材料及試劑：硅藻土，40~60 目，納米 TiO2，規(guī)格 VK-TG01，TiO2≥ 99.5 %，粒徑 10-15 nm，批號(hào)：20090305，杭州萬(wàn)景新材料有限公司。化學(xué)試劑甲基橙，C14H14N3NaO3S，分子 量 327.35，；三乙醇胺， 分析純，批號(hào)：20081006，C6H15NO3，北京化工廠。 主要儀器：GSDM-S 型超細(xì)攪拌磨；HXSEI 光化 學(xué)反應(yīng)儀；TGL-16C 離心機(jī)；。
展開 【引言】
由于具有更多的活性位點(diǎn)和更短的反應(yīng)物/產(chǎn)物擴(kuò)散路徑，二維材料近年來(lái)在點(diǎn)催化領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。但目前二維材料的制備主要局限于水熱合成及液相剝離。此類方法往往具有明顯的缺陷：例如水熱不易控制材料的厚度，而液相剝離不僅產(chǎn)率較低而且操作過(guò)程經(jīng)常會(huì)使用到對(duì)人體有害的化學(xué)試劑。納米尺度的晶界缺陷工程能夠顯著提高納米電催化劑在OER、CO2還原等反應(yīng)中的催化活性。因此，理論上，在二維材料內(nèi)引入納米尺度的晶界缺陷可以進(jìn)一步提高二維材料的電催化性能。然而，目前主要使用鋰離子電化學(xué)調(diào)控的方法來(lái)破壞晶粒得到納米多晶材料。因此，在制備方法上尚有一些困難需要克服。
【成果簡(jiǎn)介】
美國(guó)愛荷華州立大學(xué)的科研工作者在ACS Energy Letters上，發(fā)表了題為“Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts”的研究論文，并被選為期刊封面。該工作主要以室溫合成Co-MOF陣列為前驅(qū)體，通過(guò)室溫條件下乙醇溶液體系對(duì)MOF進(jìn)行破壞/重組，得到納米尺度的多晶二維材料的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。堿性條件下該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性。該工作同時(shí)也對(duì)Co-MOF的生長(zhǎng)及二維材料的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。
【圖文導(dǎo)讀】
Scheme 1. 室溫條件下Co-MOF的合成路徑及多晶二維材料的生成示意圖。
Figure 1. Co-MOF 及生成的Co(OH)
2二維材料的結(jié)構(gòu)/成分表征。
Figure 2.
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光催化， 電催化，材料領(lǐng)域的最新內(nèi)容
利用環(huán)境中清潔、可持續(xù)的能源去解決氣態(tài)醛類化合物污染問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的有效策略。本工作報(bào)道了一種活塞基摩擦納米發(fā)電機(jī)（P-TENG）增強(qiáng)的氣態(tài)乙醛吸收和光催化降解系統(tǒng)。P-TENG可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，從而在導(dǎo)電基板表面誘導(dǎo)出強(qiáng)電場(chǎng)，這使得在光催化系統(tǒng)中有效降解氣態(tài)乙醛成為可能。在微風(fēng)（3.0 m/s）
進(jìn)入新世紀(jì)，低碳、節(jié)能、環(huán)保等問(wèn)題成為人們的 關(guān)注焦點(diǎn)。環(huán)境污染隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展越來(lái)越嚴(yán)重， 人們?cè)诹D尋找各種方式方法治理或減輕環(huán)境污染。 納米二氧化鈦用作光催化劑具有光催化效率高、無(wú)毒性、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種廢水、廢氣光催化處理中。由于 TiO2 粒徑小，光催化反應(yīng)后容易流失，所以近年來(lái)研究者們對(duì) TiO2 的固定化做了大量工作。礦物材料作為 TiO2 復(fù)合光催化 劑的載體已有大量的研究
【引言】
由于具有更多的活性位點(diǎn)和更短的反應(yīng)物/產(chǎn)物擴(kuò)散路徑，二維材料近年來(lái)在點(diǎn)催化領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。但目前二維材料的制備主要局限于水熱合成及液相剝離。此類方法往往具有明顯的缺陷：例如水熱不易控制材料的厚度，而液相剝離不僅產(chǎn)率較低而且操作過(guò)程經(jīng)常會(huì)使用到對(duì)人體有害的化學(xué)試劑。納米尺度的晶界缺陷工程能夠顯著提高納米電催化劑在OER、CO2還原等反應(yīng)中的催化活性
【引言】
二維材料的概念最初是由石墨烯引入的。石墨烯是一種從石墨中剝離出的單原子層碳材料，具有顯著的各向異性和電子特性。在科學(xué)家的努力下，其他種類的超薄二維納米材料被開發(fā)出來(lái)，其中包括單層或幾層的過(guò)渡金屬二硫化物、金屬氧化物、層狀雙氫氧化物、六方氮化硼、石墨氮化碳、金屬碳化物、金屬氮化物以及一系列單元素化合物
【引言】
半導(dǎo)體光催化材料有望解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題，壓電光催化是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異催化性能的有效方法之一，但是壓電光催化劑通常需要超聲等高能耗條件，從而限制了實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。在本研究中提出了一種新的材料設(shè)計(jì)，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換柔性薄膜結(jié)合半導(dǎo)體催化劑實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的壓電光催化性能。
【前言】
科學(xué)家們對(duì)全球能源安全和替代清潔可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)明給予越來(lái)越高的關(guān)注，這極大地促進(jìn)了用于設(shè)計(jì)新型可再生能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高活性和低成本的電極材料的開發(fā)。具有特殊原子和電子結(jié)構(gòu)的低維固體材料被認(rèn)為是在表界面結(jié)構(gòu)特征和電催化活性之間建立清晰關(guān)系的理想平臺(tái)，代表了追求高性能電催化劑的巨大潛力。最近的成果表明
【引言】
通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的燃料電池是未來(lái)能源供應(yīng)需求最有前途的解決方案之一。然而燃料電池中陰極氧還原反應(yīng)（ORR）的動(dòng)力學(xué)比陽(yáng)極反應(yīng)慢得多，嚴(yán)重影響燃料電池的整體性能，并非常依賴于鉑(Pt)等高效電催化劑的使用。但是鉑基催化劑的高昂價(jià)格極大的限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。近年來(lái)，二維
【引言】
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題及能源短缺成為我們亟待解決的難題，而催化被認(rèn)為是解決這些難題的關(guān)鍵性技術(shù)之一。傳統(tǒng)的催化劑廣泛存在催化選擇性差、催化劑穩(wěn)定性不好及催化效率低的缺點(diǎn)，尋找高效，穩(wěn)定性好的新型催化劑有非常重要的意義。新型過(guò)渡金屬碳化物(MXene)以其具有本征納米級(jí)層狀結(jié)構(gòu)
9月14日-16日，由中國(guó)化工學(xué)會(huì)化工新材料專業(yè)委員會(huì)和長(zhǎng)沙學(xué)院共同舉辦的“2018第二屆全國(guó)光催化材料創(chuàng)新與應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會(huì)”在湖南長(zhǎng)沙香帝華美達(dá)酒店會(huì)議中心舉行。參會(huì)代表包括來(lái)自武漢理工大學(xué)、吉林大學(xué)、北京師范大學(xué)、武漢大學(xué)、鄭州大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)、蘇州大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等國(guó)內(nèi)80余所高校以及科研院所，參會(huì)人數(shù)將近300人。
15日上午的開幕式，首先由中國(guó)化工學(xué)會(huì)化工新材料專業(yè)委員會(huì)名譽(yù)主任委員于希椿做了大會(huì)開幕致辭
【引言】
基于化石燃料的能源結(jié)構(gòu)的衰退和不斷增加的環(huán)境污染，使得開發(fā)新型清潔可再生的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)迫在眉睫，這是材料化學(xué)家的一項(xiàng)重大使命。從化學(xué)角度來(lái)看，在外場(chǎng)（例如熱，電，磁或光）作用下化學(xué)鍵斷裂和的重建是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的有效策略。而水裂解反應(yīng)作為一系列重要的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)（例如氫氧燃料電池、金屬-空氣電池和電解池）的核心，急需高效穩(wěn)定的催化劑來(lái)降低反應(yīng)的能壘
