基本信息
- 項目名稱：
- Eosin Y/M/SiO2 (M= Pt, Rh, Ru)催化劑可見光催化還原水制氫
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 資源枯竭、環(huán)境惡化迫使人們研發(fā)清潔、可持續(xù)的能源系統(tǒng)。光催化制氫是太陽利用的最佳途徑，而構筑高效穩(wěn)定的可見光還原水體系是必需的。 光敏化引起廣泛關注，但有機染料作為光敏劑的研究較少。 光合作用過程中，類囊體膜將氧化反應和還原反應隔離開，抑制逆反應。 選取有機染料Eosin Y為敏化劑和SiO2為吸附基底，構建廉價、高效的可見光誘導制氫反應體系。
- 詳細介紹：
- 資源枯竭、環(huán)境惡化以及民眾的環(huán)保意識增強，迫使人們去研發(fā)清潔的、安全可靠的、可持續(xù)的新能源系統(tǒng)。從能源角度考慮，光催化分解水制氫氣和氧氣是太陽能光化學轉換與儲存的最佳途徑，是目前國際上可再生能源領域的研究熱點之一；而從經濟實用角度考慮，構筑高效穩(wěn)定的可見光光催化分解水體系是必需的。 光敏化作為拓寬體系光響應范圍的一種有效措施引起眾多學者關注。目前所采用的光敏劑大多是金屬絡合物，如金屬卟啉類化合物、金屬酞菁類化合物以及多吡啶基的金屬絡合物；與之相比，盡管有機染料種類眾多、廉價易得、摩爾吸光系數大、化學物理性質容易調控以及容易對其實現有助于評價性質和優(yōu)化結構的模擬計算，其作為光敏劑的研究相對較少。氧雜蒽(噸)染料，如熒光素及其衍生物，已被證實是一類性能優(yōu)良的適宜光催化還原水制氫的光敏劑。 光合作用過程中光能的高效吸收、傳遞和轉換及其控制的微觀機理十分奇特。人們發(fā)現光合作用過程中光能的吸收、傳遞和轉化過程都是在類囊體膜上具有一定分子排列及空間構象的色素蛋白復合體上進行的，類囊體膜將氧化反應和還原反應隔離開，進而抑制發(fā)生逆反應?；诖苏J識，即光敏化過程中產物(或電荷)有效的分離是實現較高光敏化效率所必需的,為了有效地抑制光敏化過程中熱力學上更有利的產物(或電荷)的復合，半導體、功能化的膠束、脂質體、微乳、聚電解質、Nafion膜、人造膜以及分子篩等已被用于促進光敏化過程中產物(或電荷)的分離。Willner等利用二氧化硅表面有過剩的負電荷調控光敏化過程中所生成的產物(或電荷)分離以提高光敏效率。我們先前的研究表明，寬禁帶載體硅膠、凹凸棒作為染料的吸附基底，利用其帶電荷的表面，可通過靜電作用調控光敏化過程中帶電荷產物的分離，從而提高了光敏化析氫效率。 鑒于此，本文以曙紅Y為敏化劑、二氧化硅為染料的吸附基底和三乙醇胺(TEOA)為電子給體，構建了可見光誘導制氫反應體系，詳細考察了影響光敏化析氫性能的一些主要因素，如析氫助催化劑、二氧化硅的表面性質、載體和曙紅的混合方式以及光照強度。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的:鞏固、深化理解所學知識，拓寬視野,培養(yǎng)自學和綜合設計能力,提高文獻檢索、分析整理能力，培養(yǎng)學術論文寫作技能，增強就業(yè)競爭力。 思路:光催化分解水制氫取得巨大進展，仍面臨一些亟待解決的問題，如太陽能利用效率低。光敏化作為拓寬體系光響應范圍的一種有效措施引起廣泛關注，鑒于此，選取有機染料Eosin Y為敏化劑和SiO2為吸附基底，構建廉價、高效的可見光誘導制氫反應體系。
科學性、先進性及獨特之處
- 光合作用過程中類囊體膜將氧化反應和還原反應隔離開，抑制逆反應。 光敏化是一種簡單高效的轉化和儲存太陽能的技術。目前有機染作為光敏劑的研究相對較少。 本文選擇廉價、易得的有機染料曙紅為敏化劑，以三乙醇胺為模擬污染物，人工模擬光合作用，構建了集污染物降解和制備清潔燃料于一體的新型可見光光催化還原水制氫體系。
應用價值和現實意義
- 資源枯竭、環(huán)境惡化以及民眾的環(huán)保意識增強，迫使人們去研發(fā)清潔的、安全可靠的、可持續(xù)的新能源系統(tǒng)。光催化分解水制取氫氣和氧氣是太陽能光化學轉換與儲存的最佳途徑，但是太陽能利用效率低。 本研究嘗試構建實驗室規(guī)模的低成本、高效的可見光光催化分解水制氫體系，以期推動太陽能光化學轉化與儲存產業(yè)化。
學術論文摘要
- 本文人工模擬光合作用，構建了具有較高可見光還原水制氫性能的Eosin Y / M /SiO2 (M= Pt, Rh, Ru)催化體系，詳細考察了析氫助催化劑、二氧化硅表面性質、曙紅與二氧化硅的混合方式以及光照強度等因素對光敏化催化劑制氫性能的影響。實驗結果表明：釕作為析氫助催化劑，析氫速率和表觀量子效率可分別高達90 umol?h-1和23.8%；二氧化硅的比表面積增大，析氫速率隨之增高；光照強度過高或過低都不利于提高光量子效率；與曙紅Y浸漬法吸附在二氧化硅表面制備的催化劑相比，原位物理混合制備的催化劑光敏化析氫速率和穩(wěn)定性均有顯著提高。
獲獎情況
- 相關研究成果已被《物理化學學報》(SCI)錄用
鑒定結果
- 無
參考文獻
- (1)張先付, 沈濤. 化學通報, 1995,No. 6, 8. (2)張曉杰,儲國海,李樹本.呂功煊.分子催化, 2007, 21, 362. (3)張曉杰，李樹本，呂功煊. 分子催化，2010，24，569. (4)張材榮,吳有智,陳玉紅,陳宏善. 物理化學學報, 2009, 25, 53 (5) Turro N.J., Barton J.K., et al. Acc. Chem. Res. 1991, 24, 332. (6) Yi X.Y., Wu L.Z., et al. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9468. (7) Dutta P., et al. Microporous Mesoporous Mater. 2003, 62, 107. (8) Zhang X.J, Jin Z.L, et al.J. Power. Sources 2007, 166, 74. (9) Zhang X.J, et al. J. Colloid Interface Sci. 2009, 333, 285.
同類課題研究水平概述
- 光敏化作為拓寬催化劑光響應范圍的一種有效措施引起廣泛關注。目前所用的光敏劑大多是金屬絡合物，與之相比，有機染作為光敏劑的研究相對較少。氧雜蒽染料是一類性能優(yōu)良的適宜還原水制氫的光敏劑。Jin等人用曙紅作敏化劑，二氧化鈦作為吸附基底，CuO作為析氫催化劑，表觀產氫量子效率可高達5.1% 光合作用過程中光能的高效吸收、傳遞和轉換及其控制的微觀機理十分奇特。研究發(fā)現光合作用過程中光能的吸收、傳遞和轉化過程都是在類囊體膜上具有一定分子排列及空間構象的色素蛋白復合體上進行的，類囊體膜將氧化反應和還原反應隔離開，從而抑制逆反應，為了有效地利用和儲存太陽能，半導體、膠束、脂質體、微乳、聚電解質、Nafion膜、人造膜以及分子篩等已被用于促進光敏化過程中產物（或電荷）的分離。如Lehn等人利用萘醌型載體把光激發(fā)硫酸原黃素產生的電子從微孔濾紙支撐的聯(lián)苯醚人造膜的一端轉移到另一端，從而將氧化反應和還原反應隔離開，進而抑制發(fā)生逆反應。Calvin等人利用敏化劑和電子傳遞劑親水親油性質，利用脂質體泡囊壁將發(fā)生氧化反應和還原反應位置隔離，從而阻止了逆反應。由于二氧化硅表面有過剩的負電荷，Willner等人利用二氧化硅調控光敏化過程中所生成的產物（或電荷）分離以提高光敏效率。
