實(shí)驗(yàn)方向：光催化海水裂解制氫
第一作者：姜龍德
通訊作者：欒敬德 教授
發(fā)表單位：沈陽航空航天大學(xué)
發(fā)表期刊：Applied Catalysis B:Environment and Energy
影響因子(IF): 20.2
在反應(yīng)溶液中加入Na+、Mg2+、K+和Ca2+。當(dāng)離子濃度從10%增加到40%時(shí)，在含Na+、K+和Mg2+離子的人工海水中，VO2-CN的最大H2產(chǎn)率依次為4475.74 μmol h-1g-1、2980.13 μmol h-1g-1和2606.90 μmol h-1g-1，遠(yuǎn)高于純水。值得注意的是，Ca2+離子對(duì)VO2-CN的光催化活性有明顯的抑制作用，H2產(chǎn)率從2353.08 μmol h-1g-1顯著降低到769.55 μmol h-1g-1。
通過簡單的超聲輔助熱縮聚制備了一種新型氮化碳基催化劑VOX-CN，用于人工海水裂解光催化制氫。V和O原子的摻雜使CN骨架的帶隙、態(tài)密度、功函數(shù)和靜電勢等電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化。電解質(zhì)離子被吸附在催化劑表面，促進(jìn)離域電子云的形成，從而吸引更多的電子參與氫離子還原。
1、催化劑制備：
以三聚氰胺為原料，在氮?dú)鈿夥障?，在馬弗爐中550℃煅燒240分鐘制備氮化碳（CN）。后經(jīng)超聲處理，混合懸浮液在105℃下干燥240分鐘，得到粉狀樣品。然后，在惰性氣氛下，將干燥的粉末樣品在350℃下煅燒120分鐘，制備VOx-CN。
2、催化劑性能測試：
在四個(gè)測試循環(huán)后，VO2-CN的H2產(chǎn)率沒有明顯降低，表明具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
3、平均產(chǎn)量、產(chǎn)率:3354.25 μmol h-1g-1
4、最高產(chǎn)量、產(chǎn)率:4475.74 μmol h-1g-1
（圖1）V0 X-CN光催化劑通過超聲輔助熱縮聚反應(yīng)的制備策略
（圖2）光催化劑分子的光學(xué)表征
（圖3）在去離子和人工海水中產(chǎn)生氫氣制備的光催化劑
（圖4）光催化劑分子電子結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論計(jì)算
（圖5）光催化劑吸附前后的分子靜電勢分布
（圖6） 皮爾遜相關(guān)分析和雙特征PDP部份依賴圖
姜龍德，碩士研究生 2022年入學(xué) 就讀于沈陽航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院 研究領(lǐng)域是能源催化，聚焦于光催化海水制氫、DFT理論計(jì)算以及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的融合應(yīng)用。參與省部級(jí)項(xiàng)目2項(xiàng)，研究成果在Applied Catalysis B: Environment and Energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Journal of Materials Chemistry A，Carbon，International Journal of Hydrogen Energy，Journal of Aloys and Compounds等期刊發(fā)表6篇。榮獲研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金，獲校首屆優(yōu)秀碩士論文培育基金，獲綜合學(xué)業(yè)一等獎(jiǎng)學(xué)金，校優(yōu)秀研究生干部等榮譽(yù)稱號(hào)20余項(xiàng)。
欒敬德，教授 碩士生導(dǎo)師，遼寧省“百千萬人才工程”千人層次，沈陽市高層次人才，沈陽航空航天大學(xué)優(yōu)秀科技工作者。研究方向:新能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)、光催化裂解水制氫、光催化降解污染物、固廢污染控制與資源化。主持國家級(jí)、省部級(jí)、市局級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)，企業(yè)橫向課題3項(xiàng)，參與國家級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)。研究成果在Applied Catalysis B: Environment and Energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Chemical Engineering Journal, Carbon Capture Science & Technology, Journal of Hazardous Materials, Science of The Total Environment,Journal of Aloys and Compounds等期刊發(fā)表論文50余篇，ESI高被引1篇; 授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)，轉(zhuǎn)化2項(xiàng)。獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)3項(xiàng)，遼寧省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)1項(xiàng)，沈陽市自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)3項(xiàng)。
綜上所述，將一種通過簡單的超聲輔助熱聚縮合法成功制備的新型碳氮化基催化劑VO X-CN裂縫，用于人工海水裂解生產(chǎn)光催化產(chǎn)物。V原子和O原子的形成引起了CN框架的電子結(jié)構(gòu)的顯著變化，如帶隙、態(tài)密度、差分電荷、電勢等。通過實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)、理論計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)，研究了人工海水中有機(jī)陽離子相互作用對(duì)H2產(chǎn)率的影響。電解質(zhì)離子是催化劑的吸附表面，通過吸引更多的電子參與氫離子r的釋放，促進(jìn)了離域電子云的形成。決策樹回歸算法是揭示電解質(zhì)陽離子類型、催化劑濃度和催化劑H2產(chǎn)率之間相互作用的最佳預(yù)測模型。用Na+>Mg2+>K+>Ca2+方法研究了電解質(zhì)離子對(duì)人工海水中制備的催化劑H2產(chǎn)率的影響。Na+、Mg2+和K+原子之間的相互作用有利于催化蛋白多離子體系的H2產(chǎn)生，而Ca2+離子之間的不良反應(yīng)，特別是對(duì)高濃度。本文提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)和DFT計(jì)算的電子逐步策略，揭示了電子結(jié)構(gòu)變化對(duì)催化劑光催化活性和反應(yīng)體系中多離子相互作用對(duì)H2產(chǎn)率的影響，為新型高性能催化劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了指導(dǎo)。
詳情可長按圖片“識(shí)別圖中的二維碼”
北京鎂瑞臣科技有限公司（簡稱MC鎂瑞臣）創(chuàng)立于2018年3月，總部位于北京市海淀區(qū)百旺弘祥科技產(chǎn)業(yè)園，公司集科研儀器研發(fā)制造、銷售、服務(wù)于一體，以光催化行業(yè)為經(jīng)營主線，致力于環(huán)境清潔、新能源、新材料、碳中和縱向深入發(fā)展和橫向拓展并行的高科技企業(yè)。具有中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證和國家高新技術(shù)企業(yè)資質(zhì)，企業(yè)信用評(píng)級(jí)AAA級(jí)企業(yè)認(rèn)證，ISO9001質(zhì)量管理體系質(zhì)量認(rèn)證、ISO45001職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證、ISO14001環(huán)境管理體系認(rèn)證及多項(xiàng)實(shí)用新型專利和發(fā)明專利。
公司在光催化實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)研發(fā)方面不斷攻克技術(shù)難題，為光催化降解污染物、光解水制氫制氧或全解水、光催化二氧化碳還原、光催化合成氨（固氮）、光催化降解VOC、甲醛等實(shí)驗(yàn)提供運(yùn)行更穩(wěn)定、操作更便捷的實(shí)驗(yàn)設(shè)備整體解決方案。目前業(yè)務(wù)遍及全國，為清華大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、華東理工大學(xué)、武漢大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、東北師范大學(xué)、福州大學(xué)、淮北師范大學(xué)、中科院物理研究所等科研機(jī)構(gòu)提供了周到滿意的服務(wù)，贏得了良好口碑。
MC鎂瑞臣立志于在光催化行業(yè)深耕細(xì)作厚積薄發(fā)，用品牌和服務(wù)成就每一個(gè)應(yīng)該成功的人，愿成為您科研路上最真誠的伙伴！
