MC鎂瑞臣論文獎(jiǎng)勵(lì)丨南京航空航天大學(xué):方帆憑借使用我們MC鎂瑞臣的產(chǎn)品,發(fā)表了最新光催化全解水的研究成果!
發(fā)表期刊:Applied Catalysis B: Environmental
第一作者:方帆
通訊作者:葉金花、常焜
發(fā)表單位:南京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
實(shí)驗(yàn)方向:光解全解水
影響因子:24.319
Understanding targeted modulation mechanism in SrTiO3 using K+ for solar water splitting
利用鉀離子對(duì)太陽能水分解鈦酸鍶晶體靶向調(diào)制機(jī)制的理解
在SrTiO?上同時(shí)應(yīng)用面心和缺陷工程對(duì)于提高光催化活性至關(guān)重要,而Sr?+空位有助于增強(qiáng)A位的調(diào)制能力,從而設(shè)計(jì)缺陷工程。在此,我們結(jié)合先進(jìn)的表征方法與密度泛函理論,闡明了K調(diào)制面心和缺陷在SrTiO?納米顆粒中的起源,進(jìn)而影響整體水分解過程中的光催化活性。我們發(fā)現(xiàn)K?CO?與不同面心之間的結(jié)合強(qiáng)度差異導(dǎo)致了非等效面心的暴露?;诿嫘墓こ蹋覀冏C明了K摻雜過程包括填充和替代過程,最低的缺陷濃度出現(xiàn)在它們的交界處,并且在{100}和{110}面心之間存在最大的表面能帶彎曲度。優(yōu)化后的3%K摻雜SrTiO?復(fù)合材料具有與最先進(jìn)催化劑相當(dāng)?shù)膬?nèi)在活性。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)高性能SrTiO?基光催化劑提供了重要的理論指導(dǎo)。
論文第一作者為:方帆
論文通訊作者為:葉金花、常焜
幾十年來,人們?cè)谔柲茯?qū)動(dòng)的光催化水分解生產(chǎn)可再生氫氣方面做出了許多努力 ,特別是,以化學(xué)計(jì)量比將光催化H 2 O轉(zhuǎn)化為H2和O2使用顆粒光催化劑的2:1方法已引起廣泛關(guān)注[5-9] 由于其可擴(kuò)展性和生產(chǎn)可再生氫氣的經(jīng)濟(jì)可行性。在顆粒光催化劑中,SrTiO 3(3.2 eV)作為一種宿主半導(dǎo)體材料,在水解反應(yīng)中被廣泛使用,但尚未有應(yīng)用潛力對(duì)促進(jìn)整體光催化水分解反應(yīng)的SrTiO3基納米復(fù)合材料進(jìn)行機(jī)理研究,可以推動(dòng)其他相關(guān)反應(yīng)的快速發(fā)展。以改性單晶SrTiO?納米顆粒和設(shè)計(jì)共催化劑為核心的策略,在生產(chǎn)高性能基于SrTiO?的光催化劑用于整體水分解方面已證明有效。對(duì)于共催化劑的設(shè)計(jì),Rh/Cr?O?作為氫氣析出反應(yīng)(HER)共催化劑,CoOOH作為氧還原反應(yīng)(OER)共催化劑已被報(bào)道為最優(yōu)選擇。
本文所用設(shè)備
1.催化劑制備:主要利用助熔劑采用熔鹽法制備K摻雜SrTiO3納米顆粒。首先將將商業(yè)SrTiO3納米顆粒與K2CO3按照化學(xué)計(jì)量比混合,同時(shí)加入上述混合物15倍質(zhì)量的SrCl2·6H2O,并加入無水乙醇在研缽中濕法研磨30分鐘,干燥后收集樣品防止剛玉坩堝在馬弗爐中1423 K溫度下煅燒15小時(shí)。其中K+的摻雜量分別為1% 、2%、3%、4%和5% (摩爾比),主要研究K+摻雜對(duì)SrTiO3光催化劑性能的調(diào)控機(jī)制。采用分步光沉積法依次沉積0.1 wt% Rh,0.05 wt% Cr2O3和0.05 wt% CoOOH,其中3%K-STO處于填充和替換的分界點(diǎn),此時(shí)缺陷濃度最低,性能最佳,達(dá)到1.87 mmol·h−1 (H2)和0.91 mmol·h−1 (O2)。
2.催化劑性能測(cè)試:采用北京鎂瑞臣有限公司設(shè)計(jì)的封閉式氣體循環(huán)智能化測(cè)試系統(tǒng)(如圖所示)。將40 mg粉體催化劑加入80 mL純水中,放置光催化反應(yīng)裝置超聲分散,并接入封閉式氣體循環(huán)測(cè)試系統(tǒng),采用300 W氙燈(>300 nm, 鎂瑞臣有限公司)照射,產(chǎn)出氣體定時(shí)智能采樣進(jìn)入色譜分析,從而獲得光催化劑純水全分解的性能。
總之,通過在SrTiO?納米顆粒中引入K摻雜,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了面和缺陷工程。先進(jìn)的表征和DFT計(jì)算用于研究非等效面的形成起源、鈣鈦礦中的摻雜 機(jī)制以 及面和 缺陷工 程對(duì)光 催化活 性的協(xié) 同效應(yīng) 。我們 發(fā)現(xiàn),K?CO?與不同面之間的結(jié)合強(qiáng)度差異導(dǎo)致了{(lán)100}、{110}和{111}面在煅燒過程中的生長速率差異,這是非等效面暴露的原因。此外,摻雜過程包括填充和替代過程,而這兩個(gè)過程的交點(diǎn)處缺陷濃度最低,從而實(shí)現(xiàn)了光生載流子的最大分離效率。光催化活性與K摻雜含量之間的相關(guān)性表明,同時(shí)實(shí)現(xiàn)面工程和缺陷工程優(yōu)化是促進(jìn)整體水分解反應(yīng)的關(guān)鍵。我們關(guān)于非等效面形成機(jī)制和缺陷工程機(jī)制的研究提供了意義。為設(shè)
計(jì)和開發(fā)高性能光催化劑提供指導(dǎo)。
Coupled visible-light driven photocatalytic reactions over porphyrin-based MOF materials.
影響因子:24.319
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北京鎂瑞臣科技有限公司(簡(jiǎn)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)證及多項(xiàng)實(shí)用新型和發(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,為淮北師范大學(xué)、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)、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。
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