张声森
,
晏洁
,
杨思源
,
徐悦华
,
蔡欣
,
张向超
,
彭峰
,
方岳平
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62588-3
近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.
关键词:
氧化亚铜
,
石墨化氮化碳
,
异质结薄膜
,
电化学沉积
,
可见光
,
光电化学分解水
,
产氢
彭定芬
,
余皓
,
彭峰
,
王红娟
,
杨剑
催化学报
采用硝酸氧化方法对多壁碳纳米管(CNT)的侧壁进行修饰,得到表面羧基含量可控的CNT,并进一步考察了碳管表面基团分布与纳米RuO2催化剂在CNT上的分散度及催化氧化活性之间的关系.以多齿羧酸配体作为稳定剂,合成了RuO2和IrO2纳米颗粒水溶胶,并通过改变配体的种类及数最对纳米颗粒团聚体粒径进行调控.研究结果表明,羧酸配体和碳管表面的羧基均有助于纳米氧化物颗粒的分散.
关键词:
碳纳米管
,
表面修饰
,
羧基
,
纳米颗粒
,
分散度
蒲玉英
,
方建章
,
彭峰
,
李保健
,
黄垒
催化学报
采用聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)/正己醇/环己烷/氨水微乳体系合成了纳米TiO2和SiO2/TiO2复合物,用X射线衍射、红外光谱和透射电镜对其结构进行了表征,并以甲基橙降解评价了其光催化性能,讨论了SiO2/TiO2摩尔比、晶相组成及粒径与光催化活性的关系. 结果表明, SiO2/TiO2催化剂中形成了新的 Ti - O - Si 键和无定形SiO2; 在纳米TiO2中复合SiO2能有效抑制锐钛矿向金红石的转变,增加锐钛矿的稳定性,并阻止TiO2晶粒的聚集生长. 催化剂的光催化活性随金红石含量的增加而降低,加入适量SiO2能明显提高TiO2的光催化活性,其中摩尔比为1/7的SiO2/TiO2光催化活性最高.
关键词:
纳米粒子
,
二氧化钛
,
氧化硅
,
光催化
,
微乳法
,
甲基橙
彭峰
,
傅小波
,
余皓
,
王红娟
新型炭材料
doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2007.03.004
采用FeSO4-H2O2体系对碳纳米管氧化修饰的同时,氢氧化铁被吸附在碳纳米管管壁上,然后分别通过氢气、氮气、空气在723 K下处理2 h,制备了碳纳米管负载的γ-Fe2O3催化剂、γ-Fe2O3和α-Fe2O3复合催化剂和非晶态Fe2O3催化剂.采用XRD、TEM和TG-DSC表征了催化剂结构,采用连续流动乙苯气相脱氢生成苯乙烯反应对催化剂性能进行评价,结果表明:热处理条件对催化剂乙苯脱氢的催化性能影响明显,碳纳米管负载的晶态Fe2O3纳米催化剂对乙苯脱氢具有高的活性与选择性.
关键词:
Fe2O3
,
碳纳米管
,
复合催化剂
,
脱氢催化
,
纳米材料
伍颖斯
,
余皓
,
王红娟
,
彭峰
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60114-5|
采用直接浸渍法、过氧化氢均相氧化沉积法和氨水催化水解法制备了石墨烯负载的铁、钴、镍金属氧化物纳米颗粒。研究了三种沉积方法对颗粒尺寸分布的影响；采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱表征了催化剂的形貌与结构。用过氧化氢均相氧化沉淀法可制得粒径分布最均匀的纳米颗粒。过氧化氢的氧化作用可使石墨烯表面的氧化基团含量最大化，为纳米颗粒提供了足够的吸附与成核点。氨水加速了金属离子的水解与成核，导致纳米颗粒的粒径增大与不均。以苯甲醇氧化为探针反应考察了催化剂的性能。催化剂的活性按以下顺序逐渐下降：过氧化氢辅助沉积法>直接浸渍法>氨水催化水解法，与纳米颗粒尺寸增长趋势一致。纳米催化剂颗粒尺寸与其活性的良好关联性显示，发展石墨烯负载尺寸可控的纳米催化剂的方法具有重要意义。
关键词:
颗粒尺寸
,
石墨烯
,
金属氧化物
,
过氧化氢
,
苯甲醇氧化
彭峰
催化学报
制备了一系列非负载的钼催化剂,考察了催化剂上甲醇直接气相羰化活性与反应物及产物吸附的关系.结果发现,催化剂的制备方法对甲醇直接气相羰化活性的影响很明显,以纯二硫化钼试剂制备的催化剂,甲醇转化率与羰化产物乙酸甲酯的选择性最低;以三氧化钼气相还原硫化制备的催化剂,其羰化活性较低;以钼酸铵溶液经硫化铵溶液或硫化氢气体硫化制得的催化剂,其性能明显优于前两种,尤以钼酸铵经硫化铵溶液硫化制得的催化剂的性能最佳.催化剂的羰化活性明显依赖于催化剂的吸附性能,羰化活性高的催化剂不仅吸附CO的量大,而且对甲醇和乙酸甲酯的吸附量也明显较大.
关键词:
甲醇
,
羰基化
,
乙酸甲酯
,
吸附
,
硫化钼
王红娟
,
王晓慧
,
郑家道
,
彭峰
,
余皓
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60104-2
以聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)为连接剂，采用原位自组装方式将MoO3和WO3负载到碳纳米管(CNTs)上，然后通过乙二醇还原法负载Pt纳米颗粒，得到Pt纳米颗粒均匀分布的Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂.当氧化物总量控制在10 wt%， MoO3与WO3摩尔比为1：0.5时， Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂催化甲醇氧化活性最高，甲醇氧化峰电流If高达835 A/gPt. WO3和MoO3的加入提高了催化剂的甲醇氧化活性、抗CO中毒能力和稳定性，使得Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂表现出优异的甲醇电催化氧化性能.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
阳极催化剂
,
铂
,
氧化钼
,
氧化钨
,
碳纳米管
,
甲醇电催化氧化
,
一氧化碳氧化
