光催化反应器;多功能光催化反应器;自动光化学反应仪图片 那艾仪器

研究已经发现纳米棒可加速固化速率和增加交联密度,多功能光催化反应器促进树脂预聚物和纳米棒配体分子之间的多重共价键,而且它们限制氧对光聚合的抑制作用。纳米棒通过透射电子显微镜分析评估在光可固化基质中分布的均匀性,并且此纳米复合材料相对于纯树脂的玻璃化转变温度和水接触角都要高。 

光催化还原CO2是基于模拟植物的光合作用。绿色植物通过光合作用固定CO2并将其转变为有机物,这既是人类赖以生存的基础,同时也为人工光合成还原CO2提供了借鉴。如图1-1所示,植物光合作用过程的关键参与者是叶绿素,它以太阳光为动力,把经由气孔进入叶子内部的CO2和由根部吸收的水转变成淀粉,同时释放O2。

由于CO2无法吸收波长在200~900 nm的可见光和紫外光,人工光合成还原CO2需要借助于合适的光化学增感剂才能完成。自从20世纪70年代日本科学家发现TiO2光催化现象以来,大量的研究表明,半导体材料具有光催化活性,如金属氧化物(TiO2、ZnO、ZrO、WO3、CdO)和硫化物(CdS、ZnS)等。半导体光催化反应是以光能为驱动力的氧化-还原过程,其电子的激发与传递过程同光合作用过程极为相似。因此,人工光合成还原CO2实质上是在光诱导下的氧化-还原反应过程。它包含两个基本过程:首先是CO2吸附在光催化材料的反应位点,其次是CO2与光生电子-空穴之间的反应转化过程。因此,在光催化反应过程中,要激发并分离电子-空穴对,光的能量必须等于或大于光催化剂的禁带宽度。这些光生载流子的能量主要取决于光催化剂的导带和价带的位置。如图1-2所示,半导体光催化材料在受到能量相当于或高于其本身禁带宽度的光辐照时,晶体内的电子受激从价带跃迁到导带,在导带和价带分别形成自由电子和空穴,并从半导体内部迁移至表面。

通过表面修饰或元素掺杂方式可将紫外光半导体材料的光响应范围拓展到可见光区,多功能光催化反应器或直接开发具有可见光响应的光催化材料。宽禁带材料的改性主要以TiO2为主。以过渡金属配合物酞菁锌修饰的TiO2可以实现可见光下还原CO2,但效率不高;而以酞菁钴敏化TiO2,在可见光下可在饱和NaOH溶液中相对高效地还原CO2产生HCOOH、HCHO和CH3OH。染料敏化TiO2也可以实现在可见光下还原CO2。最近发现经表面修饰的碳纳米粒子可在可见光下催化转化CO2为HCOOH。然而,无论是经由表面修饰还是元素掺杂获得的可见光光催化材料,均存在能量转化效率低和稳定性差等问题。例如,敏化剂易发生氧化和从本体上脱附而导致性能下降;元素掺杂通常对拓展本体材料的光响应范围有限,不能很好地利用太阳能。

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