研究目的
开发一种基于金属有机框架(MOF)的光催化剂,用于可见光驱动的二氧化碳还原,以生产具有可控H2/CO比例的合成气。
研究成果
开发的(Co/Ru)n-UiO-67(bpydc)金属有机框架复合材料能高效实现可见光驱动的二氧化碳还原制合成气,并可调控H2/CO比例,在16小时内达到高产率(如13600微摩尔/克),显著优于均相体系。该研究为二氧化碳循环利用和合成气生产提供了新策略,在可持续能源与化学合成领域具有应用潜力。
研究不足
该研究仅限于特定的MOF结构和条件;在工业应用中的可扩展性和长期稳定性可能需要进一步优化。使用有机溶剂和TEOA等牺牲剂可能会带来环境和经济方面的挑战。
1:实验设计与方法选择:
采用两步自组装法,通过混合配体合成和后合成金属化,将基于钌的光敏剂与单原子钴催化剂负载于磷光MOF(UiO-67(bpydc))上,制备不同钴/钌比例的复合材料(Co/Ru)n-UiO-67(bpydc)。
2:样品选择与数据来源:
样品包括合成的MOFs(如UiO-67(bpydc)、Rux-UiO-67(bpydc)和(Co/Ru)n-UiO-67(bpydc))。所用化学品均为市售,未经纯化直接使用。
3:实验设备与材料清单:
设备包含紫外-可见分光光度计(Lambda 750 UV/VIS/NIR,珀金埃尔默)、PXRD衍射仪(SmartLab 9 KW,理学)、扫描电镜(Quanta FEG 250,FEI)、荧光分光光度计(F-7000,日立)、时间分辨共聚焦荧光显微镜(Microtime 200,皮科量子)、比表面积分析仪(BELSORP-Max,麦奇克拜尔)、ICP-MS(iCAP RQ)、气相色谱仪(GC-2014,岛津)和电化学工作站(CHI 760E)。材料包括ZrCl4、Ru(bpy)2Cl2、Ru(H2bpydc)(bpy)2、Co(NO3)2·6H2O、DMF、乙酸、THF、CH3CN、H2O、TEOA及CO2气体。
4:Ru(bpy)2ClRu(H2bpydc)(bpy)Co(NO3)2·6H2O、DMF、乙酸、THF、CH3CN、H2O、TEOA及CO2气体。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程包括Rux-UiO-67(bpydc)在100°C下进行24小时溶剂热反应,随后在THF中通过后合成金属化引入Co(NO3)2。光催化反应在CO2饱和的CH3CN/H2O混合液中进行,以TEOA为电子供体,采用450 nm LED灯(100 mW/cm2)于25°C照射,产物(H2和CO)通过气相色谱定量。
5:数据分析方法:
采用PXRD分析结晶度,UV-vis测定吸收光谱,EDX和ICP-MS分析元素组成,N2吸附测定比表面积与孔径,PL和时间分辨PL评估电子转移效率,CV测试电化学性质,GC进行气体定量分析。
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获取完整内容-
UV-vis spectrophotometer
Lambda 750 UV/VIS/NIR
Perkin Elmer
Used for measuring UV-vis diffuse reflectance spectra of the samples.
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PXRD diffractometer
SmartLab 9 KW
Rigaku
Used for collecting powder X-ray diffraction data to analyze crystallinity.
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SEM
Quanta FEG 250
FEI
Used for acquiring energy dispersive X-ray spectroscopy mapping images and SEM images.
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Fluorescence spectrophotometer
F-7000
Hitachi
Used for conducting photoluminescence spectra.
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Time-resolved confocal fluorescence microscopy
Microtime 200
PicoQuant
Used for time-resolved PL measurements.
-
Gas chromatograph
GC-2014
Shimadzu
Used for quantifying the amount of CO and H2 generated in photocatalytic reactions.
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Electrochemical workstation
CHI 760E
CH Instruments
Used for recording cyclic voltammograms.
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Specific surface analyzer
BELSORP-Max
MicrotracBEL
Used for measuring N2 adsorption-desorption isotherms at 77 K.
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ICP-MS
iCAP RQ
Germany (likely Thermo Fisher Scientific, but brand not fully specified)
Used for determining Co and Ru content in the samples.
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LED lamp
450 nm
Not specified
Used as light source for photocatalytic irradiation at 100 mW/cm2.
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