研究目的
开发一种高效的光驱动甲烷还原二氧化碳（CRM）催化剂，以实现高转化效率和太阳能利用率，从而应对全球环境和能源挑战。
研究成果
这种新型纳米复合材料在光驱动甲烷还原二氧化碳反应中展现出高效性能，具有优异的活性、稳定性和光能转化效率。二氧化铈团簇修饰通过降低活化能并抑制积碳来提升性能。光活化的发现为未来催化剂设计提供了新思路，为太阳能利用和二氧化碳转化开辟了有前景的途径。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的实验，未涉及工业化应用的规?；侍狻＞」艽呋潦Щ钕窒笥兴纳疲曰岱⑸?；碳沉积虽被抑制，但并未完全消除。使用高强度聚焦光照在无聚光器的情况下可能无法直接适用于自然太阳光照条件。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用简便沉积还原法合成了介孔二氧化硅负载镍纳米晶并修饰二氧化铈团簇的纳米复合材料。在氙灯聚焦照射（无额外加热）下评估光热催化活性，并与参比催化剂进行对比。理论模型包含密度泛函理论（DFT）计算以解析催化机制。
2：样品选择与数据来源：
催化剂按特定摩尔比制备（如Ni-CeO2/SiO2中Ni/Ce/Si=0.05/0.05/0.90）。催化性能数据通过气相色谱、温度测量及多种表征技术获取。
3：05/05/90）。催化性能数据通过气相色谱、温度测量及多种表征技术获取。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括500W氙灯（光源）、质量流量计、气相色谱仪（如GC-9560）、X射线衍射仪（Rigaku Dmax）、透射电镜（JEM-ARM200F）、电感耦合等离子体发射光谱仪（Optima 4300DV）、X射线光电子能谱仪（ESCALAB 250Xi）、比表面积分析仪（ASAP2020）、热重质谱联用仪（STA449F3+QMS403）、紫外可见红外分光光度计（Lambda 750S）、拉曼显微镜（Renishaw inVia）。材料包括九水硅酸钠、六水硝酸镍、六水硝酸铈、硝酸、氨水、去离子水、甲烷、二氧化碳、氩气及同位素气体（如12C18O2）。
4：0）、X射线衍射仪（Rigaku Dmax）、透射电镜（JEM-ARM200F）、电感耦合等离子体发射光谱仪（Optima 4300DV）、X射线光电子能谱仪（ESCALAB 250Xi）、比表面积分析仪（ASAP2020）、热重质谱联用仪（STA449F3+QMS403）、紫外可见红外分光光度计（Lambda 750S）、拉曼显微镜（Renishaw inVia）。材料包括九水硅酸钠、六水硝酸镍、六水硝酸铈、硝酸、氨水、去离子水、甲烷、二氧化碳、氩气及同位素气体（如12C18O2）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：合成过程包含前驱体溶解、pH调节、加热、过滤、洗涤、干燥及在CH4/CO2气流中还原。光热催化测试在自制反应器中进行，控制气体流速与光照条件。表征手段涵盖XRD、TEM、XPS、BET、TG-MS、吸收光谱及原位技术。DFT计算采用VASP软件并设定特定参数。
5：数据分析方法：
通过阿伦尼乌斯方程计算活化能，谢乐公式计算晶粒尺寸，标准方程计算光-燃料效率。统计分析包含反应速率与效率的对比。
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X-ray diffractometer
Rigaku Dmax
Rigaku
Acquiring XRD patterns of catalysts using Cu Kα radiation.
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Electron microscope
JEM-ARM200F
JEOL
Acquiring TEM images and EDX mapping.
-
ICP-OES
Optima 4300DV
PerkinElmer
Analyzing chemical composition by inductively coupled plasma/optical emission spectroscopy.
-
X-ray photoelectron spectrometer
ESCALAB 250Xi
Thermo Fisher Scientific
Recording XPS spectra using Mg Kα radiation.
-
Spectrophotometer
Lambda 750S
PerkinElmer
Recording UV-Vis-IR spectra.
-
Physisorption instrument
ASAP2020
Micromeritics
Measuring BET surface area by N2 adsorption at 77.15 K.
-
Thermal analyzer
STA449F3
Netzsch
Acquiring TG-MS profiles, connected to a mass spectrometer.
-
Mass spectrometer
QMS403
Netzsch
Used with thermal analyzer for TG-MS analysis.
-
Raman microscope
Renishaw inVia
Renishaw
Recording Raman spectra using 514.5 nm excitation.
-
Xe lamp
500 W
Providing focused illumination for photothermocatalytic experiments.
-
Mass flow meter
S49-31/MT
Controlling gas flow rates into the reactor.
-
Gas chromatograph
GC-9560
Analyzing reactants and products in gas phase.
-
Software
VASP 5.3
Conducting density functional theory (DFT) calculations.
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