研究目的
开发用于二氧化碳捕获及在紫外-可见光照射下通过Mg(OH)2与CuO/Cu2O耦合进行光催化转化制备太阳能燃料的双功能材料。
研究成果
通过微波水热法成功合成了Mg(OH)2、CuO和Cu2O双功能复合材料,实现了高效的CO2捕获及光催化转化制备太阳能燃料。MgCu10复合材料因具有高CO2吸附能力和有利的导带电位,在液体燃料生产中展现出最高活性。Cu2O的引入增强了对甲醇的选择性。该材料反应后表现出稳定性,但气相效率有限。未来工作应优化含水量并探究实际应用。
研究不足
与纯Mg(OH)2相比,复合材料的CO2吸附能力较低。较高的铜负载量(15%和20%)由于光屏蔽效应导致光催化活性降低。气相光催化产率较低,表明水量对质子供给至关重要。该研究未探讨长期稳定性或可扩展性方面。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用微波水热法合成Mg(OH)2、CuO和Cu2O复合材料用于CO2捕获与光催化还原。其原理是将Mg(OH)2的高CO2吸附性与铜氧化物的光催化特性相结合。理论模型包含将物理性质与活性相关联的表征技术。
2:CuO和Cu2O复合材料用于CO2捕获与光催化还原。其原理是将Mg(OH)2的高CO2吸附性与铜氧化物的光催化特性相结合。理论模型包含将物理性质与活性相关联的表征技术。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:使用硝酸镁和醋酸铜前驱体,合成不同铜氧化物重量百分比(0.5%、5%、10%、15%、20%)的复合材料。数据来源包括表征和光催化测试的实验测量值。
3:5%、5%、10%、15%、20%)的复合材料。数据来源包括表征和光催化测试的实验测量值。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括可编程微波炉(MARS-6,CEM)、X射线衍射仪(布鲁克D8 Advance)、紫外-可见-近红外分光光度计(Cary 5000)、比表面积分析仪(日本BEL Minisorp II)、扫描电镜(JEOL 6490 LV)、傅里叶变换红外光谱仪(珀金埃尔默FTIR/FIR Frontier)、高分辨透射电镜(FEI Titan G2 80-300)、X射线光电子能谱仪(K-Alpha)、电化学工作站(AUTOLAB PGSTAT 302N)、气相色谱仪(赛默飞世尔和安捷伦科技7820 A)以及配备氙灯的太阳光模拟器。材料包括六水合硝酸镁(Aldrich,99%)、一水合醋酸铜(Aldrich,99%)、氢氧化钠、去离子水、乙醇、硫酸钠电解质、Ag/AgCl参比电极、铂对电极、ITO玻璃以及用于甲醛检测的变色酸。
4:0)、比表面积分析仪(日本BEL Minisorp II)、扫描电镜(JEOL 6490 LV)、傅里叶变换红外光谱仪(珀金埃尔默FTIR/FIR Frontier)、高分辨透射电镜(FEI Titan G2 80-300)、X射线光电子能谱仪(K-Alpha)、电化学工作站(AUTOLAB PGSTAT 302N)、气相色谱仪(赛默飞世尔和安捷伦科技7820 A)以及配备氙灯的太阳光模拟器。材料包括六水合硝酸镁(Aldrich,99%)、一水合醋酸铜(Aldrich,99%)、氢氧化钠、去离子水、乙醇、硫酸钠电解质、Ag/AgCl参比电极、铂对电极、ITO玻璃以及用于甲醛检测的变色酸。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:合成过程包括溶解前驱体、加入氢氧化钠、在600 W和100°C下微波处理30分钟、洗涤和干燥。表征包括XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱、SEM、高分辨透射电镜、氮气物理吸附和光电化学测量。CO2捕获实验在20°C和2 psi的间歇式反应器中进行,通过气相色谱监测。液相光催化测试使用卤素灯(300-900 nm),通入CO2,并通过GC和紫外-可见光谱分析产物。气相测试使用太阳光模拟器(150 W氙灯,AM 1.5 G),通入氮气和CO2,并通过GC分析。
5:5 G),通入氮气和CO2,并通过GC分析。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:数据分析包括使用德拜-谢乐方程计算晶粒尺寸、晶格应变计算、BET比表面积分析、从紫外-可见光谱估算带隙、XPS解卷积、莫特-肖特基图获取平带电位、奈奎斯特图获取电荷转移电阻以及反应产物的定量分析。
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X-ray diffractometer
D8 Advance
Bruker
Used for structural characterization via X-ray powder diffraction.
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UV-Vis NIR spectrophotometer
Cary 5000
Agilent
Used for optical properties analysis via diffuse reflectance spectroscopy.
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scanning electron microscope
6490 LV
JEOL
Used for morphology analysis of samples.
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FTIR spectrometer
FTIR/FIR Frontier
Perkin Elmer
Used for surface group analysis via FTIR with ATR accessory.
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high-resolution transmission electron microscope
Titan G2 80-300
FEI
Used for identification of crystal planes via HRTEM.
-
X-ray photoelectron spectrometer
K-Alpha
Thermo Scientific
Used for surface composition analysis via XPS.
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potentiostat
PGSTAT 302N
AUTOLAB
Used for electrochemical impedance spectroscopy and Mott-Schottky plots.
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gas chromatograph
7820 A
Agilent Technologies
Used for analyzing gas products in photocatalytic experiments.
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programmable microwave
MARS-6
CEM
Used for microwave-hydrothermal synthesis of composite materials.
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surface area analyzer
Minisorp II
Bel-Japan
Used for BET surface area measurements via N2 adsorption-desorption isotherms.
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gas chromatograph
Thermo Scientific
Used for monitoring CO2 concentration and analyzing reaction products with TCD and FID detectors.
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solar simulator
Used for irradiation in gas phase photocatalytic experiments with Xe lamp.
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halogen lamp
Used for visible light irradiation in liquid phase photocatalytic experiments.
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