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光电催化海水分解制氢

化学进展 2020年第9期32卷 1376-1385页

作者：张冀宁曹爽胡文平朴玲钰天津大学理学院化学系天津300072 中国科学院纳米科学卓越创新中心国家纳米科学中心中国科学院纳米标准与检测重点实验室北京100190

自20世纪70年代以来,利用阳光将水分解,从而将太阳能转换为清洁可再生的氢气燃料成为人们关注的焦点。太阳能是取之不尽用之不竭的能源,而海水是地球上最丰富且易获取的自然资源,利用光电催化海水分解制氢成为目前解决实际能源问题和缓... 详细信息

自20世纪70年代以来,利用阳光将水分解,从而将太阳能转换为清洁可再生的氢气燃料成为人们关注的焦点。太阳能是取之不尽用之不竭的能源,而海水是地球上最丰富且易获取的自然资源,利用光电催化海水分解制氢成为目前解决实际能源问题和缓解淡水资源短缺的理想途径之一。本文总结了目前为止探索过光电催化分解海水制取氢气的研究工作,对研究内容和机理进行了梳理分析,并对光电催化海水制氢这一领域进行了展望。

关键词：光电催化海水分解氢气光电极

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光电催化协同还原CO_2和氧化有机污染物

中国环境科学 2018年第6期38卷 2075-2081页

作者：崔莹莹崔丽崔玫瑰杨培青杨铁江李贵生李和兴山东中矿集团有限公司山东烟台265401 安庆师范大学安徽安庆246011 上海师范大学上海200234 齐齐哈尔大学黑龙江齐齐哈尔161006 上海电力学院上海200090

随着大气中CO_2含量的上升和化石燃料储量的枯竭,人们越来越关注全球气候和未来能源供应的问题.那么利用丰富的太阳能将CO_2转化为诸如甲烷或甲酸的燃料可以同时解决这两个问题,并且提供了一种方便的能量储存手段.本文采用电沉积的方法... 详细信息

随着大气中CO_2含量的上升和化石燃料储量的枯竭,人们越来越关注全球气候和未来能源供应的问题.那么利用丰富的太阳能将CO_2转化为诸如甲烷或甲酸的燃料可以同时解决这两个问题,并且提供了一种方便的能量储存手段.本文采用电沉积的方法在泡沫Ni上生长出高度有序的ZnO纳米片阵列,溶剂热合成将UIO-66-NH_2嫁接到Zn O上,得到催化剂UIO-66-NH_2-ZnO-Ni.结果表明:Zn O对称生长,UIO-66-NH_2均匀修饰在其表面,能够很好的吸附CO_2,使得CO_2进入孔道内,减少析氢反应.同时发现该催化剂具有优良的光电催化还原性能,光电催化还原CO_2的主要生成产物为甲酸.甲酸在3h含量达到30.98μmol.

关键词：恒电位沉积 CO2 UIO-66-NH2 光电催化甲酸

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光电催化分解水的光阳极改性策略（英文）

物理化学学报 2017年第1期33卷 80-102页

作者：邱伟涛黄勇潮王子龙肖爽纪红兵童叶翔中山大学化学学院广州510275 香港科技大学化学系香港999077

光电催化分解水系统能直接将收集的电子与空穴用于分解水,将太阳能转化成了具有高能量密度的氢气,是一种集太阳能转化和储存于一体的高效绿色能源系统。光阴极和光阳极串联要求其在工作状态下两电极通过的总电流必须一致,低效率的一端... 详细信息

光电催化分解水系统能直接将收集的电子与空穴用于分解水,将太阳能转化成了具有高能量密度的氢气,是一种集太阳能转化和储存于一体的高效绿色能源系统。光阴极和光阳极串联要求其在工作状态下两电极通过的总电流必须一致,低效率的一端将会限制整个体系的反应速度,因此对于光阳极材料的系统研究具有十分重要的意义。理论预测表明,基于部分可见光响应的半导体光阳极能带间隙计算得到的极限太阳能制氢转化效率达到了15%。但实际上由于光催化的整个过程是一个多步反应,各个步骤上发生的光生载流子的复合和损失导致了目前合成的相关电极材料的转换效率远低于理论水平。一般可以认为光催化过程包括五个步骤:光电极材料中电子的光致激发而产生电子-空穴对、电子和空穴由于能带弯曲的反向分离和传递、电子(或空穴)通过半导体-电解液界面的注入水中析氢(或析氧)、载流子的复合以及反应物和产物的传质过程。由于这些过程的进行效率与电极材料的本质特性和性能密切相关,为了评估材料性能而引入的一些效率指标往往和这几个步骤相对应。本文首先简要介绍了评价光阳极的一些效率计算以及它们与上述各个步骤的内在联系。最后,在前人和最近的研究基础上总结了几种对光阳极材料的主要提升策略,包括形貌控制、元素掺杂、异(同)质结和表面修饰等改性方法,对这些改性方法和各步骤效率之间的联系作了简单的介绍。

关键词：光电催化分解水光阳极光催化步骤改性策略

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光电催化降解10-壬基酚聚氧乙烯醚

中国环境科学 2005年第3期25卷 380-384页

作者：程沧沧邓南圣吴峰万昆周菊香胡德文江汉大学化学与环境工程学院湖北武汉430056 武汉大学资源与环境学院湖北武汉430072

采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜光电极,以该电极为工作电极,铂丝作对电极,饱和甘汞电极为参比电极,对10-壬基酚聚氧乙烯醚的光电催化降解进行了研究.结果表明,该电极具有n型半导体的特征行为.在外加偏压为+0.6V,pH值为5,H2O2浓度为30mg/L... 详细信息

采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜光电极,以该电极为工作电极,铂丝作对电极,饱和甘汞电极为参比电极,对10-壬基酚聚氧乙烯醚的光电催化降解进行了研究.结果表明,该电极具有n型半导体的特征行为.在外加偏压为+0.6V,pH值为5,H2O2浓度为30mg/L的条件下对初始浓度为50mg/L的10-壬基酚聚氧乙烯醚溶液光照4h,降解率达53.26%.讨论了氧的存在、外加偏压、pH值等因素对光电催化反应的影响.

关键词：光电催化 TiO2/Ti电极壬基酚聚氧乙烯醚(NVnEO)

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光电催化二氧化碳还原研究进展

物理化学学报 2020年第3期36卷 71-81页

作者：周威郭君康申升潘金波唐杰陈浪区泽堂尹双凤湖南大学化学化工学院化学/生物传感与化学计量学国家重点实验室化石能源低碳化高效利用湖南省重点实验室湖南长沙410082 湖南工程学院化学与化学工程学院湖南湘潭411104

CO2是最常见的化合物,作为潜在的碳一资源,可用于制备多种高附加值的化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等。传统的热催化转化CO2方法能耗高,反应条件苛刻。因此,如何在温和条件下高效地将CO2转化成高附加值的化学品,一直以来是催化... 详细信息

CO2是最常见的化合物,作为潜在的碳一资源,可用于制备多种高附加值的化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等。传统的热催化转化CO2方法能耗高,反应条件苛刻。因此,如何在温和条件下高效地将CO2转化成高附加值的化学品,一直以来是催化领域的研究热点和难点之一。光催化技术反应条件温和、绿色环保。然而,纯光催化反应普遍存在太阳能利用效率有限,光生载流子分离效率低等问题。针对上述问题,在光催化的基础上引入电催化,可以提高载流子的分离效率,在较低的过电位下,实现多电子、质子向CO2转移,从而提高催化反应效率。总之,光电催化技术可以结合光催化和电催化的优势,提高CO2催化还原反应效率,为清洁、绿色利用CO2提供了一种新方法。本文依据光电催化CO2还原反应基本过程,从光吸收、载流子分离和界面反应等三个角度综述了光电催化反应的基本强化策略,并对未来可能的研究方向进行了展望。

关键词：光电催化 CO2还原光吸收载流子分离界面反应

光电催化析氧和CO_(2)还原反应催化剂的研究进展

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 53-107页

作者：朱鸿睿徐慧民黄陈金张志杰詹麒尼帅婷玉李高仁四川大学材料科学与工程学院四川成都610065

随着日益增加的化石能源消耗和环境污染,新能源和环境友好型技术的应用对工业发展发挥着重要作用.利用太阳能及电能进行各种催化反应的光电催化(PEC)是一种有应用前景的技术,与传统催化技术相比,具有环保节能、效率高的优势.析氧反应(O... 详细信息

随着日益增加的化石能源消耗和环境污染,新能源和环境友好型技术的应用对工业发展发挥着重要作用.利用太阳能及电能进行各种催化反应的光电催化(PEC)是一种有应用前景的技术,与传统催化技术相比,具有环保节能、效率高的优势.析氧反应(OER)和CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)是两种具有能源及环境应用潜力的催化反应.PECOER对基于水氧化和其他相关氧化反应的可再生能源技术具有重要作用.PEC CO_(2)RR可以将CO_(2)转化为高附加值化学品,实现CO_(2)的合理利用.上述两种技术均具有较大的研究价值和应用前景.本综述首先阐述了电催化和光催化技术的优缺点.由于工业上使用电催化技术会消耗煤和石油等化石能源,有污染环境的风险,且长期的用电成本会影响最终的盈利;而使用光催化技术又面临着反应效率不理想、稳定性差和可见光吸收率低等缺点.一方面,PEC技术可以解决光催化中光生电子-空穴对复合速度快、反应时间长的缺点;另一方面,PEC技术可以降低电催化过程中在高电流密度下反应所需的过电位,在节省电能的同时提高反应效率.此外,系统地介绍了光电催化产氧和CO_(2)RR的机理和参数、催化剂类型、评价标准以及近年来的研究进展.对于反应条件,光电催化和电催化所使用的基础仪器基本相同,而光电催化是在电催化的基础之上施加外部光源,利用光能进一步提高反应效率和稳定性.光电催化和电催化的反应机理也基本一致,不同的是光电催化的评价标准与电催化有所不同.在光照作用下,除了关注特定电压下的电流密度、选择性和稳定性外,研究者们更关注应用偏压光子电流转换效率(ABPE)和入射光子对电流的效率(IPCE)的影响.同时,介绍了用于PEC OER和CO_(2)RR催化剂的类别、优势、合成方法、设计原则和改性策略.就目前研究而言,光电催化性能优异的催化剂一般都具有导电性良好、光吸收效率高和载流子分离速率快等特点.随着对光电催化技术研究地深入,通过掺杂、制造缺陷、设计异质结、负载单/双原子和改变反应微环境等方法有效地提升了催化效率和稳定性.在上述研究基础上,还扩展性地阐述光热催化、光酶催化等近几年的热点技术,这些技术均具有反应条件温和、过程简单和效率高等特点,在未来具有较大的研究价值.最后,展望了PEC技术的未来发展趋势和前景,重点关注了它在工业上的应用前景和价值.在未来,PEC技术将朝着智能化、创新和环保的方向发展.通过先进的理论技术(如理论计算、机器学习、分子动力学模拟等)和原位表征探索反应机理,实现低成本、绿色和智能化的技术以迎接未来实现大规模工业化的挑战,从而在盈利和环保两者之间实现“双赢”.希望本文能帮助读者更快及更全面地了解PEC技术的基本原理、常用催化剂、改性策略、拓展技术、应用前景和发展趋势,从而为读者提供可借鉴的研究思路.

关键词：光电催化催化剂设计催化剂制备析氧反应二氧化碳还原反应

光电催化苄位C—H键的位点和对映选择性氰化反应

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有机化学 2022年第11期42卷 3903-3905页

作者：李绍玉吴劼台州学院医药化工学院浙江台州318000

有机电化学和可见光催化为高效、可持续有机合成提供了变革性工具.光电催化通过两者优势的整合与互补,有望实现单一策略无法达到的合成目标,其经过几年的快速发展已逐步成为合成化学领域的一个新兴前沿方向[1-2].鉴于手性分子的重要性,... 详细信息

有机电化学和可见光催化为高效、可持续有机合成提供了变革性工具.光电催化通过两者优势的整合与互补,有望实现单一策略无法达到的合成目标,其经过几年的快速发展已逐步成为合成化学领域的一个新兴前沿方向[1-2].鉴于手性分子的重要性,光电不对称催化方法的开发无疑将极大提升分子光电催化的效用并推动该领域的进一步发展,但其面对的一个重要挑战是还没有任何策略可以精确控制手性产物形成过程的绝对立体化学.由于具有高原子经济性和过程经济性,对映选择性的C(sp3)—H键官能化作为最具有吸引力的手性分子构建策略得到了广泛关注.

关键词：手性分子不对称催化有机电化学合成化学立体化学光电催化对映选择性可见光催化

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光电催化CO_(2)还原技术研究进展

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期51卷 146-155页

作者：潘卫国李楚凡郭瑞堂上海电力大学能源与机械工程学院上海200090

以用于光电催化CO_(2)还原的铜基光电阴极为研究对象.首先,分析了光催化、电催化和光电催化的基本原理,并总结了光电催化系统的主要优点.然后,从改善吸光能力、抑制光腐蚀、促进载流子分离、优化界面反应等方面对增强铜基光电阴极性能... 详细信息

以用于光电催化CO_(2)还原的铜基光电阴极为研究对象.首先,分析了光催化、电催化和光电催化的基本原理,并总结了光电催化系统的主要优点.然后,从改善吸光能力、抑制光腐蚀、促进载流子分离、优化界面反应等方面对增强铜基光电阴极性能的策略进行了分析.通过对催化剂的形貌进行调控、负载吸光半导体和元素参杂可以提高吸光能力;通过表面包裹保护膜,可以有效抑制光腐蚀;通过表面空穴工程或引入石墨烯/还原氧化石墨烯、金属有机骨架和碳纳米管等材料,能够有效提高载流子分离率和传输效率;通过增加活性位点、引入局域等离子体效应和提高CO_(2)吸附性能,能够优化界面反应.最后,分析了连续流动反应器设计的最新研究进展,并对铜基光电阴极开发需解决的技术问题进行了展望.

关键词：二氧化碳光电催化铜基光电阴极吸光能力光腐蚀

光电催化与人工光合作用还原CO_(2)研究进展

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复合材料学报 2024年第10期41卷 5183-5201页

作者：刘金瑞张妍孙诗书石建军孙天一史载锋海南师范大学化学与化工学院海口市重点实验室海南省水污染治理与资源化重点实验室海口570100

随着工业化的不断发展,化石燃料的过度使用产生的CO_(2)导致了温室效应等问题,已经引起国际社会的高度关注,并制定了一系列应对措施。因此,对大气中CO_(2)的还原回收技术研发具有迫切性和重要意义。光电催化是目前可用于还原CO_(2)的具... 详细信息

随着工业化的不断发展,化石燃料的过度使用产生的CO_(2)导致了温室效应等问题,已经引起国际社会的高度关注,并制定了一系列应对措施。因此,对大气中CO_(2)的还原回收技术研发具有迫切性和重要意义。光电催化是目前可用于还原CO_(2)的具有良好应用前景的技术之一,为了对该技术进行更深入的研究,推动其实际应用,本文首先阐述了光催化、电催化、光电催化还原CO_(2)的基本原理和优缺点,并举例介绍了各类催化剂还原CO_(2)的效率。由于光催化是光合作用中的重要步骤之一,接着重点分析了光合作用在还原CO_(2)研究现状和前景,提出人工光合作用还原CO_(2)可行性与潜力。本文旨在为人工光合作用还原CO_(2)提供新思路和参考,为减少大气中CO_(2)的积累和应对当前的环境挑战提供新的见解和视角。

关键词：太阳能光合作用 CO_(2)还原催化剂光催化电催化光电催化