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The critical factors of photocatalytic H2 production from seawater by using TiO_(2)as photocatalyst

Nano Research 2023年第4期16卷 4620-4624页

作者： Yaqian He Pengfei Li Wenning Liu Li An Dan Qu Xiayan Wang Zaicheng Sun Beijing Key Laboratory for Green Catalysis and Separation Center of Excellence for Environmental Safety and Biological EffectsFaculty of Environment and LifeBeijing University of TechnologyBeijing 100124China

The solar H_(2)generation directly from natural seawater is a sustainable way of green energy.However,it is limited by a low H_(2)generation rate even compared to fresh water.In this report,TiO_(2)is chosen as a model photocatalyst to disclose the critical factor to deteriorate the H_(2)generation rate from seawater.The simulated seawater(SSW),which is composed of eight ions(Na^(+),K^(+),Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(−),Br^(−),SO_(4)^(2−),and CO_(3)^(2−)),is investigated the effect of each ion on the H_(2)production.The results indicate that all ions have a negative effect at the same concentration as in the seawater except Br−.The CO_(3)^(2−)has the most serious deterioration,and the H_(2)production rate lowers near 40%even at[CO_(3)^(2−)]of 1.5 mmol·L^(−1).The H_(2)production rate can be recovered to 85%if the CO_(3)^(2−)is excluded from the SSW.To understand the reason,the zeta potential of the TiO_(2)treated with different ions aqueous solution reveals that the zeta potential decreases when it is treated with CO_(3)^(2−)and SO_(4)^(2−)due to they can adsorb on the surface of TiO_(2)nanoparticles.Fourier transform infrared(FTIR)and thermogravimetric analysis-mass spectroscopy(TGA-MS)further confirm that the adsorbed ion is mainly from CO_(3)^(2−).Since the pH of seawater is about 8.9 between pKa1(6.37)and pKa2(10.3)of H_(2)CO3,the CO_(3)^(2−)should exist in the form of HCO3−in the seawater.We proposed a simple method to remove the adsorbed HCO3−from the TiO_(2)surface by adjusting the pH below the pKa1.The results indicate that if a trace amount of HCl(adjusting pH~6.0)is added to the SSW,the H_(2)production rate can be recovered to 85%of that in pure water.

关键词： seawater H_(2)production rate adsorb ions pH

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