還原CO2制甲酸甲酯的光催化作用及反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,大量使用化石燃料,大氣中CO2濃度持續(xù)增加,CO2導(dǎo)致的環(huán)境問題引起人們的高度重視。如何減少大氣中CO2含量、緩解“溫室效應(yīng)”已成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)。光催化還原CO2具有反應(yīng)條件溫和、對(duì)環(huán)境友好和利用太陽能等優(yōu)點(diǎn),利用CO2合成高附加值的化學(xué)品或燃料,可以實(shí)現(xiàn)CO2—化學(xué)品、燃料—CO2良性循環(huán)。本文研究在甲醇中光催化還原CO2制備甲酸甲酯,并利用在線衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)法對(duì)其反應(yīng)過程機(jī)

2、理進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:
　　第一,采用油酸作為表面活性劑,利用溶劑熱合成法制備SrTiO3納米顆粒,通過光催化還原的方法在SrTiO3表面負(fù)載Ag納米顆粒,用于CO2在甲醇中光催化還原制備甲酸甲酯。研究了SrTiO3不同制備方式對(duì)光催化活性的影響,油酸作為表面活性劑溶劑熱合成法制備的SrTiO3活性較高,油酸可以抑制SrTiO3納米顆粒團(tuán)聚,促進(jìn)其分散。Ag顆粒負(fù)載可以擴(kuò)展復(fù)合光催化劑的光譜響應(yīng)范圍,增加光能吸收和利用;可以

3、作為電子阱促進(jìn)電子-空穴分離,從而提高光催化活性。Ag負(fù)載量過高時(shí)Ag納米顆粒長大并發(fā)生團(tuán)聚,且催化劑裸露表面減少,影響光催化活性。
　　第二,采用AgX(X=Cl,Br,I)作為光催化劑在甲醇中光催化還原CO2制備甲酸甲酯,并利用在線ATR-FTIR光譜法研究其反應(yīng)過程。采用沉淀法制備AgCl、AgBr和AgI光催化劑,經(jīng)重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)和對(duì)反應(yīng)前后催化劑進(jìn)行XRD表征,催化劑活性比較穩(wěn)定。跟蹤反應(yīng)過程溶液中CO2濃度變化,峰強(qiáng)度減

4、少2.2％,CO2參與光催化反應(yīng);反應(yīng)的中間產(chǎn)物有甲酸、甲醛,CO2被還原成甲酸,甲醇被氧化成甲醛,甲酸與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成甲酸甲酯,甲醛二聚生成甲酸甲酯,甲酸甲酯主要通過酯化反應(yīng)生成。
　　第三,研究ZrO2納米片制備及其在甲醇中光催化還原CO2制備甲酸甲酯。利用二乙烯三胺(DETA)作為溶劑制備的ZrO2(DETA)是納米片組成的層狀結(jié)構(gòu),焙燒后除去DETA并提高ZrO2結(jié)晶度,層狀結(jié)構(gòu)形貌保持不變,層間隙擴(kuò)大。利用超聲法,

5、在異丙醇溶劑中進(jìn)行層狀ZrO2剝離,得到ZrO2納米片。結(jié)晶度提高,有利于增加光催化活性;納米片形貌結(jié)構(gòu)有利于增大接受光照的面積,有利于晶體內(nèi)部產(chǎn)生的電子和空穴向表面轉(zhuǎn)移和促進(jìn)電荷分離,從而提高光催化活性。
　　第四,研究AgCl-ZrO2納米片復(fù)合光催化劑的制備及其在甲醇中光催化還原CO2制備甲酸甲酯。制備層狀ZrO2,利用超聲法進(jìn)行層狀ZrO2剝離,得到ZrO2納米片。在ZrO2納米片上負(fù)載AgCl納米顆粒,制備AgCl-Zr