溶膠-凝膠法制備CoPc-TiO-,2-催化劑及其光催化還原CO-,2-的研究.pdf

1、CO<,2>、CH<,4>等溫室氣體是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因。如果能將溫室氣體CO<,2>進(jìn)行轉(zhuǎn)化和固定，既緩解了溫室效應(yīng)又能把CO<,2>以碳源的形式儲存起來，這將是一項很有意義的研究。而利用太陽光對水溶液中的CO<,2>進(jìn)行還原是近年來研究的一種新的光催化技術(shù)，因其符合可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)需要，所以前景廣闊。眾所周知，CO<,2>中的碳以最高化合價形式存在，還原CO<,2>需要較高的能量或高活性的催化劑。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中，二氧

2、化鈦(TiO<,2>)因光催化活性高、無毒、價廉、穩(wěn)定性好而引起人們的廣泛關(guān)注。但是，TiO<,2>的帶隙較寬(3.2eV)，能利用的太陽能僅占總量的2％左右。為提高 TiO<,2>光催化劑的活性通常可采用金屬離子摻雜、半導(dǎo)體催化劑復(fù)合、表面光敏化等手段。本實驗選擇的活性物種是金屬大環(huán)配合物鈷酞菁(CoPc)，其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性非常好，且有良好的光電性能，在波長600～700nm的可見光范圍有強(qiáng)吸收。應(yīng)用溶膠-凝膠方法將其負(fù)載在同樣

3、具有光還原性質(zhì)的半導(dǎo)體載體TiO<,2>上，能制備出一種高催化活性和寬響應(yīng)范圍的可用于還原CO<,2>的光催化劑。主要研究內(nèi)容和結(jié)論有： 1.以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體、無水乙醇為溶劑，乙酸為抑制劑、濃鹽酸為催化劑，鈷酞菁為活性物種，采用溶膠.凝膠法制備出了CoPc/TiO<,2>復(fù)合光催化劑。以光催化還原CO<,2>的效率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，研究了乙酸量、加水量、溶劑量、濃HCl量、鈷酞菁(CoPc)負(fù)載量、焙燒溫度等對CoPc/TiO<

4、,2>納米粒子的光催化活性的影響，獲得了實驗室制備納米CoPc/TiO<,2>催化劑的最佳工藝條件如下：Ti(OC<,4>H<,9>)<,4>：C<,2>H<,5>OH：HAc：H<,2>O=1:4：2：2；無需其它有機(jī)溶劑；鈦酸正丁酯取0.04mol時的濃鹽酸量為0.5mL；CoPc的負(fù)載量為0.50(wt)％；400℃下焙燒催化劑。 2.將最佳條件下制備的CoPc/TiO<,2>用于CO<,2>的光催化還原，通過改變反應(yīng)條件

5、，包括：光催化劑用量、反應(yīng)溶液中NaOH的濃度、電子供體NaM<,2>SO<,3>的濃度、光催化反應(yīng)時間，得到了較優(yōu)的反應(yīng)條件：光催化劑CoPc/TiO<,2>用量為0.25g；NaOH溶液濃度為0.15mol/L；Na<,2>SO<,3>的濃度為0.1mol/L；反應(yīng)時間為20h。在此最佳條件下CO<,2>的光催化還原總產(chǎn)物量達(dá)1032μm/g-cat.。 3.用X射線衍射、比表面、紫外-可見漫反射、熱重.差熱等手段對所制備的

6、CoPc/TiO<,2>粉體進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，采用溶膠一凝膠法制備的催化劑CoPc成功地負(fù)載于TiO<,2>表面；TiO<,2>和CoPc/TiO<,2>的粒徑為納米級且分布均勻、比表面積較大，晶型主要為銳鈦礦。而且，本實驗所制備CoPc/TiO<,2>納米粒子在較低溫度(400℃)下就出現(xiàn)了27.6％的金紅石相，這種"混晶"的出現(xiàn)使催化劑的光催化活性得到了極大提高。另外，納米CoPc/TiO<,2>光催化劑在可見及紫外區(qū)均有較強(qiáng)的