• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能
  • Title

    Performance of Mo2C/Cu co-loaded TiO2 photocatalytic CO2 reduction

  • 作者

    李扬蔚慧健靳立军杨赫李德康胡浩权

  • Author

    LI Yang;YU Huijian;JIN Lijun;YANG He;LI Dekang;HU Haoquan

  • 单位

    大连理工大学化工学院煤化工研究设计所

  • Organization
    Institute of Coal Chenical Engineering,School of Chemical Engineering,Dalian University of Technology
  • 摘要

    光能驱动CO2还原技术有望减少CO2排放并同时提供高价值化学燃料,缓解能源转型带来的压力。发展高活性光催化剂是实现该技术应用的关键,负载贵金属是提高其光催化效率的有效途径,但由于贵金属成本昂贵、储量稀少等原因,限制了其大规模使用。因此,发展贵金属替代品对光催化CO2还原具有重要意义。Mo 2C是一种具有与贵金属相似的电子结构的过渡金属碳化物,采用尿素还原方式制备了Mo2 C和Cu共负载TiO2光催化剂,结合物理化学性质分析,对其在紫外光下的光催化活性进行评价。结果表明,在TiO2上负载Mo2 C后,在CO2催化转化过程中显著促进H2和CH4的产生,而Mo2 C和Cu共沉淀可抑制H2产生并促进CO2进一步转化为CH4;光照4 h后,其CH4累计产量达76.1 μmol/g,为纯TiO2的5.6倍。Cu沉积可促进CO2吸附并抑制水蒸气吸附,从而减少H2生成。Mo2 C和Cu的共沉积可有效减小TiO2带隙宽度、抑制光生电子与空穴对的复合并促进光生电荷在催化剂表面的分离与转移,从而提高其光催化反应的活性。

  • Abstract

    Light-driven CO2 reduction technology is expected to reduce CO2 emissions and provides high-value chemical fuels at the same time to alleviate the pressure during energy transition. Among them,the development of highly active photocatalysts is the key to realize the application of this technology. Loading noble metals is an effective way to improve their photocatalytic efficiency. However,the high cost and scarce reserves of noble metals limit their large-scale use. Therefore,the development of precious metal substitutes is great significance for photocatalytic CO2 reduction. Mo2C is a transition metal carbide with an electronic structure similar to that of noble metal. Mo2C and Cu co-loaded TiO2 photocatalysts were prepared by urea reduction. Their photocatalytic activity under UV light was evaluated by combining physical and chemical properties analysis. The results show that after loading Mo2C on TiO2,the production of H2 and CH4 is significantly promoted in the process of CO2 catalytic conversion,while Mo2C and Cu coprecipitation can inhibit the production of H2 and promote the further conversion of CO2 to CH4. After four hours of illumination,its cumulative CH4 production reaches 76.1 μmol/g,which is 5.6 times that of pure TiO2. Cu deposition can promote CO2 adsorption and inhibit water vapor adsorption,thereby reducing H2 generation. The co-deposition of Mo2C and Cu can effectively reduce the bandgap width of TiO2,inhibit the recombination of photo generated electrons and hole pairs,and promote the separation and transfer of photogenerated charges on the catalyst surface,thereby improving its photocatalytic activity.

  • 关键词

    光催化还原二氧化碳氧化钛类贵金属

  • KeyWords

    photocatalytic reduction;carbon dioxide;titanium oxide;noble metal-like;copper

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金资助项目(22278066)
  • 文章目录

    0 引言

    1 试验

       1.1 Mo2C和Mo2C-Cu的制备

       1.2 Mo2C/TiO2和Mo2C-Cu/TiO2的制备

       1.3 光催化剂的表征

       1.4 光催化CO2还原反应系统

    2 结果与讨论

       2.1 催化剂的结构与形貌

       2.2 光催化CO2还原性能评价

       2.3 光催化剂的光电化学性质表征

       2.4 光催化剂的能带结构与光催化反应机理

    3 结论

  • 引用格式
    李扬,蔚慧健,靳立军,等.Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能[J].洁净煤技术,2023,29(5):56-67.
  • Citation
    LI Yang,YU Huijian,JIN Lijun,et al.Performance of Mo2C/Cu co-loaded TiO2 photocatalytic CO2 reduction[J].Clean Coal Technology,2023,29(5):56-67.
  • 图表
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的催化剂的光致发光光谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的催化剂的光致发光光谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的瞬态光电流响应谱及电化学阻抗谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的瞬态光电流响应谱及电化学阻抗谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的莫特-肖特基曲线及XPS价带谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的莫特-肖特基曲线及XPS价带谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的能带结构
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的能带结构
    光催化试验装置
    光催化试验装置
    Mo2C和Mo2C-Cu的XRD谱图
    Mo2C和Mo2C-Cu的XRD谱图
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的XRD谱图
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的XRD谱图
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的N2吸/脱附曲线和孔径分布
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的N2吸/脱附曲线和孔径分布
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的XPS谱图
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的XPS谱图
    TiO2的TEM图像
    TiO2的TEM图像
    3% Mo2C/TiO2的TEM及HRTEM图像
    3% Mo2C/TiO2的TEM及HRTEM图像
    3% 3Mo2C-0.60Cu/TiO2的TEM及HRTEM图像
    3% 3Mo2C-0.60Cu/TiO2的TEM及HRTEM图像
    3% Mo2C/TiO2和3% 3Mo2C-0.60Cu/TiO2的EDS mapping
    3% Mo2C/TiO2和3% 3Mo2C-0.60Cu/TiO2的EDS mapping
    Mo2C/TiO2和Mo2C-Cu/TiO2催化剂的H2、CO及CH4累计产量
    Mo2C/TiO2和Mo2C-Cu/TiO2催化剂的H2、CO及CH4累计产量
    不同催化剂产物选择性对比及Mo2C-Cu/TiO2催化剂循环稳定性评价
    不同催化剂产物选择性对比及Mo2C-Cu/TiO2催化剂循环稳定性评价
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的CO2-TPD图谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的CO2-TPD图谱
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的紫外可见光吸收光谱及其带隙能
    TiO2、Mo2C/TiO2及Mo2C-Cu/TiO2催化剂的紫外可见光吸收光谱及其带隙能
相关问题

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