基于"光聚集-气富集"策略的CH4-CO2光催化转化研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21673073
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0202.催化化学
- 结题年份:2020
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:雷菊英; 谭贤军; 崔传锋; 李娜; 吝艾妮; 徐银; 郭虹利;
- 关键词:
项目摘要
Photocatalytic conversion of CH4 and CO2 is significant both for energy development and environmental remediation. However, the current photocatalytic system is hard to achieve a high coupling conversion efficiency due to the simple strucuture and characteristics of photocatalysts. This project proposes to design and prepare hollow microarrays of bimetal-containing Ti-based photocatalyst through nanocasting and layer-by-layer self-assembly technologies for the coupling conversion of CH4 and CO2, which is based on the common application base of porous Ti-based photocatalysts both in the non-coupling conversion of CH4 and CO2 and the respective structure properties of the reactants. The light-collecting and gas-enrichment effect will be used to improve the coupling conversion efficencey. The light-collecting effect refers to improving the light-absorption efficiency of the interior active center through the multiple light scattering effect of the hollow cavity. The gas-enrichment effect means to enrich CO2 by alkaline metal ions and activate C-H bond of CH4 by light-responsible metal ions. Finally, assisted by light-range broadening strategy, the conversion efficiency of CH4-CO2 will be improved by sufficient radicals produced from intensive light irradiation. Through revealing the relation between structure (architecture, constituent and surface/intersurface property) and activity (conversion efficiency and selectivity), and explain the reaction process and conversion mechanism, we hope to achieve a solid progress on photocatalytic coupling conversion of CH4 and CO2 and lay a theoretical foundation for the development of more efficient photocatalysts.
CH4-CO2光催化转化具有能源开发及环境治理的双重意义,但当前所用催化剂结构性能单一,难以实现两种高稳定分子之间的高效耦合转化。申请者拟从现有在CH4、CO2非联合转化中兼具应用基础的钛基多孔光催化剂出发,针对反应分子结构特性,采用纳米浇铸-层层自组装技术构建空腔型双金属掺杂钛基多孔有序阵列,利用阵列的“光聚集”及“气富集”效应提高双分子协同转化效率。“光聚集”指利用空腔的多重光散射效应增强催化剂内部光活性中心的光吸收;“气富集”为利用骨架碱性金属离子实现CO2的富集、具有光驱动C-H键极化能力的金属离子实现CH4的活化。最终,结合吸收光谱拓宽手段,利用宽光谱“光聚集”下产生的高浓度自由基提高两者协同转化效率。通过揭示催化剂结构组成、表/界面性质与转化率、选择性之间的构效关系,阐明反应历程及转化机制,实质性推动光催化技术在CH4-CO2转化中的应用,为更高效光催化体系的开发提供理论基础。
结项摘要
将甲烷与二氧化碳进行协同转化不仅能缓解温室效应,还能制备碳氢化学品。传统热催化过程耗能巨大、催化剂易积碳失活,反应体系存在严重的高能耗低产出的问题。光催化反应可利用光子能量在低温下催化转化甲烷与二氧化碳。然而,传统光催化剂难以同时活化这两种高度对称的反应物分子。本项目主要根据“光聚集-气富集”策略展开研究,利用空腔结构增强光吸收效率,可通过骨架及表面结构性能调控,达到提高两种高稳定反应物分子在催化剂表面光驱动极化-活化效率的目的。研究内容主要包括:(1)构建了Ga掺杂及Pt负载的大孔-介孔TiO2-SiO2,探究掺杂及负载改性策略对催化剂电子结构调控、甲烷活化方式的影响;(2)设计并制备不同元素掺杂的TiO2-SiO2,探究掺杂类型对甲烷转化效率及作用机制的影响;(3)制备了Pt负载的Ga2O3,探究了Pt纳米粒子几何构型及电子结构对甲烷吸附及乙烷解吸的影响。相比于传统光催化剂,本项目开发的甲烷-二氧化碳转化光催化剂具有高活性、高稳定性、高选择性的优势。本项目的研究将为开发高效甲烷-二氧化碳转化光催化剂提供新思路,推动光催化能源转化的发展应用。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
SERS self-monitoring of Ag-catalyzed reaction by magnetically separable mesoporous Fe3O4@Ag@mSiO(2)
磁分离介孔Fe3O4@Ag@mSiO(2)的SERS自监测Ag催化反应
- DOI:10.1016/j.micromeso.2017.12.013
- 发表时间:2018
- 期刊:Microporous and Mesoporous Materials
- 影响因子:5.2
- 作者:Xu Yin;Yan Xuefeng;Fang Wenzhang;Daniele Stephane;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
- 通讯作者:Wang Lingzhi
Synthesis of yolk-shell Fe3O4@void@CeO2 nanoparticles and their application in SERS
蛋黄壳Fe3O4@void@CeO2纳米颗粒的合成及其在SERS中的应用
- DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148422
- 发表时间:2020-11
- 期刊:Applied Surface Science
- 影响因子:6.7
- 作者:Zheng Xinlu;Zhang Weiwei;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
- 通讯作者:Wang Lingzhi
Photocatalytic non-oxidative coupling of methane: Recent progress and future
甲烷光催化非氧化偶联:最新进展与未来
- DOI:10.1016/j.jphotochemrev.2020.100400
- 发表时间:2021-03-01
- 期刊:JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY C-PHOTOCHEMISTRY REVIEWS
- 影响因子:13.6
- 作者:Wu, Shiqun;Wang, Lingzhi;Zhang, Jinlong
- 通讯作者:Zhang, Jinlong
Operando SERS self-monitoring photocatalytic oxidation of aminophenol on TiO2 semiconductor
Operando SERS 自监测 TiO2 半导体上氨基苯酚的光催化氧化
- DOI:10.1016/j.apcatb.2017.10.009
- 发表时间:2018
- 期刊:Applied Catalysis B: Environmental
- 影响因子:--
- 作者:Yan Xuefeng;Xu Yin;Tian Baozhu;Lei Juying;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
- 通讯作者:Wang Lingzhi
Visible Light-Driven Selective Organic Degradation by FeTiO3/Persulfate System: the Formation and Effect of High Valent Fe(IV)
FeTiO3/过硫酸盐体系可见光驱动的选择性有机降解:高价 Fe(IV) 的形成和作用
- DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119414
- 发表时间:2021-01-01
- 期刊:APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
- 影响因子:22.1
- 作者:Pan, Lihan;Shi, Wen;Zhang, Jinlong
- 通讯作者:Zhang, Jinlong
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- 作者:石好宇;王惠芸;赵艺;朱甫臻;尹艳燕;缪剑华;王灵芝
- 通讯作者:王灵芝
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