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Ag-M双金属改性TiO2纳米管阵列构筑及光电催化甘油产氢协同转化二羟丙酮研究

批准号:
22075197
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
刘一鸣
依托单位:
学科分类:
能源材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘一鸣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
调控太阳光驱动材料结构及催化反应体系,并实现甘油重整制取氢气和二羟丙酮,是有效利用生物柴油的重要途经之一。然而,光生电子还原产氢和光生空穴氧化甘油动力学不相互匹配,制约着该技术的发展。本项目基于光电催化氧化和还原反应隔离的优势,在调控TiO2 纳米管阵列光阳极管径、管间距基础上,以化学电沉积、原位光还原法、磁控溅射等方法负载不同尺寸、形貌、配比等Ag-M双金属(M=Pt、Au、Cu等)。利用Ag-M双金属调控TiO2纳米管阵列能带结构和电子传输行为实现高效产氢,并通过调控光阳极·OH产生和甘油吸脱附协同实现甘油选择性氧化。通过吸光性、载流子分离、电子传输、·OH产生及甘油吸脱附等协同作用,构建全过程电子-空穴多路径高效转移体系,结合模拟计算,揭示Ag-M@TiO2纳米管阵列光电催化高效产氢和高选择性转化二羟丙酮的过程匹配反应机制。研究结果对于解决低附加值甘油生物质有效利用具有重要意义。
英文摘要
It is one of the most important routes for effective using biodiesel to reform glycerol to hydrogen and dihydroxyacetone through the regulatation of the structure of solar driving materials and the catalytic reaction system. However, the kinetics of between the photogenerated electron reduction for hydrogen production and the photogenerated hole oxidation of glycerol do not match each other, which restricts the development of this technology. Based on the isolation advantages of photoelectrochemical oxidation and reduction process, this application intend to adjust the diameter and tube spacing of the TiO2 nanotube array photoanode and load Ag-M bimetals (M = Pt, Au, Cu, etc.) with various size, morphology, ratio, composition, etc. through different methods such as chemical electrodeposition, in-situ photoreduction, magnetron sputtering, etc.. The Ag-M bimetals were used to control the band structure and electron transport behavior of TiO2 nanotube array to achieve efficient hydrogen production, and the selective oxidation of glycerol was realized by adjusting the production capacity of photoanode ·OH and glycerol adsorption-desorption ability. Through the synergistic effects of light-absorption, carrier separation, electron transport, ·OH generation, and glycerol absorption-desorption, a full-process electron-hole multi-path efficient transfer system is constructed. Finally, combined with theoretical simulation calculations, the reaction mechanism on photoelectrochemical synergistic conversion of glycerol to hydrogen and dihydroxyacetone is revealed by using the Ag-M bimetals@TiO2 nanotube array. The research results are of great significance for solving the effective application of low value-added glycerol biomass.
通过性能温和的光电催化技术将生物柴油副产物甘油升值转化协同产氢是资源利用的关键。本项目通过金属负载、单原子锚定、异质结构筑等改性策略优化二氧化钛(TiO2)的能带结构和表面特性,提升其光电催化性能,同时探索甘油氧化与产氢的协同机制,主要取得以下成果:(1)控制溶剂配比制备出不同管径的TiO2纳米管,(001)表面的浅层空穴捕获势阱有利于光生空穴快速向甘油转移形成二羟基丙酮;(2)Ni单原子和TiO2纳米管(001)表面协同有望增加甘油仲羟基的反应活性位点并提高二羟基丙酮的选择性。(3)Au和Ag以及AgAu合金负载于TiO2表面有助于甘油仲羟基的吸附能够进一步提高附加值产物二羟基丙酮的选择性;鉴于Ag-M修饰到TiO2纳米管阵列高选择性转化甘油为DHA的能力较弱,进一步开展了如下工作:(4)设计了一种具有II型异质结结构的复合光阳极Co-LDH(6h)/TiO2,显著增强了光电催化性能以及二羟基丙酮的选择性。进一步构筑Co-LDH/Bi2O3/TiO2三元光阳极通过双重氧化途径转化高效将甘油高选择氧化为二羟基丙酮。(5)采用两步水热法在TiO2纳米棒上负载WO3纳米片,高选择性地将甘油转化为甘油醛和二羟基丙酮。进一步发现负载六方相 WO3 的光阳极比负载单斜相WO3的具有更好的甘油转化性能。(6)通过在BiVO4上生长无定形FeOOH和NiOOH助催化剂,有效地创建了具有独特活性区域的复合光阳极,不仅对甘油末端羟基具有特异性吸附作用,还能有效促进甘油醛的脱附,是甘油高效选择性转化为甘油醛的根本原因。通过上述研究结果揭示了催化剂结构与反应路径之间的构效关系,为生物质资源的高效利用和清洁能源联产提供了新策略。
富钼双金属MOFs衍生物可控修饰TiO2阵列及PEC分解海水机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘一鸣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金