Ag/Ag2WO4和BiOCl/g-C3N4催化剂可见光催化还原CO2的研究

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光催化技术利用清洁、可再生、取之不尽的太阳能,是CO2减排的有效技术手段之一。然而,常见的半导体在可见光范围内催化效率相对较低,导致其不能有效利用太阳能。因此,开发新型具有可见光响应的催化剂,以驱动太阳能还原CO2是当前面临的一个重要挑战。表面等离子体光催化和异质结光催化具有高效的光催化活性近年来成为研究焦点。表面等离子体光催化剂是通过金属纳米颗粒表面电子的集体振荡导致的局域表面等离子体共振,使其对可见光的吸收急剧增强。异质光催化剂是将不同带隙的半导复合,能在内电场作用下有效分离光生电子空穴。本研究通过简单的方法分别制备了表面等离子体光催化剂和异质结光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis),Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积对催化剂的形貌、结构等进行表征,并进行光催化还原CO2活性测试,主要研究内容和结果归纳如下:(1)采用离子交换-水合肼还原法制备了不同晶相的不同Ag载量的Ag/Ag2WO4光催化剂。较之Ag2WO4,Ag/Ag2WO4在可见光催化还原CO2生成CH4时显示了明显提高的量子产率(QY)、能量投入产出比(EROEI)、转换数(TON),就Ag/?-Ag2WO4、Ag/?-Ag2WO4和Ag/?-Ag2WO4而言,最佳催化剂为Ag/?-Ag2WO4,其实际最佳Ag:Ag2WO4摩尔比为4:96。此外,制备的等离子共振Ag/Ag2WO4光催化剂在可见光辐照下进行循环反应仍能保持高稳定性。局域表面等离子共振效应是强化Ag/Ag2WO4光催化剂活性和稳定性的主要原因。(2)采用水热法制备了不同比值的BiOCl/g-C3N4异质结光催化剂。在可见光催化还原CO2时,反应产物是CH4以及少量的CO和CH3OH,BiOCl/g-C3N4催化剂较之单独的BiOCl和g-C3N4具有明显提高的量子产率(QY)、能量投入产出比(EROEI)、转换数(TON)。此外,制备的1BiOCl/g-C3N4异质结光催化剂在可见光辐照下进行循环反应仍能保持高稳定性。BiOCl和g-C3N4之间形成的p-n结能有效分离光生电子和空穴,是增强光催化还原CO2活性的主要原因。
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