【摘 要】
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燃料油中硫化物的燃烧会产生硫氧化物(SOx)、氮化物等有害气体,造成环境污染,因此,燃料油中硫化物的含量受到世界各国的重视。针对目前加氢脱硫和氧化脱硫各自的局限性,本研究采用前驱体稀释策略,制备了锚定在N掺杂石墨烯微球上的Cu/Ni双金属单原子光催化剂,以二苯并噻吩(DBT)为模型硫化物,研究了 N掺杂石墨烯微球上的Cu/Ni双金属单原子光催化剂的脱硫性能和机理。本研究的主要工作如下:首先,采用一
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燃料油中硫化物的燃烧会产生硫氧化物(SOx)、氮化物等有害气体,造成环境污染,因此,燃料油中硫化物的含量受到世界各国的重视。针对目前加氢脱硫和氧化脱硫各自的局限性,本研究采用前驱体稀释策略,制备了锚定在N掺杂石墨烯微球上的Cu/Ni双金属单原子光催化剂,以二苯并噻吩(DBT)为模型硫化物,研究了 N掺杂石墨烯微球上的Cu/Ni双金属单原子光催化剂的脱硫性能和机理。本研究的主要工作如下:首先,采用一种前驱体稀释策略制备了 TiO2@Cu/Ni-NG核壳材料。采用BET、HAADF-STEM、Raman、XRD、XPS和UV-VIS等对样品的结构和性质进行了分析。结果表明,双金属Cu/Ni锚定的N掺杂石墨烯介孔材料均匀包裹于二氧化钛模版剂表面,并且双金属Cu和Ni以单原子的形式均匀负载于载体上。在TiO2@Cu/Ni-NG催化DBT深度脱硫实验中。在可见光条件下,Cu/Ni总金属负载量为1wt%时,双金属催化剂的脱硫性能最好,脱硫率达到98.5%。循环反应10次后催化剂性能未见明显下降,表明该催化剂具有良好的脱硫性能和稳定性。其次,采用相同的策略制备了空心结构的HSS-Cu/Ni-NG双金属单原子催化剂。表征结果表明,HSS-Cu/Ni-NG具有较大的比表面积(884m2.g-1),介孔孔径为5.4nm。金属Cu和Ni以单原子的形式负载于空心氮掺杂石墨烯微球上,原子半径分别为0.12 nm和0.14 nm,并以Cu-N和Ni-N配位的形式存在。Cu和Ni的掺杂减小了催化剂的禁带宽度以吸收可见光,双金属掺杂的催化剂HSS-Cu/Ni-NG的禁带宽度为2.55 eV。另外,双金属之间的电荷耦合效应可实现光生电子的转移,防止电子-空穴对的复合。脱硫实验表明,催化剂HSS-Cu/Ni-NG脱硫效果显著,光催化反应120 min时脱硫率达到99.1%。宏观反应动力学研究表明,催化剂HSS-Cu-NG、HSS-Ni-NG和HSS-Cu/Ni-NG光催化DBT脱硫反应所需克服的能垒分别为144、129和78 kJ/mol。在DBT的催化氧化耦合原位加氢反应中,Cu/Ni与NG之间的作用可显著降低反应断裂C-S键所需克服的能垒,提高脱硫反应效率。
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