共价三嗪框架复合Co单活性位点光催化制合成气

合成气是费托合成的关键原料,目前其主要是通过天然气重整或煤气化来制备,但是该制备过程需要苛刻的合成条件.光催化技术利用太阳能将CO2还原制备合成气是未来能源开发的重要研究方向.到目前为止,已经开发了许多用于生产合成气的光催化系统.然而,大多数催化体系使用昂贵的金属如Re和Ru作为光敏剂和或催化剂,利用非贵金属催化剂光催化还原CO2制合成气是实现环境可持续发展的一种有效方法.共价三嗪框架(CTF)由于具有可调节的光吸收性质、在分子水平上可调节的电子结构、高表面积和富氮结构,因而在光催化体系中具有明显优势.在此,我们设计了一种基于分子内异质结的CTF光催化CO2还原生成合成气体系,通过傅里叶变换红...

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Published in催化学报 Vol. 42; no. 1; pp. 123 - 后插15
Main Authors 何亚军, 陈鑫, 黄驰, 李留义, 杨程凯, 于岩
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 福州大学材料科学与工程学院, 生态材料先进技术重点实验室, 福建福州350108 2021
Subjects
Covalent triazine frameworks
Photocatalysis
Single site
单点催化剂
光催化
合成气
CO2 reduction
二氧化碳还原
共价三嗪框架
Syngas
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ISSN0253-9837
DOI10.1016/S1872-2067(20)63603-8

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Summary:合成气是费托合成的关键原料,目前其主要是通过天然气重整或煤气化来制备,但是该制备过程需要苛刻的合成条件.光催化技术利用太阳能将CO2还原制备合成气是未来能源开发的重要研究方向.到目前为止,已经开发了许多用于生产合成气的光催化系统.然而,大多数催化体系使用昂贵的金属如Re和Ru作为光敏剂和或催化剂,利用非贵金属催化剂光催化还原CO2制合成气是实现环境可持续发展的一种有效方法.共价三嗪框架(CTF)由于具有可调节的光吸收性质、在分子水平上可调节的电子结构、高表面积和富氮结构,因而在光催化体系中具有明显优势.在此,我们设计了一种基于分子内异质结的CTF光催化CO2还原生成合成气体系,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(NMR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征证明了CTF内的分子内异质结,采用X射线多晶衍射(XRD)、比表面积及孔隙度分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis DRS)等表征手段充分研究了CTF的组成、结构与光学性质.将所制备的CTF光催化剂应用于可见光催化还原CO2反应中,实验结果表明,基于分子内异质结的CTF在10 h内达到3303μmol g-1(CO:H2=1.4:1)的合成气产率,相对于不具有分子内异质结的CTF催化体系,产率提高了3倍.时间分辨荧光发射衰减光谱、荧光光谱和瞬时光电流图谱等测试结果表明,分子内异质结极大提高了CTF内光生载流子的空间分离和转移效率.反应体系中自组装形成的吡啶Co配合物作为Co单活性位点可有效吸附和配位活化CO2分子.理论计算进一步证明含有分子内异质结结构的CTF能极大地促进电荷分离效率,从而实现催化性能的增强.这项工作不仅显示了CTF在光催化等领域潜在的应用前景,而且为合理设计基于CTF的光催化体系提供了新的见解.
ISSN:0253-9837
DOI:10.1016/S1872-2067(20)63603-8