国仪量子比表面及孔径分析仪助力二氧化碳光催化还原材料的研究

发布时间 ：2023-11-30 17:49:57  浏览量：123

　　JMCA：调节Bi4V2O11纳米棒上的氧空位浓度，实现光驱动塑料废物氧化和二氧化碳还原的协同效应

　　Modulating oxygen vacancies concentration on Bi4V2O11 nanorods for synergistic photo-driven plastic waste oxidation and CO2 reduction

　　——湖北大学 田丽红老师课题组

研究中使用国仪量子V-Sorb X800系列产品

 

　　Small：重构高缺陷氧化镁并在水溶液中提升二氧化碳的光化学活性

　　Reconstruction of Highly-Defective MgO and Exceptional Photochemical Activity on CO2 Upgrade in Aqueous Solution

　　——湖北大学 田丽红老师课题组

研究中使用国仪量子V-Sorb X800TP系列产品

　一、摘要

 

　　通过光催化驱动CO2减排，再加上光氧化转化塑料废物为增值化学品，是一种解决温室和环境危机的有效策略。氧空位(Vos)对增强惰性气体分子的吸附和活化具有特别的意义，因此在光催化剂上引入Vos可以为优化CO2光转化提供一个新的思路。

近日，湖北大学田丽红老师课题组采用水热法合成了梯度分布氧空位的Bi4V2O11纳米棒，旨在为CO2吸附提供丰富的活性位点，并首次尝试将塑料废弃物用于双功能光催化体系中，探索塑料废弃物的降解。实验结果表明，在双功能体系中，塑料污染物PET被氧化成一些高附加值的产品，避免了使用常用、昂贵且经常有毒的孔牺牲剂，从而实现可持续地将CO2 还原为CO和 HCOOH。通过比较不同反应时间下制得的Bi4V2O11光催化剂对CO2的吸附量和比表面积的大小，发现Bi4V2O11 (VO-BVO-15)催化剂可以提供更多的CO2吸附位点，在300 W氙灯照射下，对PET水解溶液中的CO2到CO的转换率达到64.7 μmol·g-1·h-1，比在2M KOH溶液中还原CO2的转化率提高了约24.5倍。该研究通过缺陷工程技术对Bi4V2O11光催化剂的发展进行了深入的研究，为废塑料的再利用和低能耗的碳循环提供了一条新策略。

 

　　此外，利用太阳能使CO2经光合作用转化为碳氢化合物燃料或增值化学品是一种有效的CO2综合捕获-转换-利用(CCU)解决方案。湖北大学田丽红老师课题组通过对前驱体进行可控烧结调制得到具有丰富O3c离子和氧空位的多孔纳米MgO，再比较不同煅烧温度下制备的MgO的比表面积，结果表明MgO-500具有更高的比表面积，可在反应过程中暴露出更多的活性位点，呈现出更优异的催化性能，其能够达到在纯水中连续7个循环(每次运行6小时)的情况下对CO2的转化率保持稳定，CH4和CO的总产量达到≈367 μmolgcata−1 h−1，为开发具有高活性的新型碱土氧化物光催化剂提供了策略。

　二、材料吸附性能表征技术

 

　　在具有调制Vos的Bi4V2O11双功能系统中，Vos显著提高了光吸附、电荷分离和CO2捕获位点，从而协同提高光催化CO2还原和PET氧化。为了探究Vos对增强光催化活性的作用，从光催化动力学的角度看，底物如CO2在催化剂上的吸附是提高产物效率的重要前提。通过使用国仪量子2800TP比表面及孔径分析仪测试不同反应时间下制得的富氧空位Bi4V2O11光催化剂对CO2的吸附量，如下图4(a)显示，在298 K和1.8bar条件下，不同Bi4V2O11对CO2吸收能力的顺序为VO-BVO-9 (0.0667mmol·g-1) < VO-BVO-12 (0.1169mmol·g-1) < VO-BiVO-15 (0.1603mmol·g-1)，这可能归因于材料比表面积的逐渐增加。下图S2为测得的三种材料的N2吸脱附等温线，从等温线可以分析得到各样品的比表面积及孔径分布，其中催化剂VO-BiVO-15相比于其他两个催化剂的比表面积更高。从上述结果可知，VO-BiVO-15催化剂可以提供更多的CO2吸附位点，有利于对CO2的吸附和活化。

 

 

　　对于重构高缺陷MgO，通过一系列的痕量光谱和理论分析表明，衍生MgCO3·3H2O中的Mg-Vo位点是活性中心，在调节CO2吸附和引发光还原反应中起着至关重要的作用。通过比表面及孔径分析仪对不同煅烧温度下制备的MgO的比表面积进行表征，如下图所示，通过分析测得的N2吸脱附等温线得到MgO-500和MgO-700的比表面积分别为64.2 m2/g和45.0 m2/g。当烧结温度高于500 ℃时，前驱体完全转化为面心立方晶格MgO。结合比较两种MgO的形貌图像和比表面积结果，可进一步表明MgO上的缺陷可以通过控制纳米片的尺寸和厚度来调节。

 

　三、国仪量子比表面及孔径分析仪

 

　　国仪精测V-Sorb X800系列比表面及孔径分析仪采用静态容量法测试原理，具备完全的自动化操作，人性化的操作界面，简单易学，广泛应用于催化材料、环保材料、电池材料及纳米材料等领域。产品技术通过机械工业联合会科技成果鉴定，被欧美高校、科研实验室选购使用，获得一致好评，树立了优良的国产品牌形象。

 

　四、助力成果目录

 

  1.  　　Chiral Nanosilica Drug Delivery Systems Stereoselectively Interacted with the Intestinal Mucosa to Improve the Oral Adsorption of Insoluble Drugs.ACS Nano（2023）
  2.  　　A facile “thick to thin” strategy for integrating high volumetric energy density and excellent flexibility into MXene/wood free-standing electrode for supercapacitors.Chemical Engineering Journal（2023）
  3.  　　The efficiency and mechanism of excess sludge-based biochar catalyst in catalytic ozonation of landfill leachate.Journal of Hazardous Materials（2023）
  4.  　　Aqueous Zn-ion batteries using amorphous Zn-buserite with high activity and stability.Journal of Materials Chemistry A（2023）
  5.  　　Rapid complete reconfiguration induced actual active species for industrial hydrogen evolution reaction. Nature Communications（2022）
  6.  　　Catalytic aromatic ring hydrogenation over ruthenium nanoparticles supported on α-Al2O3at room temperature. Applied Catalysis B: Environmental（2022）
  7.  　　Engineered neutrophil apoptotic bodies ameliorate myocardial infarction by promoting macrophage efferocytosis and inflammation resolution.Bioactive Materials（2022）
  8.  　　Role and significance of co-additive of biochar and nano-magnetite on methane production from waste activated sludge: Non-synergistic rather than synergistic effects.Chemical Engineering Journal（2022）
  9.  　　Micro-mesoporous graphitized carbon fiber as hydrophobic adsorbent that removes volatile organic compounds from air.Chemical Engineering Journal（2022）
  10.  　　Mercerization of tubular bacterial nanocellulose for control of the size and performance of small-caliber vascular grafts.Chemical Engineering Journal（2022）
  11.  　　Experimental and theoretical research on pore-modified and K-doped Al2O3catalysts for COS hydrolysis: The role of oxygen vacancies and basicity. Chemical Engineering Journal（2022）
  12.  　　Novel Zn-Fe engineered kiwi branch biochar for the removal of Pb(II) from aqueous solution.Journal of Hazardous Materials（2022）
  13.  　　Efficient with low-cost removal and adsorption mechanisms of norfloxacin, ciprofloxacin and ofloxacin on modified thermal kaolin: experimental and theoretical studies.Journal of Hazardous Materials（2022）
  14.  　　α-MoB2Nanosheets for Hydrogen Evolution in Alkaline and Acidic Media. ACS Applied Nano Materials（2022）
  15. 　　 COD inhibition alleviation and anammox granular sludge stability improvement by biochar addition. Journal of Cleaner Production（2022）
  16.  　　In situ construction of FeNi2Se4-FeNi LDH heterointerfaces with electron redistribution for enhanced overall water splitting. Royal Society of Chemistry（2022）
  17. 　　 Role and significance of water and acid washing on biochar for regulating methane production from waste activated sludge. Science of The Total Environment（2022）
  18. 　　 Soil properties affect vapor-phase adsorption to regulate dimethyl disulfide diffusion in soil. Science of The Total Environment（2022）
  19.  　　Removal of lead (Pb+2) from contaminated water using a novel MoO3-biochar composite: Performance and mechanism.Environmental Pollution（2022）
  20.  　　Acid washed lignite char supported bimetallic Ni-Co catalyst for low temperature catalytic reforming of corncob derived volatiles.Energy Conversion and Management（2022）
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