1 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院, 北京 100083
2 上海百奥恒新材料有限公司, 上海 200042
利用赤泥-石膏复合激发矿粉、粉煤灰制备蒸压加气混凝土, 对促进赤泥资源化利用, 降低硅酸盐水泥消耗以及实现二氧化碳减排具有重要意义。本文以强度级别A3.5、密度级别B06的蒸压加气混凝土为设计目标, 分析了赤泥、石膏、矿粉以及生石灰掺量对蒸压加气混凝土抗压强度的影响。结果表明, 当m(粉煤灰)∶m(赤泥)∶m(石膏)∶m(矿粉)∶m(生石灰)质量比为60∶10∶3∶7∶20时, 蒸压加气混凝土试块的干密度为623.4 kg/m3, 抗压强度为3.6 MPa。水化产物分析表明, 蒸压加气混凝土试块在蒸压反应前水化产物主要为钙矾石, 经过蒸压反应后水化产物主要为托勃莫来石和水石榴石。
蒸压加气混凝土 赤泥 二氧化碳减排 抗压强度 干密度 水化产物 autoclaved aerated concrete red mud CO2 reduction compressive strength dry density hydration product
1 1.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
将CO2转化为高附加值的化学品是实现碳循环, 缓解能源危机和环境问题的有效途径之一。金属与半导体复合电极, 利用光电耦合技术为CO2转化提供了一种新思路。本研究通过电沉积的方法在碱刻蚀处理后的Si片上制备了双金属Bi、Zn共修饰的Si基光电阴极(BiZnx/Si), 用于CO2的光电催化还原。研究表明, 引入金属Bi和Zn能够改善光的吸收性能, 降低电化学阻抗, 提高电化学活性比表面积(ECSA)。其中, BiZn2/Si最优的光电极电化学比表面积可达0.15 mF·cm-2。除此之外, 研究发现双金属共同作用有助于增强电极对中间体*OCHO的吸附作用, 在-0.8 V(vs. RHE)电势下, 最优的光电阴极BiZn2/Si生成HCOOH的法拉第效率高达96.1%。更重要的是, 光电阴极BiZn2/Si的光电流强度在10 h内维持-13 mA·cm-2, 表现出良好的性能稳定性。
CO2还原 HCOOH 光电极 BiZnx CO2 reduction HCOOH photoelectrode BiZnx
21世纪以来, 能源短缺和环境污染一直是人类面临的重大挑战?光催化二氧化碳(CO2)还原, 通过半导体捕获光能, 获得碳氢化合物太阳能燃料是解决能源危机并推动碳循环的有前景的策略之一?然而, 活性低?产物选择性差又极大地限制了这一技术的实际应用?因此, 调控产物选择性并提高光催化效率、加深对CO2还原反应机理的理解具有重要意义?近年来, 超薄材料以其较高的比表面积, 丰富的不饱和配位的表面原子, 较短的电荷从内部到表面的迁移路径, 以及可裁剪的能带结构受到了广泛关注, 并在光催化CO2还原领域取得了可喜的成果?本文在总结光催化CO2还原反应机理的基础上, 介绍了通过构建异质结构、设计Z型系统、引入助催化剂以及缺陷工程等策略促进超薄纳米结构电子空穴分离和调控其电荷迁移路径的研究成果, 并指出了提高光催化CO2还原效率和优化产物选择性的发展前景与挑战?
光催化CO2还原 超薄异质结构 助催化剂 反应机理 综述 photocatalytic CO2 reduction ultrathin heterostructures cocatalysts reaction mechanism review
1 山西乡宁焦煤集团燕家河煤业有限公司,临汾 042100
2 中国矿业大学(北京)研究生院,北京 100083
3 太原理工大学化学工程与技术学院,太原 030024
新型光催化剂的研制是光驱动下CO2转化为高附加值化学品或燃料的核心问题,对实现“碳达峰·碳中和”目标具有重要意义。本文通过乙二胺四乙酸(EDTA)辅助水热法合成一系列新型Bi-Y-O光催化剂体系,发现样品的晶体结构随EDTA的添加量不同而发生变化。添加0.4 g EDTA或未添加EDTA时均可得到BiYO3晶体,而添加0.8 g和1.2 g EDTA时分别制得Bi1.46Y0.54O3和Bi3YO6晶体。光催化CO2还原性能测试结果表明,添加0.4 g EDTA制备的BiYO3具有最佳光催化CO2还原活性,其CO产率为18.29 μmol·g-1·h-1,且3次循环使用后CO产率仍达17.32 μmol·g-1·h-1,明显高于其他样品。结合表征结果分析可知: EDTA的引入不仅可调控BiYO3的结构形貌,而且拓宽其光响应范围、提高光生电子-空穴的分离效率,从而增强光催化还原CO2性能,为新型高效B-Y-O光催化体系的研究提供基础科学数据。
EDTA辅助水热法 光催化 CO2还原 作用机理 碳中和 BiYO3 BiYO3 EDTA-assisted hydrothermal method photocatalysis CO2 reduction action mechanism carbon neutralization
锡基材料在自然界含量丰富、价格低廉, 在电催化还原CO2制液体燃料反应中具有巨大潜力。但是较低的产物选择性和较差的稳定性限制了其应用。本工作制备的锡量子点电催化剂(Sn-QDs), 具有高效、高稳定性和高选择性的电催化还原CO2产HCOOH活性。Sn-QDs的平均颗粒尺寸仅为2~3 nm, 结晶性良好。小的颗粒尺寸增大了电化学活性面积(ECSA), Sn-QDs的ECSA约为锡颗粒的4.4倍。ECSA增大以及CO2还原反应动力学加速, 促进了CO2电化学转化。在-1.0 V (vs RHE)下, Sn-QDs/CN催化剂的HCOOH法拉第效率(FEHCOOH)达到95%, 并且在宽约0.5 V的电势范围内能够保持在83%以上。此外, Sn-QDs/CN可以在24 h内保持良好的电化学稳定性。
CO2还原 锡量子点 HCOOH 电催化剂 CO2 reduction Sn quantum dots HCOOH electrocatalyst
1 1.上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
二氧化碳(CO2)还原制备合成气(CO和H2混合气), 不仅可以实现碳循环降低温室效应, 而且能缓解能源危机。而实现CO2资源化利用的关键在于催化剂设计。本研究采用金属离子共沉淀法制备了CuO及CuO/ZnO复合氧化物纳米材料, 通过调节催化剂组分, 探究其在不同电势下电化学CO2还原制备合成气的性能。结果表明: 引入锌(Zn)物种可以减弱中间物CO2•-在催化剂上的吸附强度, 导致CO的法拉第效率(FE)降低, 氢气FE增加, 从而实现不同电势下合成气CO/H2在1/1~1/4范围内的可控调节。尤其是, 当前驱液中铜和锌配比为1 : 2时, 在-0.9 V (vs. RHE)的电势下, CO和H2总FE高达84%。
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
氧空位在CO2光催化还原过程中往往发挥重要作用。本工作中, 用水热法合成了不同Bi掺杂量的二氧化铈光催化剂Ce1-xBixO2-δ, 其中Ce0.6Bi0.4O2-δ在Xe灯照射下表现出最高的光催化活性, 其CO产率为纯二氧化铈纳米棒的4.6倍。X射线衍射(XRD)分析表明固溶体保留了二氧化铈的萤石结构;紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱表明固溶体可见光吸收增强;X射线光电子能谱 (XPS)和拉曼光谱(Raman)分析表明, 掺杂后氧空位浓度明显提高。结合原位傅里叶变换红外光谱(in-situ FT-IR), 发现引入Bi提高了固溶体中氧空位的浓度, 并改变了CO2在催化剂表面上的吸附/活化行为, 光照下碳酸氢根、碳酸根、甲酸等中间产物明显增多, 从而增强了CO2光催化还原性能。
光催化 CO2还原 氧空位 photocatalysis CeO2 CeO2 CO2 reduction Bi Bi oxygen vacancy
广东工业大学 物理与光电工程学院， 广东 广州 510006
发展绿色、环保、可持续的化学过程是当今环境、能源、化学学科面临的重大挑战。太阳能驱动光催化实现化学燃料制备、降解环境污染物、高附加值产物转化是解决目前面临的能源和环境问题的一条有效途径。近年来，金属卤化物钙钛矿材料作为一种新型高效的光催化材料受到了广泛关注。本文系统地阐述了金属卤化物钙钛矿材料在光催化析氢、光催化CO2还原和光催化有机物转化中的研究进展，讨论了金属卤化物钙钛矿的光催化作用机理和面临的困难，最后对金属卤化物钙钛矿光催化材料的发展方向进行了分析和展望。
金属卤化物钙钛矿 光生载流子 光催化析氢 光催化CO2还原 光催化有机物转化 metal halide perovskites photocarriers photocatalytic hydrogen evolution photocatalytic CO2 reduction photocatalytic organic transformation
