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    Angew. Chem. | 光电催化重整生物质多元醇制备一氧化碳和氢气

    2022-10-19 14:39:54

    来源:国际能源网   作者:新能源采编

    阅读:1399

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    [摘要] 一氧化碳和氢气是石油化工、煤化工产业中大宗的化工原料,可用来合成烯烃、芳烃等大宗化学品,也是重要的能源分子。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,是一种可再生的资源。从生物质制备一氧化碳和氢气,是一种绿色可持续发展的过程。传统采用高温(700至1000 °C)气化方法得到氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合

    一氧化碳和氢气是石油化工、煤化工产业中大宗的化工原料,可用来合成烯烃、芳烃等大宗化学品,也是重要的能源分子。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,是一种可再生的资源。从生物质制备一氧化碳和氢气,是一种绿色可持续发展的过程。传统采用高温(700至1000 °C)气化方法得到氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的混合物。采用光催化的方法可以实现常温下生物质产氢,但是生物质分子中的碳主要变成了二氧化碳,同时产生少量一氧化碳。一氧化碳难以从富氢气体中去除,即使是微量的一氧化碳也会毒害贵金属催化剂,不利于氢燃料电池的使用。


    针对这些难题,大连理工大学王敏研究员团队提出利用光电催化系统,实现室温下催化转化生物质多元醇到一氧化碳和氢气。在光电催化系统中,光阳极空穴氧化生物质多元醇为一氧化碳和氢离子,电子流入阴极还原氢离子为氢气,通过膜隔离一氧化碳和氢气析出反应,阴极室得到高纯的氢气,阳极室得到CO,选择性>75%。


    Angew. Chem. | 光电催化重整生物质多元醇制备一氧化碳和氢气


    inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">采用两步法制备了碳布支撑的氮掺杂六方三氧化钨纳米线阵列光阳极。首先,利用水热法制备了碳布支撑的六方水合三氧化钨纳米线阵列,进一步通过氨气处理得到氮掺杂的六方三氧化钨。氮以间隙掺杂形式存在于三氧化钨中。与三氧化钨相比,氮掺杂诱导了三氧化钨的结构极化,导致电荷不对称分布,进而产生了内建电场,促进光生电荷的分离和抑制了电荷复合,提高了光电转化效率。氮掺杂形成的内建电场增强了光电催化重整生物质多元醇的活性。与三氧化钨相比,氮掺杂三氧化钨光阳极的一氧化碳生成速率提升了1.5倍。氮掺杂三氧化钨光阳极的一氧化碳生成速率可达88 mmol m-2inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);"> h-1inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">。


    Angew. Chem. | 光电催化重整生物质多元醇制备一氧化碳和氢气


    inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">该团队进一步搭建了氮掺杂三氧化钨光阳极和铂片阴极的两电极光电系统用于分离生产一氧化碳和氢气。质子交换膜隔离一氧化碳和氢气析出反应,其光电催化系统可在阴极室生产高纯度氢气(>99.99%),在阳极室生产一氧化碳(气相选择性>75%)。氢气和一氧化碳的比例为5 :1。


    inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">Angew. Chem. | 光电催化重整生物质多元醇制备一氧化碳和氢气


    inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">该研究提供了一种光电催化重整生物质多元醇制一氧化碳和氢气的方法,可以分别得到一氧化碳和高纯的氢气。改工作为生物质的转化利用提供了一种的新的思路。



    关键词: 生物质 光电 阵列

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