欢迎访问北京中教金源科技有限公司

咨询热线:010-63716865

  当前位置 : 首页 > 资讯动态 > 论文发表 > 水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化
点击返回新闻列表  
水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化
发布时间:2022-10-17    浏览量:1846

1. 文章信息

标题:Sunlight-driven photocatalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural over a cuprous oxide-anatase heterostructure in aqueous phase

中文标题:水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化

页码:Applied Catalysis B: Environmental 320 (2023) 122006

DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122006

2. 文章链接

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122006

3. 期刊信息

期刊名:Applied Catalysis B: Environmental

ISSN:0926-3373

2021年影响因子:24.319

分区信息: 中科院一区Top

涉及研究方向: 化学 

4. 作者信息

第一作者是:云南大学张奇钊 ;通讯作者:云南大学方文浩。


5. 光源型号:CEL-HXF300-T3




文章简介

将5-羟甲基糠醛(HMF)选择氧化为2,5-二甲酰基呋喃(DFF)是糠醛类生物质平台分子转化利用的重要途径之一。DFF是合成糠基生物聚合物、药物中间体、杀菌剂以及荧光剂等的重要单体。传统的热催化氧化技术通常依赖于苛刻的温度和氧压,容易诱发安全和环境隐患。因此,迫切需要开发在温和条件下高效转化HMF为DFF的环境友好型催化体系。


于是,光催化氧化技术,因为具有光生空穴和氧气存在下产生的活性氧物种可以在温和条件下驱动该反应的进行而成为科学家们研究的热点。然而现有的金属氧化物光催化剂的制备大部分较为复杂或者以有机试剂(即乙腈、三氟化苯等)作为反应溶剂导致较高的制备成本和环境污染。因此,非常需要低成本、易于制备和易于调节的氧化物催化剂。此外,使用水代替有机溶剂作为反应介质更环保,但对于金属氧化物催化剂来说可能具有很大的挑战性。因为作为副产物的水往往会阻碍正向反应,并且水也可能加剧金属浸出。


基于上述研究背景,云南大学化学科学与工程学院方文浩教授课题组通过化学还原沉淀法制备了具有p-n异质结的(Cu2O)x‖TiO2光催化剂,实现了以H2O为反应溶剂,O2作为氧化剂,在无任何添加剂条件下高效利用太阳光催化氧化HMF制DFF。通过调变两种金属的比例和二氧化钛的晶相,深入研究了催化剂能带结构对反应机理的影响。


研究发现Cu2O的含量决定HMF的转化率,而TiO2的晶相(即锐钛矿和金红石)影响DFF的选择性。通过清除剂实验研究揭示了空穴(h+)会将HMF深度氧化为CO2,而单线态氧(1O2)能够将HMF选择氧化为DFF。结合莫特肖特基曲线和价带谱数据可以推出半导体的能带结构,由此可得Cu2O的价带位置显然比HMF氧化为DFF的氧化电位更正,但比DFF的氧化电位更负。这表明Cu2O的价带上的光生空穴可以将HMF氧化成DFF,但不能进一步氧化DFF。


相反,TiO2的价带位置比DFF的氧化电位更负,因此TiO2价带上的光生空穴能够进一步氧化 DFF。p-n异质结的形成不仅抑制了TiO2上羟基自由基(•OH)的产生,而且还促进了O2在Cu2O上活化产生1O2。因此p-n异质结的形成增强了Cu2O的氧化还原能力同时增强了TiO2光利用效率。此外,通过光致发光谱,光电流响应以及电化学阻抗谱表征发现(Cu2O)0.16‖TiO2(A)具有最佳的光生电子和空穴的分离效率以及最佳的电荷迁移效率。


与此相对应的,(Cu2O)0.16‖TiO2(A)催化剂在水相、35 ℃、10 mL min-1O2和模拟太阳光下的温和条件下(如图1所示),产生64.5 mg gcatal.-1 h-1的DFF生成速率。这是目前文献报道的以水为反应介质金属氧化物光催化剂上取得的最佳结果。此外,该催化剂可直接在太阳光和空气下工作,且多次循环使用未见失活。


该工作通过一系列的光电性质与形貌表征,深入揭示了异质结催化剂中两种半导体间的强相互作用。研究了在光催化反应过程中光生空穴与各个活性氧物种的作用。并通过能带结构解释了晶相与催化活性的构效关联问题。期望本研究建立的反应选择性和能带结构之间的关系可以应用于其他异质结光催化体系。







最新文章
《文章投稿》远程P调控Bi单原子实现超宽电位下CO2还原制CO
化石燃料的过度消耗导致大气中二氧化碳浓度激增,加剧全球气候危机。利用可再生能源(如太阳能、风能)驱动的电催化技术将CO2转化为高附加值化学品(如CO、甲酸、乙烯等),既能实现碳循环利用,又能缓解能源短缺问题,被视为“双碳”目标下的关键技术之一。
《文章投稿》耐氧型光催化连续还原烟道气制乙烯
在碳达峰、碳中和“3060目标”背景下,我国明确提出要大力发展低碳可再生能源产业,加快可再生能源发展零碳、负碳技术,减少CO2的排放,加强CO2的高值化转化,推动能源低碳转型。其中,光催化CO2还原(CRR)利用太阳能将CO₂转化为高附加值化学品,被认为是一种清洁且可持续的技术,能够有效减少CO2排放并降低对化石燃料的依赖。
《文章投稿》通过 g-C3N4/ZnSnO3 异质结界面电场实现高效光催化
成果制备了二维纳米薄片g-C3N4与双壳ZnSnO3纳米立方体的异质结复合材料,这种二维/三维异质结构产生了界面电场,在电荷迁移中发挥了有效的作用,并增强了材料的氧化还原能力。
2022-2025@北京中教金源科技有限公司 版权所有 京公安网备11010602007561        京ICP备10039872-1号

服务热线

010-63716865

扫一扫,了解更多

在线咨询
在线客服1
请您留言

感谢您的关注,当前客服人员不在线,请填写一下您的信息,我们会尽快和您联系。

提交