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近年来,太阳能光催化分解水研究受到世界范围的广泛关注。导体光催化剂上分解水的基本原理是光催化剂受到光激发后产生光生电子与空穴,光生电子与空穴分离并迁移至光催化剂表面进而发生氧化还原反应。传统的光催化或光化学反应发生的前提条件要求光催化剂或参与光化学反应的分子被激发光所激发,而传统的绝缘体材料由于其带隙大于8.0
eV,不能被普通光源所激发,而被认为不可能实现光催化制氢反应。

中科院大连化物所洁净能源国家实验室太阳能研究部李灿院士和李仁贵博士等人在光催化水分解制氢反应研究中发现,以典型的甲醇溶液作为反应溶液,用传统的石英反应器,在高压汞灯作为光源的情况下,在没有加入任何半导体光催化剂的情况下,反应体系生成了可观量的H2。

日前,北京中教金源科技有限公司推出了全新CEL-OPTH高温光热催化反应系统。

近日,中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室太阳能研究部研究员、中科院院士李灿和博士李仁贵等人在光催化水分解制氢反应研究中意外发现,以典型的甲醇溶液作为反应溶液,用传统的石英反应器,在高压汞灯作为光源(激发光能量远小于石英的带隙)的情况下,在没有加入任何半导体光催化剂的情况下,反应体系生成了可观量的H2。相关结果在线发表在Scientific
Reports
上(Rengui Li and Can Li et al, Scientific Reports, 2015, 5,
13475)。

光催化制氢研究领域通常采用CH3OH作为产氢半反应的牺牲剂以探测光催化剂的质子还原反应能力。但在本工作中,研究人员用光催化反应研究广泛使用的石英反应器,以高压汞灯作为光源、在没有加入任何光催化剂的空白反应实验中观察到氢气的生成;随后通过反应条件的调变,确认了H2的产生源于石英反应器与甲醇水溶液的界面上。为了增大绝缘体与溶液的接触界面,研究人员在反应体系中加入绝缘体的颗粒并担载少量Pt作为产氢助催化剂时,发现产氢的量明显得到大幅度提升;从而确认在激发光源能量远小于绝缘体带隙的条件下,绝缘体表面显示出光催化重整甲醇制氢的活性。

CEL-OPTH高温光热催化反应系统,在光热协同的作用下,实现催化新材料的合成与光热催化活性的表征。系统由高温反应炉、石英反应管、法兰接头、氙灯光源、导光柱、滑动平台等部分组成,该系统的优势是在高温加热过程中,上方氙灯光源产生的光可通过导光柱由外向内导入石英反应管并照射到反应样品上,实现了光热催化协同作用。材料合成,高温加热的同时加入光源,提高催化剂材料的产率、改变材料的形貌特征、提高材料的各种催化性能。材料表征,评价光热协同情况下催化剂材料的活性。

光催化制氢研究领域通常采用CH3OH作为产氢半反应的牺牲剂以探测光催化剂的质子还原反应能力。但在本工作中,研究人员用光催化反应研究广泛使用的石英反应器,在高压汞灯作为光源、在没有加入任何光催化剂的空白反应实验中观察到氢气的生成;随后通过反应条件的调变(溶液浓度、pH值、激发波长以及不同波长激光作为光源等条件的调控),确认了H2的产生源于石英反应器与甲醇水溶液的界面上。为了增大绝缘体与溶液的接触界面,研究人员在反应体系中加入绝缘体的颗粒(SiO2,Al2O3等)并担载少量Pt作为产氢助催化剂时,发现产氢的量可以得到大幅度提升;从而确认在激发光源能量远小于绝缘体带隙的条件下,绝缘体表面显示出光催化重整甲醇制氢的活性。

研究人员进一步通过荧光光谱、电子自旋共振等表征发现,石英自身由于在高温退火制成过程中会不可避免地在表面生成少量的缺陷态,初步认为这些缺陷态形成的浅能级可以被能量远小于石英带隙的光子所激发,产生的光生电子参与质子还原反应而生成H2;因为贵金属Pt加速了光生电子参与质子还原的放氢反应,所以在绝缘体表面担载少量Pt可显著增加氢的产量。该工作拓宽了大家对绝缘体表面物理化学性质的认识,特别是对发展和完善半导体多相光催化理论和实验具有重要意义。

CEL-OPTH-Ⅰ高温光热催化反应系统

研究人员进一步通过荧光光谱、电子自旋共振等表征发现,石英自身由于在高温退火制成过程中会不可避免地在表面生成少量的缺陷态,初步认为这些缺陷态形成的浅能级可以被能量远小于石英带隙的光子所激发,产生的光生电子参与质子还原反应而生成H2;由于贵金属Pt加速了光生电子参与质子还原的放氢反应,故在绝缘体表面担载少量Pt可显著增加氢的产量。该工作拓展了大家对绝缘体表面物理化学性质的认识,特别是对发展和完善半导体多相光催化理论和实验具有重要意义。

上述研究工作得到国家自然科学基金委和科技部973项目的支持。

CEL-OPTH高温光热催化反应系统,主要应用于半导体材料的合成烧结、催化剂材料的制备、材料的活性评价、光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛气体的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。

上述研究工作得到国家自然科学基金委和科技部“973”项目的支持。

CEL-OPTH高温光热催化反应系统的特点:

文章链接

高温光热催化反应系统实现高温过程中光催化反应体系,常温——1000℃;

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可以让紫外光、可见光、红外光等光源照射到催化剂材料的表面,实现光热协同;

大连化物所发现绝缘体表面光催化重整甲醇制氢反应

光热催化反应器采用高透光石英玻璃管,内含石英专用样品台;

可以实现气氛保护、抽取真空、PECVD、多种气体流量控制等功能;

系统采用滑动可平移的滑动结构,可以随时调整样品位置,实现快速加热或快速冷却;

采取模块化设计,光源、高温反应炉、高温石英反应器、高真空、PECVD等,可根据情况任意更换。

可根据用户需求,特殊定制,生产周期短、效率高。

中教金源是光电催化领域的国内知名的实验室设备仪器生产商和提供商。主要客户有:中国科学院化学研究所、国家纳米中心、北京大学、上海交通大大学、南京大学、中国石油大学、重庆大学、华南理工大学、中山大学、武汉大学、兰州大学、中国科学院新疆理化所、哈尔滨工业大学、黑龙江大学等千余家单位、研究院所。产品主要应用:实验室科学研究、化学研究、生物研究、催化表征、光化学及光催化、光降解污染物、光降解有害物、光聚合、光电转换、光致变色、太阳能电池研究、生物光照、表面瑕疵检测等领域。

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