光催化C1转化.ppt

光催化CH4和CO2合成丙酮的研究 绪论 催化剂结构的表征 催化剂的吸附性能 复合半导体催化剂的光催化反应性能 反应机理分析和规律总结 结论 研究背景 CH4与CO2直接合成含氧化合物研究的现状与存在的问题 半导体光催化反应的研究进展 光催化CO2还原的进展 光催化甲烷转化进展 半导体光催化性能的增强途径 CH4与CO2直接合成含氧化合物的热力学计算结果 半导体光催化剂的设计 1) 选择的半导体材料的首要条件是其能带缘位置，必须与目标反应中氧化还原电对的电势位置相匹配，即保证光催化反应在热力学上可行。 2) 所选半导体材料对反应物有较好的化学吸附和活化性能。 3) 复合半导体材料制备条件不苛刻，并在通常状况下稳定。 4) 所负载的金属能够有效促进反应物在材料表面上的化学吸附与活化，能够在反应过程中保持金属态。 5) 所选择的催化材料化学组分有一定的相容性，要求制备出的半导体复合体间结合紧密、表面金属高分散在负载的纳米级催化材料上。 半导体光催化剂的制备方法 分步浸渍法 溶胶－凝胶法 催化剂结构的表征 BET分析 TPR分析 IR分析 XRD分析 Raman光谱分析 UV-Vis光谱分析 TEM分析 负载半导体结构模型的建立 BET分析结果 TPR分析流程 TPR分析结果 IR分析（原位池） IR分析流程 IR分析结果 XRD分析结果 Raman分析结果 UV-Vis分析结果 TEM分析结果 CdS-TiO2/SiO2的结构模型 Cu-催化剂的TPR分析结果 Ni-催化剂的TPR分析结果 Cu、Ni-催化剂结构模型 利用BET、TPR、IR、XRD、Raman、UV-Vis对复合半导体催化剂的结构特性进行了研究，结果表明：附载型复合半导体催化剂保持了载体SiO2的骨架结构，具有250m2/g以上的大比表面。TiO2与SiO2载体形成了Ti-O-Si结构，锐钛矿的粒径约为2~4nm，锐钛矿粒子通过Ti-O-Si结构与载体SiO2锚接。CdS分散在锐钛矿层上，CdS通过Cd-S-Ti或Cd-O-Ti结构与下层结构形成弱化学键合，CdS粒子的大小为6nm。Ni、Cu金属粒子分布在锐钛矿层上。 催化剂的吸附性能 CH4、CO2在催化剂上化学吸附IR研究 CH4在催化剂上的吸附 CO2在催化剂上的吸附 CH4、CO2在催化剂上的共吸附 CH4、CO2在催化剂上化学吸附TPD-MS研究 CH4在催化剂上化学吸附TPD-MS研究 CO2在催化剂上化学吸附TPD-MS研究 CH4在催化剂上的吸附（IR） CO2在催化剂上的吸附(IR) CH4、CO2在催化剂上的共吸附(IR) TPD流程 CH4在催化剂上化学吸附TPD-MS研究 CO2在催化剂上化学吸附TPD-MS研究 CH4在催化剂上吸附模型 CO2在催化剂上的吸附模型 1） CH4在CdS-TiO2/SiO2、Cu/CdS-TiO2/SiO2和Ni/CdS-TiO2/SiO2表面只形成分子吸附态，金属的添加可以显著提高CH4的吸附量。 2） CO2在CdS-TiO2/SiO2上形成单齿碳酸盐和双齿碳酸盐表面物种，Cu/CdS-TiO2/SiO2和Ni/CdS-TiO2/SiO2表面上CO2的吸附物种有：分子吸附态的CO2、单齿碳酸盐、双齿碳酸盐、CO2在金属表面的剪式吸附和甲酸盐物种。Cu、Ni金属促进了分子态CO2在催化剂表面的吸附，还形成了CO2在金属表面的剪式吸附态和甲酸盐物种。 3） CH4与CO2在催化剂表面形成竞争吸附，CO2会抑制CH4的吸附。金属能够提高催化剂对CH4与CO2共吸附性能。 复合半导体催化剂的光催化反应性能 间歇光促表面反应-色谱(PSSR-GC)实验 连续流光促表面反应-色谱(PSSR-GC)实验 催化剂的失活 间歇光促表面反应-色谱(PSSR-GC)实验结果 反应条件对间歇光反应性能的影响 反应温度的影响 反应时间的影响 反应物配比的影响 添加第三组分的影响 反应温度的影响 添加氢的影响 添加水的影响 连续流光促表面反应-色谱(PSSR-GC)实验结果 反应温度的影响 空速的影响 催化剂的失活 1) 间歇型PSSR实验结果显示：在催化剂中添加金属不但能够提高原料的转化还有利于高碳产物的生成。复合半导体催化剂对CO2、CH4光催化转化为高级含氧化合物的催化性能优于单一半导体。 2）温度对间歇型CO2、CH4光催化转化的原料转化率、产物的种类和选择性影响显著。光催化反应需要10分钟左右的诱导期，诱导期过后反应迅速发生。在原料中添加水后，改变了整个反应过程；添加氢后，降低了原料的转化率和丙酮选择性。 3）在Cu/CdS-TiO2/SiO2实现了连续流CO2、CH