Ni–TiO2光催化还原CO2和水制备甲烷
《可见光催化CO2甲烷化反应Ni基催化剂载体效应研究》范文
《可见光催化CO2甲烷化反应Ni基催化剂载体效应研究》篇一一、引言随着全球气候变化和环境问题日益严重，减少二氧化碳排放和有效利用碳资源已成为科研领域的重要课题。
其中，光催化CO2甲烷化反应因其能够利用太阳能和二氧化碳为原料合成甲烷，被视为一种极具潜力的技术。
近年来，镍基催化剂因其在CO2甲烷化反应中表现出良好的催化性能而备受关注。
然而，催化剂载体的选择对催化剂的活性和选择性具有重要影响。
本文旨在研究可见光催化CO2甲烷化反应中Ni基催化剂的载体效应，以期为优化催化剂性能提供理论依据。
二、文献综述在光催化CO2甲烷化反应中，Ni基催化剂因其良好的催化性能和较低的成本而受到广泛关注。
然而，催化剂的活性、选择性和稳定性受多种因素影响，其中催化剂载体的选择是关键因素之一。
目前，常用的载体包括氧化铝、二氧化硅、碳纳米管等。
不同载体具有不同的物理化学性质，如比表面积、孔结构、表面化学性质等，这些性质对催化剂的活性、选择性和稳定性具有重要影响。
三、研究内容本研究以Ni基催化剂为研究对象，探讨了不同载体对可见光催化CO2甲烷化反应的影响。
采用浸渍法、溶胶-凝胶法等制备方法，制备了以不同载体为支撑的Ni基催化剂。
通过XRD、SEM、TEM等手段对催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
在可见光照射下，以CO2和H2为原料，进行甲烷化反应，考察不同载体对催化剂活性和选择性的影响。
四、结果与讨论（一）载体对催化剂活性的影响实验结果表明，不同载体的Ni基催化剂在可见光催化CO2甲烷化反应中表现出不同的活性。
以碳纳米管为载体的催化剂表现出较高的活性，这可能与碳纳米管的高比表面积和良好的电子传导性能有关。
而以氧化铝为载体的催化剂活性相对较低，可能与氧化铝的表面化学性质和孔结构有关。
（二）载体对催化剂选择性的影响载体对催化剂的选择性也有重要影响。
实验发现，以碳纳米管为载体的催化剂在反应过程中具有较高的甲烷选择性。
这可能是因为碳纳米管能够提供更多的活性位点，促进CO2的活化，并抑制副反应的发生。
TiO2基催化剂还原CO2研究进展
２０２０年８月第２８卷第８期 工业催化ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＣＡＴＡＬＹＳＩＳ Ａｕｇ ２０２０Ｖｏｌ ２８ Ｎｏ ８综述与展望修回日期：２０２０－０３－２０基金项目：天津市教委科研计划项目（２０１９ＫＪ０１０）；天津工业大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目（２０１９１００５８０２８，２０１８１００５８０５５）作者简介：尉伊莉，１９９９年生，女，浙江省台州市人，研究方向为光催化还原ＣＯ２。
通讯联系人：黄娟茹，１９７９年，女，博士，主要从事光催化剂设计合成及其性能的研究工作。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｊｕａｎｒｕ＠ｔｊｐｕ ｅｄｕ ｃｎＴｉＯ２基催化剂还原ＣＯ２研究进展尉伊莉，黄娟茹 ，张 阳，马登省，陈鑫雨（天津工业大学环境科学与工程学院，天津３００３８７）摘 要：能源危机和环境污染是当今世界发展面临的两大挑战，如何有效缓解煤、石油等不可再生化石资源过度消耗所引发的能源危机，以及由此造成ＣＯ２过量排放引起的温室效应问题，是当前人类发展亟待解决的重大科学问题之一。
基于此，本文综述了近年来以ＴｉＯ２为光催化剂，以绿色、清洁的太阳光能催化还原ＣＯ２成低价态含碳燃料（如ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＨＣＯＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等）研究进展。
在ＴｉＯ２光还原ＣＯ２机理基础上，对元素掺杂、半导体复合与染料敏化、高活性晶面调控、低维纳米结构设计、助催化剂、Ｚ型结构设计和单原子催化等方法来提高光还原ＣＯ２反应效率和选择性进行分析，并指出目前研究存在的关键问题和未来ＣＯ２光还原的发展方向。
关键词：能源化学；光催化还原ＣＯ２；ＴｉＯ２｛００１｝；单原子催化；助催化剂ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００８ １１４３ ２０２０ ０８ ００２中图分类号：Ｏ６４３ ３６；ＴＱ０３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ １１４３（２０２０）０８ ０００８ ０７ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣＯ２ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｖｉａＴｉＯ２ｂａｓｅｄｃａｔａｌｙｓｔｓＷｅｉＹｉｌｉ，ＨｕａｎｇＪｕａｎｒｕ，ＺｈａｎｇＹａｎｇ，ＭａＤｅｎｇｓｈｅｎｇ，ＣｈｅｎＸｉｎｙｕ（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｃｈｏｏｌ，ＴｉａｎｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｒｅｔｈｅｔｗｏｍａｊｏｒｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒｏｕｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｗｏｒｌｄ Ｈｏｗｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｌｌｅｖｉａｔｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｏｖｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｎｏｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅｆｏｓｓｉｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｓｕｃｈａｓｃｏａｌａｎｄｏｉｌ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｅｆｆｅｃｔｃａｕｓｅｄｂｙｅｘｃｅｓｓｉｖｅｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓ，ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓｗｈｉｃｈｉｓｕｒｇｅｎｔｌｙｒｅｑｕｉｒｅｄｔｏｒｅｓｏｌｖｅｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｕｍａｎｓｏｃｉｅｔｙ Ｈｅｒｅｉｎ，ｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅＣＯ２ｔｏｌｏｗ ｃｏｓｔｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｆｕｅｌｓ（ｓｕｃｈａｓＣＨ４，ＣＨ３ＯＨ，ＨＣＯＯＨ，ＨＣＨＯ，Ｃ２Ｈ５ＯＨ，ｅｔｃ ）ｏｖｅｒｃａｔａｌｙｓｔｓｐｈｏｔｏｅｘｃｉｔｅｄｕｎｄｅｒｌｉｇｈｔ Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｈｏｔｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＣＯ２ｏｎＴｉＯ２ ｂａｓｅｄｏｎｃａｔａｌｙｓｔｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｄｏｐｉｎｇ，ＴｉＯ２ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈａｃｔｉｖｉｔｙｃｒｙｓｔａｌｓｕｒｆａｃｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｃａｔａｌｙｓｔ，ｓｉｎｇｌｅ（ｄｏｕｂｌｅ） ａｔｏｍｃａｔａｌｙｓｉｓｅｔｃｔｏｉｍｐｒｏｖｅＣＯ２ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＣＯ２；ＴｉＯ２｛００１｝；ｓｉｎｇｌｅ ａｔｏｍｃａｔａｌｙｓｉｓ；ｃｏｃａｔａｌｙｓｔｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００８ １１４３ ２０２０ ０８ ００２ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：Ｏ６４３ ３６；ＴＱ０３４ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ ＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１００８ １１４３（２０２０）０８ ０００８ ０７ 随着现代社会能源需求的不断增加，不可再生的化石能源正以不断增长的速率消耗，其终将被消耗殆尽。
光催化二氧化碳还原测试
光催化二氧化碳还原测试
光催化二氧化碳还原测试是一种用来测试光催化剂在光照条件下将二氧化碳和水还原成甲烷等有机物的反应性能的实验方法。
该测试通常使用紫外光谱仪或气相色谱仪等仪器来监测反应产物的生成情况和反应速率。
在实验中，首先需要准备一个光反应室和光催化剂，将二氧化碳和水加入到室内并在一定的温度和压力下通入反应气体中。
然后，将光催化剂置于光反应室内，向反应体系中照入一定强度的紫外光，并利用仪器监测产物的生成情况和反应速率。
最后，可以根据实验结果评估光催化剂的催化性能并进行进一步的性能优化和改进。
TiO2光解水及CO2催化转化 ppt课件
ppt课件
Fujishima A et al., Nature, 1972, 238, 376-38
二氧化钛晶体
二氧化钛是宽禁带半导体，在自然界中主要存在三种晶型：锐钛矿型（anatase）、金红石 型(rutile)和板钛矿型(brookite)。
板钛矿晶型热稳定性较差，几乎不具备光催化活性。
锐钛矿颗粒热稳定性相对低一些，但光催化活性最高。
ppSt课an件t P A,et al,Phys. Chem. Chem. Phys, 2002, 4(2): 19817–203
光解水催化剂的改性——贵金属沉积
光生电子和空穴在激发后有自然复合的倾向。在实际应用中，这种 复合作用降低了光催化剂的催化活性。
研究发现，在光催化剂的表面沉积适量的贵金属，这种具有不同电 子能级的异质结构可以有效地提高光生电子和空穴的分离效率。
二氧化钛在 550~750nm处没有特征吸收峰，而 CdS/TiO2复合 物在 550~750 nm处则出现宽吸收谱带。由于CdS的能带较窄，
使CdS/TiO2复合物把光的吸收范围从紫外光部分拓展到了可 见光区。此外，该复合半导体使得光致电子和空穴得到了更
有效的分离，提高了光催化剂的量子效率。
Xu Y,et al,Am. Mineral, 2000, 85: 543–556
光解水制氢的评价指标
一般来说考察催化剂的光解水催化性能主要有两个指标， 一为催化活性，二为催化剂稳定性。
我们可以将单位时间内的产氢量与催化剂的使用量联系 起来，以气体的生成速率来表示其催化活性和这使得在 相同的反应条件下，不同的催化剂之间具有一定的可比 性。
作为总量子效率概念的深化，表观量子效率是一种重要 而同时被人们广泛认可的评价催化剂催化活性的一种指 标。总量子效率与表观量子效率的计算方法分别如右式。
TiO2光催化原理和应用
TiO2光催化原理及应用一.前言在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。
根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。
长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界范围内每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。
水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。
常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。
包括我国在内世界范围内广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。
臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。
这些缺点限制了它们的应用范围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。
自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太阳光的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。
这种光合作用是一系列复杂代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。
光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。
光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。
直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。
直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。
间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。
半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。
半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。
《Ni-TiO2-Al2O3催化剂金属—载体相互作用对CO2甲烷化性能的影响》范文
《Ni-TiO2-Al2O3催化剂金属—载体相互作用对CO2甲烷化性能的影响》篇一Ni-TiO2-Al2O3催化剂金属—载体相互作用对CO2甲烷化性能的影响Ni/TiO2-Al2O3催化剂金属-载体相互作用对CO2甲烷化性能的影响一、引言随着全球气候变化问题日益严重，减少温室气体排放，特别是CO2的排放，已成为当前科研和工业界的重要课题。
CO2的甲烷化是一种有效的转化技术，可以将CO2转化为甲烷（CH4），从而降低大气中CO2的浓度。
在这个过程中，催化剂起着至关重要的作用。
Ni/TiO2-Al2O3作为一种常见的催化剂材料，其金属-载体之间的相互作用对CO2甲烷化性能具有重要影响。
本文将就这一主题展开讨论。
二、Ni/TiO2-Al2O3催化剂的组成与结构Ni/TiO2-Al2O3催化剂由活性金属Ni、载体TiO2和Al2O3组成。
其中，TiO2和Al2O3作为载体，可以提供大的比表面积和良好的热稳定性，同时可以分散和固定活性金属Ni。
此外，金属-载体之间的相互作用对催化剂的性能有着重要影响。
三、金属-载体相互作用对CO2甲烷化性能的影响1. 相互作用机制金属-载体之间的相互作用主要是通过电子效应和几何效应来实现的。
在CO2甲烷化过程中，这种相互作用可以改变金属Ni 的电子状态和分散度，从而影响其催化活性。
同时，载体TiO2和Al2O3的表面性质也会影响催化剂的性能。
2. 电子效应电子效应主要表现在金属与载体之间的电子转移。
在Ni/TiO2-Al2O3催化剂中，TiO2和Al2O3的氧原子可以与Ni原子发生电子转移，改变Ni的电子状态。
这种电子状态的改变可以影响CO2的吸附和活化，从而影响甲烷化的反应速率。
3. 几何效应几何效应主要表现在金属与载体之间的空间结构关系。
在Ni/TiO2-Al2O3催化剂中，TiO2和Al2O3的晶体结构可以影响Ni 颗粒的分散度和大小。
适当的分散度和大小可以提高Ni的暴露面积，从而提高催化剂的活性。
光催化和电催化co2还原
光催化和电催化co2还原
1光催化还原CO2
光催化还原CO2，是指利用光催化剂（如TiO2、ZnO、Cu/TiO2等）吸收太阳能，将CO2分子与水分子分解，将其还原为有机分子和氧气的过程。
这种技术可以转化CO2为有用的化学品和燃料，并同时减少CO2的排放，是一种很有前途的绿色能源技术。
研究人员已经在实验室中成功地利用光催化技术还原CO2，但要在实际应用中取得成功，还需克服一些挑战，如催化剂的稳定性、光谱效率低下等。
因此，未来的研究方向应该是探索新的催化材料，并提高其光谱效率和稳定性，以实现光催化还原CO2的大规模产业应用。
2电催化还原CO2
电催化还原CO2是指利用电催化剂将CO2还原为有机化合物的过程。
该技术主要基于电化学原理，通过加入外部电源将电子输送到催化剂上，在电子的作用下将CO2还原为有机化合物。
与光催化技术相比，电催化技术的优势是操作更加简单，而且更容易实现高效的转化效率。
电催化还原CO2技术目前已经得到了广泛的研究，相关研究人员也已经成功地将其应用于实际工业生产中。
其中最重要的电催化剂是金属催化剂（如银、铜、金等）和非金属催化剂（如金刚烷酸、多酚等），它们能够在电子的作用下促进CO2还原反应。
虽然CO2的光催化还原和电催化还原技术都有其优势和限制，但两种技术都在解决环境问题和能源安全问题方面，发挥着重要的作用。
未来我们需要继续深入研究这两种技术，发掘新的催化剂，扩大这两种技术的实际应用规模，以更好地实现CO2的还原和环保减排的目标。
光催化还原二氧化碳原理(一)
光催化还原二氧化碳原理(一)光催化还原二氧化碳什么是光催化还原二氧化碳？光催化还原二氧化碳是一种利用光催化材料，将二氧化碳转化为有机物的技术。
这种技术可以将二氧化碳转化为有用的化学品，如甲烷、甲酸、丙烯等。
光催化还原二氧化碳的原理光催化还原二氧化碳的原理是利用光催化剂吸收光能，激发电子，产生正电荷空穴和负电子。
二氧化碳分子会与空穴和电子发生反应，转化为有机物。
光催化剂的选择选择合适的光催化剂是光催化还原二氧化碳的关键。
常用的光催化剂有氧化钛、铁酸盐、氧化锌等。
这些材料具有良好的光吸收和光学性能。
光催化还原二氧化碳的应用光催化还原二氧化碳技术可以应用于环境保护和化学工业等领域。
将二氧化碳转化为有机物可以起到减少温室气体排放的作用。
利用光催化还原二氧化碳技术，可以开发出更为环保的化学生产方式。
发展前景光催化还原二氧化碳技术在环境保护和化学工业领域有着广阔的应用前景。
随着技术的不断发展，这项技术的效率将得到进一步提高，应用范围将逐渐扩大。
光催化还原二氧化碳的挑战虽然光催化还原二氧化碳技术具有许多优点，但仍面临一些挑战。
其中一个主要的挑战是提高反应的效率。
当前的光催化还原二氧化碳技术仍存在低效率、高能耗等问题，需要继续研究优化反应条件和光催化剂的性能。
最新研究进展近年来，许多研究团队致力于提高光催化还原二氧化碳的效率和降低成本。
例如，一些研究者发现将光催化剂和酶催化剂结合使用，可以提高反应效率。
此外，一些新型光催化剂的设计和合成也已经取得了一定的进展。
结语光催化还原二氧化碳技术具有很大的应用前景，但仍需要进一步的研究和发展。
在未来，我们可以期待这种技术能够更广泛应用于环保和原料化学等领域，为人类的可持续发展做出更大的贡献。
《2024年纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》范文
《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和可持续发展的需求，光催化技术因其在太阳能利用、环境污染治理及光催化反应等多个领域的广泛应用而受到广泛关注。
其中，纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，成为当前研究的热点。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。
二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法包括气相法、真空蒸发法等，主要通过高温处理获得高质量的纳米TiO2粉末。
其优点是制得的纳米粒子具有较好的晶型结构，但存在生产效率较低，成本较高的缺点。
2. 化学法化学法包括溶胶-凝胶法、水热法等。
其中，溶胶-凝胶法是通过在溶液中制备出均匀的溶胶，然后通过热处理获得纳米TiO2。
水热法则是在高温高压的水溶液中直接进行化学反应。
这两种方法均具有较高的生产效率和较低的成本。
三、纳米TiO2光催化剂的改性由于纳米TiO2光催化剂在可见光区域的响应能力较弱，研究者们通过掺杂、表面修饰等方法对其进行改性。
1. 掺杂掺杂是提高纳米TiO2光催化剂可见光响应能力的一种有效方法。
通过在TiO2晶格中引入其他元素（如氮、硫等），可以拓宽其光谱响应范围，提高对可见光的利用率。
2. 表面修饰表面修饰是通过在纳米TiO2表面引入其他物质（如贵金属、金属氧化物等）来改善其性能。
这些物质可以有效地捕获光生电子和空穴，抑制其复合，从而提高光催化效率。
四、纳米TiO2光催化剂的应用研究1. 环境保护领域纳米TiO2光催化剂在环境保护领域的应用主要包括废水处理、空气净化等。
其优异的氧化还原性能可以有效地降解有机污染物，净化空气和水质。
2. 能源领域纳米TiO2光催化剂在能源领域的应用主要包括太阳能电池、光催化制氢等。
其可以通过吸收太阳能并产生光生电子和空穴，从而实现光电转换或光催化反应，为能源的可持续利用提供新的途径。
五、结论纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，在环境保护和能源领域具有广泛的应用前景。
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用摘要：近年来，随着环境问题的日益突出，废水处理成为了重要的课题之一。
光催化技术由于其高效、环保的特点，被广泛应用于废水处理领域。
其中，钛白粉（TiO2）光催化反应被认为是一种非常有效的方法。
本文从TiO2光催化反应的基本原理、反应机制和影响因素等方面进行了探讨，并详细介绍了其在废水处理中的应用。
一、引言随着工业化进程的不断加快，废水排放问题日益严重。
废水中含有大量的有机物、重金属离子等污染物，不仅对水体生态环境造成了严重的破坏，也对人类的健康产生了潜在的危害。
因此，如何有效地处理废水成为了亟待解决的问题。
光催化技术由于其高效、环保的优势，被广泛应用于废水处理领域。
其中，TiO2光催化反应因其低成本、易得性和良好的稳定性等特点，成为了研究的热点之一。
二、TiO2光催化反应的基本原理TiO2光催化反应是指在紫外光照射下，通过激发TiO2表面的电子，产生一系列氧化还原反应，最终实现有机污染物的降解。
TiO2光催化反应的基本原理可以归结为：1) 紫外光照射下，TiO2表面的电子被激发至导带，形成自由电子和空穴；2) 自由电子和空穴在TiO2表面进行氧化还原反应，产生一系列高活性氧化物种，如羟基自由基、超氧自由基等；3) 这些高活性氧化物种与有机污染物发生反应，使其降解为无害物质。
三、TiO2光催化反应的反应机制TiO2光催化反应的反应机制主要包括两个方面：1) 高活性氧化物种生成机制；2) 有机污染物的降解机制。
高活性氧化物种生成机制为：当TiO2表面的电子被紫外光激发，会形成自由电子和空穴。
自由电子在TiO2表面与氧分子发生反应，生成氧化还原活性物种，如羟基自由基；空穴则与水分子发生反应，产生羟基自由基和超氧自由基。
有机污染物的降解机制为：高活性氧化物种与有机污染物发生反应，形成过渡产物，并经过一系列反应逐步降解为无害物质。
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Ni–TiO2光催化还原CO2和水制备甲烷摘要：光催化是一种最潜在的方法来减少二氧化碳转化为有用的化合物。
在这个工作中,为了提高照片的二氧化碳减少,镍离子被嵌入二氧化钛作为光催化剂。
XRD 和TEM结果显示与纳米二氧化钛锐钛矿结构。
表面的特点用BET和电动电势测量。
经紫外可见和PL的光化学属性。
二氧化碳减排测试液体反应器和GC对产品进行了分析。
Ni-TiO2(0.1摩尔%)相比其他催化剂有最高收益率的甲烷。
简介在过去的几十年中,快速推动了全球能源需求不断增长的世界人口。
如今,能源基础设施几乎依赖于化石燃料。
使用化石燃料产生的温室气体如二氧化碳(CO2),这是全球变暖的主要原因[1,2]。
为了解决这个问题,许多研究人员正努力开发替代能源和利用二氧化碳。
有三种途径:利用二氧化碳CO2转化为燃料,利用二氧化碳作为化工原料,以及非转换使用的二氧化碳。
在各种方法中,光催化还原二氧化碳与水成烃燃料和有用的化学物质是值得注意的方式来生产能源与缓解全球气温降低二氧化碳浓度[3 - 5]。
Inoue at al [6]报道,HCOOH一氧化碳,CH3OH,甲烷是主要的产品在CO2和H2O的光致还原作用。
在一般情况下,运输过程中电子和空穴在光催化反应中可以通过几个步骤来解释:光吸收,运输光生电子和空穴在光催化剂表面,反应的电子和空穴,电子和空穴的复合光催化剂表面和反应物的传质[7]。
在各种半导体如氧化钛(二氧化钛)[8],氧化钨电致)[9],氧化锌(氧化锌)[10]、磷化镓(GaP)[11],硫化镉(cd)[12],和碳化硅(SiC)[13],重点是二氧化钛。
二氧化钛研究在过去几年中由于其众多的优点包括良好的光敏,电荷转移潜力,低成本、无腐蚀性,生物稳定、无毒[14]。
然而,二氧化钛的效率很低,因为宽的带隙(3.20 eV),立即重组光生电子空穴对[15-16]。
为了提高二氧化钛的光催化效率,许多表面改性方法已被研究人员进行。
的一个重要表面改性方法沉积[17-19]或与小说等金属掺杂[20]Ag /二氧化钛,Pt /二氧化钛,Rh /二氧化钛和Pd /二氧化钛。
小说虽然二氧化钛掺杂金属有优良的光敏,也有一些缺点如高成本。
众所周知,镍比贵金属便宜,除了它是高度活跃在热催化甲烷化反应[21]。
此外,其他过渡金属镍(镍)修改被广泛报道,因为它有前途的光学特性[22-24]。
电子空穴复合是有效地抑制镍相比,其他金属[25]。
Devi et al.[26]报道,二氧化钛矩阵内的掺杂剂可以作为一个电子陷阱,如果它的能量水平是低于导带。
Ni2+有3d8的原子价电子配置。
当掺杂物离子陷阱电子/孔时,将会有相当大的旋转造成的能量损失,随着自旋状态变化从高自旋(两个未配对电子)低自旋(一个未配对电子)。
根据晶体场理论,俘获电子/孔将被转移到表面吸附水分子,恢复它的能量。
因此,重组过程光生电子空穴对抑制。
二氧化钛的传输和发光光谱红移的插入镍[27]。
然而,研究二氧化碳在二氧化钛结构包含镍光致还原作用还没有报道。
本研究的目的是将镍在二氧化钛(Ni-TiO2)热溶剂方法减少重组退出电子和孔,而不是使用昂贵的稀土金属或重金属。
准备的纳米粒子具有使用XRD,TEM,电动电位,热溶剂,紫外可见光谱,PL和CO2-TPD技术。
Ni-TiO2的光催化性能测试的减少二氧化碳与水。
实验催化剂的合成纯TiO2和Ni的TiO2不同摩尔分数利用溶剂热方法制备，如图1所示[ 28 ]。
制备溶胶混合，四异丙氧基化钛（TTIP，98%，顺正化工，东京，日本）和六水硝酸镍（Ni（NO3）26H2O，97%，顺正化工，东京，日本）作为钛镍前体，分别。
六水合硝酸镍（0.1，0.5和1mol%）溶于乙醇（100ml）。
之后，TTIP是缓慢加入到上述溶液中，这种混合物搅拌均匀2小时最终溶液在453 K 高压釜中8小时，氮气环境下热。
所获得的沉淀物用蒸馏水洗涤，然后在343K下干燥24小时。
表征为了确定合成二氧化钛的结构和结晶度和Ni-TiO2粉末x射线衍射(XRD、模型MPD PANalytical)使用镍化铜Ka辐射(40.0 kV,30.0 mA)。
纳米颗粒的形态进行的高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM Tecnal G2 F20 S-TWIN,范,荷兰)在200千伏。
存在的元素进行了分析使用元素映射和能量色散x射线能谱(EDS)。
比表面积(SBET)根据Brunauer-Emmett-Teller 理论计算,给出了多层吸附等温线方程泛化的朗缪尔单分子层的治疗。
打赌表面积测量使用比表面积，孔径测定仪(BEL,日本Inc .)。
孔隙大小分布计算使用吸附等温线的分支通过Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方法。
材料的电动电势由电泳淌度决定使用一种电泳测量装置(ELS)8000、大冢电子、日本)板样品室。
电泳光散射(ELS)测定了在参考光束模式与670纳米的激光光源,模块化的频率250赫兹和15的散射角。
电动电势的标准误差,从实验确定电泳淌度转换,一般< 1.5%,百分比误差< 5%。
测量电动电势,0.1 wt %的每个样本在去离子水分散,和溶液的pH值调整与盐酸或氢氧化钠溶液。
各种解决方案的相对分子直径大小分布也使用这个设备测量。
ζ电位分布是平均获得的2到3倍。
紫外可见吸收光谱得到使用Neosys - 2000光谱仪与反射率的球体。
光致发光(PL)光谱测量调查光生电子和空穴对使用1.0毫米厚度的二氧化钛颗粒和Ni-TiO2在室温下使用氦镉激光源的波长325纳米。
催化剂对二氧化碳气体的吸附能力是衡量CO2-TPD(程序升温解吸)实验使用BELCAT(BEL,日本Inc .)。
每个催化剂(0.05 g)被指控在一系列的石英反应器装置。
催化剂进行预处理在473 K 下的 1 h他流(30毫升min1)消除了物理吸附水和杂质。
二氧化碳(5 vol. %CO2/He)气体注入反应堆30分钟的50ml min-1在323 K 物理吸附二氧化碳气体被流动的催化剂样品在323 K 30分钟。
炉温度从323增加到973 K的速度10 C min-1的He流。
测定催化剂的活性在我们实验室设计的循环液光反应器中进行了光催化还原二氧化碳的实验研究。
有三个主要的系统–光反应器、气体循环，并分析系统（图2）。
光还原二氧化碳，0.5克的TiO2或Ni–TiO2的加入玻璃反应器中1升的水。
紫外灯（3 W，6厘米= 18 W平方厘米，长20厘米直径2，石南、韩国）在365 nm处的发射光分别照射溶液。
超临界CO2流体级（超高压CO2）进行研究。
它是由99.999%的CO2，H2O＜1.50 ppm，O2＜1.50 ppm CO和THC，小于0.10 ppm（CH4）＜1 ppm。
在照明之前，最初引入的二氧化碳气体吹扫循环系统。
之后，反应堆被关闭，然后打开灯和气体循环开始实验。
反应温度和压力均保持在303和1个大气压下，气相色谱分析，每10分钟1分钟。
然后对上述过程进行了反复3次。
结果与讨论图3显示的二氧化钛和镍-二氧化钛（0.1，0.5和1mol%）的X射线衍射模式。
镍-二氧化钛作为纯二氧化钛的锐钛矿结构。
观察到在25.29，37.86，48.03，54.75，62.73，和69.22，分别为200，（101），（004），（105），（211），（29），和（204）的二氧化钛。
此外，有无峰镍，氧化镍，和Ni（OH）2的观察。
这意味着，镍离子被纳入到钛锐钛合金框架。
特别是，（105）的平面的峰值强度增加而增加的镍相比，其他峰。
这表明，通过与钛离子替代，镍离子被插入到（105）的位置。
图4显示了TiO2和镍–TiO2HR-TEM（0.1，0.5和1mol%）。
可以看出，所制备的纳米粒子组成的菱形的形状与尺寸范围从10纳米到20纳米。
透射电镜结果不说明镍-二氧化钛和纯二氧化钛的形态特征之间的任何明显的差异。
镍（Ni）含量在TiO2是由主编不是镍–TiO2检测（0.1mol%）和Ni–TiO2（0.5摩尔%），由于其非常低的浓度。
EDS检测限也是主要因素。
然而，镍含量在（1mol%）被成功地检查。
表1显示了镍-二氧化钛（1mol%）中的元素的原子组成。
元素的分布Ni-TiO2(1.0摩尔%)被证实使用HR-TEM元素映射分析,结果如图5所示。
它可以清楚地看到,Ti,O和镍元素是真正存在于Ni-TiO2(1.0mol%)。
N2吸附和解吸等温线和二氧化钛和Ni-TiO2打赌表面积分别图6和表2所示。
催化剂相似类型III 的等温线曲线,因此准备催化剂非多孔材料[30]。
镍-二氧化钛（0.1mol%）的比表面积是高于其他催化剂。
随着镍含量的增加，二氧化钛的表面积增加。
另一方面，在高镍含量的二氧化钛的表面积减少。
这是由于以下原因：镍离子的大小是小于Ti离子。
然而，当大量的镍成分被添加，二氧化钛的毛孔被阻塞[ 31 ]。
重要的是研究纳米颗粒在水中的迁移,因为反应在液相进行。
图6显示了pH值的影响催化剂的ζ电位分布的位置。
二氧化钛的ζ电位和Ni-TiO2悬浮液明显下降时增加博士材料表面的表面电荷改变积极在酸性溶液中消极的基本解决方案。
Ni-TiO2的等电点和二氧化钛在pH值分别为3.8和3.9,聚合是相当大的。
Ni-TiO2电动电势值的大约30 mV在pH 值7。
它解释说,催化剂在反应中稳定分散在溶液中(见图7)。
图8显示了紫外可见吸收光谱和二氧化钛和Ni-TiO2Tauc的散点。
纯二氧化钛的吸收出现在约360nm。
Ni-TiO2,吸收红移与增加镍组件从0.1到1.0 mol %。
峰在600 - 800纳米镍含量高是导致NiO的形成在合成Ni-TiO2[32]。
使用Tauc方程计算带隙所示。
(1)[33]。
其中a, m, A 和E bg分别为吸收系数、光频率、恒定和带隙能量。
带隙是从接触点的切线的TAUC地块估计（（ahv）1 / 2和hv）。
二氧化钛的带隙，镍-二氧化钛（0.1mol%），镍-二氧化钛（0.5mol%）和镍-二氧化钛（1mol%）被发现为3.11电子伏特，3.16电子伏特，3.06电子伏特和3电子伏特（表2）。
图9显示了每个催化剂的光致发光光谱的复合电子和空穴对。
一般来说,当PL强度增加光催化活性降低。
催化剂表现出强烈的PL信号大约440海里的退出波长440 nm。
可见光谱发射在600 - 700海里可能与单电离氧气空位。
结果从光生空穴的辐射复合电子占据氧空位[34]。
Ni-TiO2的PL发射光谱相比降低二氧化钛。
这是归因于镍原子捕获激发电子,降低电子空穴复合的过程[35]。
Ni-TiO2的PL强度(0.1mol%)是最小的相比其他催化剂。