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光解水制氫甲醇的作用-放心解決
發(fā)布時間：2022-11-04 瀏覽量：6209
摘要：常見的犧牲劑有甲醇、三乙醇胺、乳酸、亞硫酸鈉，犧牲劑作為電子給體通過消耗價帶空穴，來避免電子和空穴的結(jié)合[1]。本文從光解水產(chǎn)氫的幾種犧牲劑體系為出發(fā)點，綜述了犧牲劑體系的研究進(jìn)展，并且對其進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：光解水產(chǎn)氫、犧牲劑、甲醇、三乙醇胺、亞硫酸鈉
氫能是一種新能源，它的燃燒熱值高且清潔無污染，利用太陽能分解水制氫被認(rèn)為是一種新興的研究方向。而在光解水產(chǎn)氫實驗中，除了助催化劑的選用，犧牲劑的使用也具有重要意義。
犧牲劑是在化學(xué)反應(yīng)過程中會被消耗掉的，能提高反應(yīng)效率的物質(zhì)。在光解水產(chǎn)氫實驗中，犧牲劑的存在能夠防止電子和空穴的結(jié)合。
1光解水產(chǎn)氫中犧牲劑體系發(fā)揮作用的原理
犧牲劑作為給電子體，可以消耗光生空穴，并留下電子與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，犧牲劑的氧化電位比H2O高，增加了氧化半反應(yīng)的驅(qū)動力，從而降低了光生電子的復(fù)合，此外部分助催化劑可以有效地抑制光催化劑的光腐蝕，特別是金屬硫化物的光腐蝕[1]。
2甲醇犧牲劑體系
甲醇等醇類可以使電子還原氫離子吸附水分子，從而達(dá)到提高催化效率的作用。
2.1甲醇為犧牲劑對Ni(OH)2修飾CdS的光催化產(chǎn)氫活性的影響
光生空穴被甲醇消耗，光生電子和空穴在甲醇的作用下難以結(jié)合，以此提高催化劑的光催化活性。當(dāng)沒有犧牲劑時，Ni(OH)2和CdS摩爾比為1：2時，光催化產(chǎn)氫速率最高是2395μmol/h,而在有甲醇作為犧牲劑時，其他條件相同的情況下，光催化產(chǎn)氫活性是5896μmol/h[7]，光催化氫的活性有了極大提高，由此可看出甲醇是一種優(yōu)秀的犧牲劑。
2.2甲醇對CuO/TiO2光催化劑的產(chǎn)氫活性的影響
李福穎等人進(jìn)行了多種一元醇犧牲劑對于光產(chǎn)氫活性影響的實驗，該實驗中催化劑是50 mg Pt/TiO2，選取的犧牲劑分別是5 m L乙醇、丙三醇、正丙醇、正丁醇、甲醇、乙二醇，或 5 mg 丁四醇[6]，分別比較相同時間的產(chǎn)氫量得知，產(chǎn)氫活性順序由高到低是甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇，產(chǎn)氫活性的順序正是和碳鏈由長到短的順序一致，得到了產(chǎn)氫活性的差異可能是由于一元醇的溶劑極性差異所致的結(jié)論，碳鏈越短極性越強(qiáng)，越容易吸附到催化劑表面，促進(jìn)醇分子與催化劑表面的羥基自由基相結(jié)合以提高催化效果。也說明吸附效果直接決定了光化學(xué)反應(yīng)的程度。甲醇可以使電子能夠更有效地還原氫離子或者吸附存在于催化劑表面的水分子，和其他醇類犧牲劑相比，它對催化劑的產(chǎn)氫效率提升最多，有了犧牲劑的存在，光產(chǎn)生的電子和空穴復(fù)合率降低，使得水分解這個可逆反應(yīng)正向進(jìn)行，有利于正反應(yīng)。
醇類催化劑中氫源作為光生電子－空穴復(fù)合抑制劑[9]， 氫源被氧化，生成了羥基自由基，連續(xù)不斷的羥基自由基抑制光生電子與空穴復(fù)合，提高了催化劑的催化效果，同時醇類被氧化后可以提供額外的電子，催化劑表面的量子產(chǎn)率提高，光解水產(chǎn)氫效率提高。
3乳酸犧牲劑體系
乳酸含有碳氧雙鍵，它有與甲醇類似的作用。
3.1乳酸為犧牲劑對Ni(OH)2修飾CdS的光催化產(chǎn)氫活性的影響
乳酸作為該實驗的犧牲劑時，易與Ni(OH)2進(jìn)行反應(yīng)，Ni(OH)2分解后會以鎳離子的形式在溶液中存在，之后鎳離子會與光生電子發(fā)生反應(yīng)，它被還原成單質(zhì)鎳，有利于光生電子和空穴分離與轉(zhuǎn)移，提高催化劑的光催化活性。
3.2乳酸為犧牲劑對MoS2/CdS光催化產(chǎn)氫活性的影響
乳酸與光生空穴進(jìn)行反應(yīng)時生成CO2和H2O。然而，當(dāng)乳酸和葡萄糖同時作為犧牲劑時，CdS 價帶中的空穴與 OH-反應(yīng)生成 OH+,OH+會快速和葡萄糖反應(yīng)形成甲酸，最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳和H+，這樣一來提高了產(chǎn)氫效率。葡萄糖和乳酸共同作用時，效果明顯好于單單以乳酸作為犧牲劑，葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)生了眾多的H+并進(jìn)行析氫反應(yīng)，同時光生空穴被消耗[2]。而且由于葡萄糖來源多種多樣，是眾多化學(xué)反應(yīng)的底物，乳酸和葡萄糖協(xié)同作用一定程度上對生物體實現(xiàn)綠色光解水提供了可能性。