光催化技术的研究及应用论文
2011年[9]Jiakuan Yang*,Xinfeng Zhu,R Vasant glycol-mediated synthesis of PbO nanocrystal from PbSO4:A major component of lead paste in spent lead acid Chemistry and Physics,2011,2011,131,336-342 [10]Yin Yang,Jiakuan Yang*,Jiaolan Zuo,Shu He,Xiao Yang,Kai model,Water Research,2011,45(11):3439-3452 [11]Haiyu Yang,Jingyang Liu,Jiakuan Yang*.Leaching copper from shredded particles of waste printed circuit of Hazardous Materials,2011,187,393-400 [12]Kai Zhang,Jianwen Liu,Wanchao Liu,Jiakuan Yang*.Preparation of glass-ceramics from molten steel slag using liquid-liquid mixing [13]Jianwen Liu,Danni Yang,Linxia Gao,Xinfeng Zhu,Lei Li,Jiakuan Yang *.Effect of iron doped lead oxide on the performance of lead acid of Power Sources,2011,196,8802-8808 [14]*, and of pretreatment process on the properties of phosphogypsum-based composite Conference 2011,Hong Kong,5 Symposium,in Cancun,Mexico,1-3,Dec,2011.[16]刘欢,杨家宽*,时亚飞,李野,何姝.不同调理方案下污泥脱水性能评价指标的相关性研究.环境科学,2011,32(11):3394-3399 [17]刘欢,李亚林,时亚飞,李野,何姝,杨家宽*.无机复合调理剂对污泥脱水性能的影响.环境化学,2011,30(11):1877-1882 [18]时亚飞,杨家宽*,李亚林,刘欢，毛苇，侯海攀，李野，何姝.基于骨架构建的污泥脱水/固化研究进展.环境科学与技术,2011,34(11):70-75 [19]杨丹妮，刘建文，高林霞，朱新锋，李磊，杨家宽*高性能铅酸蓄电池用电极活性物质的研究.蓄电池,2011,(3):111-115 [20]刘万超，张校申，江文琛，朱新锋，杨家宽*.拜耳法赤泥粒径分级预处理的研究.环境工程学报,2011,5(4):921-924 [21]熊唯，刘鹏，刘欢，时亚飞，侯海攀，杨家宽*.污泥调理剂的研究进展.化工环保,2011,31(6):501-505 [22]杨寅，谢浩，何姝，王韶锋，李野，杨家宽*.基于数值模拟的污水处理厂能耗优化研究.城镇水务,2011,(05):15-19 [23]张凯，邓超，刘万超，刘建文，杨家宽*.A novel process of preparing glass-ceramics directly from molten steel slag.宝钢技术研究（英文版）,2011,(2):9-14 2010年[1] Wanchao,Liu,Jiakuan Yang,Xiao Bo. Review on treatment and utilization of bauxite residues in China. International Journal of Mineral Processing,2009,93,220-231.[2] Ying Yang,Yingying Wu,Xiao Yang,Kai Zhang,Jiakuan Yang. Flow field prediction in full-scale Carrousel oxidation ditch by using computational fluid dynamics. Water Science & Technology,2010,62⑵，256-265.[3] Wanchao Liu,Xinfeng Zhu,Xiaosheng Zhang,Jiakuan Yang. Size separation of pretreatment and alumina recovery from Bayer red mud. XXV Interantional Mineral Processing Congress (IMPC) 2010 Proceedings,Brisbane,Queensland,Australia,6-10 September,2010.[4] Jiakuan Yang,Xiao Yang,Wanchao Liu,Xinfeng Zhu,Jianwen Liu. Preparation of autoclaved bricks based on gold mine tailings. Fresenius Environmental Bulletin,accepted.[5] Yin Yang et al. Study on two operating conditions of a full-scale oxidation ditch for optimization of energy consumption and effluent quality by using CFD model,Water Research,Submitted.[6] Haiyu Yang,Jingyang Liu,Jiakuan Yang. Leaching copper from shredded particles of waste printed circuit boards. Journal of Hazardous Materials,submitted.[7] Jiakuan Yang et al. Durability of autoclaved construction materials of cement-sewage sludge-fly ash. Cement and Concrete Composite,年[1] Jiakuan Yang,Bo Xiao,Aldo R. Boccaccini. Preparation of low melting temperature glass-ceramics from municipal waste incineration flyash,Fuel,2009,88,1275－1280[2] Jiakuan Yang,Wanchao Liu,Lili Zhang,Bo Xiao. Preparation of load-bearing building materials from autoclaved phosphogypsum. Construction & Building Materials,2009,23: 687－693[3] Wanchao Liu,Jiakuan Yang,Bo Xiao. Application of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues. Journal of Hazardous Materials,2009,161: 474－478[4] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Fen Wang,Bo Xiao. Economic analysis of power generation from floating solar chimney power plant. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2009,doi: .[5] Xinping Zhou,Jiakuan Yang. Temperature field of solar collector and application potential of solar chimney power systems in China. Journal of the Energy Institute,accepted[6] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Bo Xiao,Guoxiang Hou,Fang Xing. Analysis of chimney height for solar chimney power plant. Applied Thermal Engineering,2009,doi: .[7] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Reccab M. Ochieng,Xiangmei Li,Bo Xiao. Numerical investigation of a plume from a power generating solar chimney in an atmospheric cross flow. Atmospheric Research,2009,doi: .[8] 杨家宽，谢永中，刘万超，段光福，林显龙，杨斌. 改性磷石膏蒸压砖制备工艺及其机理研究. 建筑材料学报，2009,12⑶： 352-355[9] 杨家宽，朱新锋，刘万超，杨海玉，肖波. 废铅酸电池铅膏回收技术的研究进展. 现代化工，2009,29⑶： 32~372008年[1] Jiakuan Yang,Dudu Zhang Jian Hou,Baoping He,Bo Xiao. Preparation of glass-ceramics from red mud in the aluminium industries. Ceramics International. 2008,34: 125－130[2] Jiakuan Yang,Bo Xiao. Development of unsintered construction materials from red mud wastes produced in the sintering alumina process. Construction & Building Materials,2008,22: 2299－2307[3] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Bo Xiao,Xiaoyan Shi. A special climate around a commercial solar chimney power plant. Journal of Energy Engineering,ASCE,2008,134⑴： 6－14[4] 刘万超，杨家宽，肖波. 拜耳法赤泥中铁的提取及残渣制备建材的实验研究. 中国有色金属学报，2008⑴： 187－192[5] 舒娟娟，杨家宽，黄雯，肖波. 磁性负载改良型纳米TiO2的制备及其光催化性能. 有色金属，2008,60⑷： 26－292007年[1] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Bo Xiao,Guoxiang Hou. Simulation of a pilot solar chimney power equipment. Renewable Energy,2007,32,1637－1644[2] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Bo Xiao,Guoxiang Hou. Experimental study of the temperature field in a solar chimney power setup. Applied Thermal Engineering,2007; 27: 2044－2050[3] Xinping Zhou,Jiakuan Yang,Bo Xiao. Improving natural ventilation in a combined solar house with a solar chimney and a solar water collector. Journal of the Energy Institute,2007,80,55－59[4] 杨家宽，侯健，姚昌仁，陈凡，肖波. 烧结法赤泥道路材料工程应用实例及经济性分析. 轻金属，2007⑵： 18－21[5] 杨家宽，肖明丹，周敏，周敏，何宝平，张杜杜，肖波. 垃圾焚烧飞灰熔制微晶玻璃固定化与资源化研究. 玻璃与搪瓷，2007,35⑶： 1－5[6] 周敏，杨家宽，肖明丹，张杜杜，何宝平，肖波. 垃圾焚烧飞灰浸出特性及固化试验的研究. 环境工程学报，2007⑵： 119－123[7] 何宝平，杨家宽，周敏. 同时作为热种子和药物载体的生物陶瓷的研制. 玻璃与搪瓷，2007,35⑴： 15－18[8] 何宝平，杨家宽，杨述华，肖波，周敏. 具有药物缓释功能的新型热种子的研制. 材料科学与工程学报，2007⑸： 736－738[9] 黄雯，杨家宽，范双艳. 活性炭负载TiO2的甲苯光催化降解性能研究. 工业催化，2007⑽： 56－59[10] 舒娟娟，杨家宽，黄雯，肖波. 磁性负载改良型纳米TiO2的制备及光催化反应器的研发. 环境保护科学，2007⑸： 27－29[11] 杨斌，杨家宽，唐毅，谢永中，肖波. 粉煤灰和生石灰对生活污水污泥脱水性能影响研究. 环境科学与技术，2007,30⑷： 98－99[12] 郑莹，杨家宽，段光福，肖波，肖明丹. 铸造旧砂蒸压砖的研制. 铸造，2007⑼： 1001－1004[13] 饶磊，杨家宽，肖明丹. 钢渣微晶玻璃显微硬度性能研究. 功能材料，2007（增刊），38,3782－37852006年[1] Zhou XP,Yang JK,Xiao B,Yuan XD. Temperature field of solar collector in China''''s first pilot solar chimney thermal power setup. Proceedings of World Renewable Energy Congress,Conference,Florence,Italy,August 2006[2] Zhou XP,Yang JK,Xiao B,Yuan XD. Current study status and application potential of solar chimney thermal power systems in China. Proceedings of World Renewable Energy Congress,Conference,Florence,Italy,August 2006[3] 杨家宽，陈凡，侯健，肖波，刘伟，齐波. 赤泥高等级路面基层材料的工程应用. 中国市政工程，2006⑸： 7－9[4] 杨家宽，侯建，齐波，刘伟，肖波. 铝业赤泥免烧砖中试生产及产业化. 环境工程，2006⑷： 52－55[5] 周敏，杨家宽，肖明丹，张杜杜. 垃圾焚烧飞灰熔融固化技术. 环境卫生工程，2006⑸： 1－3[6] 周新平，杨家宽，肖波. 依山建造斜体太阳能烟囱的构想. 可再生能源，2006⑷： 9－11[7] 周新平，杨家宽，肖波. 太阳能烟囱发电试验装置内流场的CFD模拟研究. 热力发电，2006⑶： 23－26[8] 李雪飞，杨家宽. 含铬污泥酸浸方法的对比研究. 江苏技术师范学院学报，2006⑵： 26－28[9] 杨家宽，郑广富，沈学勤. 高校全英语（或双语）教学模式探讨. 大学教育科学，2006⑹： 49－51[10] 黄雯，杨家宽，舒娟娟. 纳米TiO2光催化降解低浓度有机废气的研究. 2006年全国太阳能光化学与光催化学术会议，广州，2006年，11月[11] 舒娟娟，杨家宽，黄雯. 磁性负载易分离纳米TiO2光催化反应器的研发. 2006年全国太阳能光化学与光催化学术会议，广州，2006年，11月[12] 舒娟娟,李素媛，黄雯，杨家宽. 低浓度有机废气纳米TiO2光催化处理技术. 工业安全与环保，2006,32⑾： 4－6[13] 杨家宽（第四作者）. 生物质能循环经济技术. 化学工业出版社，2006（ISBN 7-5025-7597-9）2005年[1] 杨家宽，张杜杜，侯健，邢国，肖波. 赤泥－粉煤灰微晶玻璃晶化行为研究. 材料科学与工艺，2005⑹： 616－619[2] 杨家宽，王梅，齐建召，肖波. 铸造旧砂制备免烧砖及经济性分析. 环境工程，2005⑶： 81－82[3] 杨家宽，肖波，刘年丰，李进军，何归丽. WASP6预测南水北调后襄樊段的水质. 中国给水排水，2005⑼： 103－104[4] 杨家宽，肖波，刘年丰，章北平，李进军，何归丽. WASP6水质模型软件用于汉江襄樊段水质模拟研究. 水资源保护，2005⑷： 8－10[5] 杨家宽，肖波，袁旭东，李劲. 太阳能烟囱技术抽取地下水研究. 可再生能源，2005⑶： 39－40[6] 周新平，杨家宽，肖波. 太阳能烟囱发电装置的CFD模拟. 可再生能源，2005⑷： 8－11[7] 齐键召，杨家宽，王梅，肖波. 赤泥做道路基层材料的试验研究. 公路交通科技,2005⑹： 30－33[8] 王梅，杨家宽，侯健. 赤泥粉煤灰免烧免蒸砖的原料与制备. 矿产综合利用，2005⑷： 30－34[9] 杨家宽（第五作者）. 生态容量及环境价值损失评价. 化学工业出版社，2005（ISBN 7-5025-7020-9）2004年[1] 杨家宽，张杜杜，侯健，邢国，肖波. 热处理条件对赤泥微晶玻璃表面晶化和体积晶化的影响. 材料热处理学报，2004⑹： 20－24[2] 杨家宽，王梅，何归丽，杨述华，肖波. 热处理条件对FeO-Fe2O3-CaO-SiO2体系铁磁微晶玻璃显微组织的影响. 材料热处理学报，2004⑵： 48－51[3] 杨家宽，王梅，何归丽，杨述华，肖波. FeO-Fe2O3-CaO-SiO2体系铁磁微晶玻璃的磁性及生物活性. 功能材料，2004年（增刊），35: 2282－2286[4] 杨家宽，张杜杜，肖波. 高掺量赤泥－粉煤灰微晶玻璃研究. 玻璃与搪瓷，2004⑸： 9－11[5] 朱新锋，杨家宽，肖波，王秀萍. 负载型TiO2催化剂的制备及性能研究. 材料与工程学报，2004⑹： 863－866[6] 朱新锋，杨家宽，肖波，王秀萍. 强化TiO2光催化技术研究进展. 化工环保，2004⑹： 421－425[7] 王梅，杨家宽，齐建召. 工业废渣生产免烧免蒸砖的应用与开发. 新型建筑材料，2004⑿： 18－21[8] 朱新锋,杨家宽，肖波. 燃烧法合成二氧化钛的初步研究. 功能材料，2004年（增刊）：2019－2021[9] 朱新锋，杨家宽， 肖波. 大颗粒纳米晶TiO2催化剂的制备及光催化性能研究. 功能材料，2004年（增刊）： 1986－1989[10] 朱新锋，杨家宽，肖波. 强吸附性负载TiO2光催化剂及其性能研究. 功能材料，2004年（增刊）： 1951－19532003年[1] 杨家宽，李劲，肖波，张建峰，马志云. 太阳能烟囱发电新技术. 太阳能学报，2003⑷： 565－570[2] 杨家宽，肖波，姚鼎文，王秀萍. 钢渣铸造成型资源化技术研究. 有色金属，2003（增刊）：68－70[3] 杨家宽，肖波，唐东羚，王秀萍. 钢渣基微晶玻璃制备与显微结构分析. 材料科学与工程学报，2003,21⑴： 34－36[4] 杨家宽，肖波，王秀萍. 利用钢铁炉渣制备微晶玻璃技术. 有色金属，2003⑶： 130－133[5] 杨家宽，肖波，姚鼎文，王秀萍. 黄磷渣热态直接成型资源化. 化工环保，2003⑴： 38－42[6] 杨家宽，肖波，姚鼎文，王秀萍. 黄磷渣微晶玻璃制备及显微结构分析. 矿产综合利用，2003⑵： 40－43[7] 张建锋，杨家宽，肖波，王秀萍. 太阳能烟囱发电技术及展望. 可再生能源，2003⑴： 5－7[8] 杨家宽，李进军，张建锋，肖波. 太阳能烟囱发电装置温度场和流场的数值模拟研究. 2003年中国太阳能学会学术年会论文集. 上海： 上海交通大学出版社，2003: 471－474[9] 杨家宽，张建锋，李进军，肖波.. 太阳能烟囱发电装置建造和试验研究. 2003年中国太阳能学会学术年会论文集. 上海： 上海交通大学出版社，475－4782002年[1] 杨家宽，肖波，姚鼎文，王秀萍. 钢渣直接熔制高档陶瓷产品. 环境工程，2002⑸： 41－42[2] 杨家宽，肖波，王秀萍. 黄磷渣资源化进展与前景. 矿产综合利用，2002⑸： 37－40[3] 杨家宽，肖波，王秀萍. 工业废渣制备矿渣微晶玻璃进展. 玻璃与搪瓷，2002⑹： 47－52[4] 杨家宽,朱新锋，肖波，王秀萍. 磁性悬浮负载型TiO2光催化剂制备及其性能研究. 2002年全国太阳能光化学与光催化学术会议，北京：238－239[5] 刘兴立、肖波、杨家宽. 焦炉煤气的余热利用. 能源工程，2002⑵： 37－39[7] 孙萍、肖波、杨家宽、王秀萍. 微波在环境保护中的应用化工环保，2002⑵： 71－752001年[1] 杨家宽，姚鼎文，肖波，王秀萍. 废石膏与氯化钾焙烧法制硫酸钾新工艺. 化工环保，2001⑹： 365－366[2] 吴启兵，杨家宽，肖波，郭晓丹. 钢渣热态资源化利用新技术. 工业安全与环保，2001⑼： 11－12[3] 冷成保，肖波，杨家宽，柳小荣，孙萍. 暗河式生活垃圾干发酵处理研究. 环境工程，2001⑷： 45－472000年及以前[1] 杨家宽，黄乃瑜，李焰. 消失模废气净化设备研制. 热加工工艺，2000⑷： 41－42[2] 杨家宽，黄乃瑜，李焰. 负压消失模工艺中EPS热解产物的研究. 特种铸造及有色合金，2000⑷： 22－24[3] 杨家宽，黄乃瑜，李焰，杨应凯. 消失模铸造工艺回用旧砂性能的研究. 铸造技术，2000⑹： 3－5[4] 杨家宽，黄乃瑜，李焰. 消失模车间废气净化处理中工艺参数的研究. 特种铸造及有色合金，1999⑶： 5－8[5] 杨家宽，李焰，孔令文,黄乃瑜. 消失模车间废气净化处理中催化剂的选择. 铸造，1999⑺： 9－12[6] 杨家宽，李焰，唐东羚，黄乃瑜. 裂解气相色谱法分析铸造用聚苯乙烯泡沫塑料热分解产物. 色谱，1998,16⑶： 241－243[7] 杨家宽，樊自田，黄乃瑜. 从“夕阳工业”到先进制造技术. 自然辩证法研究，1998,14⑷： 59－62[8] 杨家宽，李焰，黄乃瑜. 气化模车间卫生状况及废气净化方法. 铸造，1998⑶： 44－46[9] 杨家宽，李焰，宋象军，黄乃瑜. 气化模材料热分解特性研究现状及展望. 特种铸造及有色合金，1997⑸： 31－34[10] Yang Jiakuan,Li Yan,Huang Naiyu. Behavior of Thermal Decomposition of EPS in the Lost Foam Casting Process. Proceedings of the International Conference on EPC Technology,Beijing,1998
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第一作者及通讯作者：李伟（陕西 科技 大学（西安））
共同通讯作者：王传义（陕西 科技 大学（西安））
通讯单位：陕西 科技 大学
论文DOI:
研究亮点
1. 通过简单可控的方法将单原子Pd成功修饰在了CdS NPs表面。
2. 单原子Pd与CdS NPs表面的S原子形成强配位作用，通过协同金属-半导体配位相互作用促进了光诱导载流子自体相向表面的迁移，抑制了CdS光腐蚀现象，提高了光诱导电子利用效率。
3. 单原子Pd修饰CdS NPs后降低了催化水分解产氢能垒，显著增强了其全分解水产氢活性。
研究背景
随着双碳目标的提出，国家对氢能源的发展做出了重要指导，有效推进氢能源的发展。传统产氢手段能耗高，且伴随有二次污染。由于太阳光能来源广泛、使用方便、绿色可持续性等优点，将太阳能转变为方便使用的高附加值化学能无疑是新能源开发的有效途径，具有潜在应用价值。日光诱导全分解水产氢是一种开发氢能源的潜在技术，然而较低的效率阻碍了该项技术的大规模应用推广。因此，开发高效稳定的全分解水产氢催化剂具有理论与实际研究意义。
硫化镉（CdS）是一种低功函且具有优异可见光响应的过渡金属硫化物，在光催化和电催化领域有着广泛的应用。被用于光催化材料时，长时间光诱导容易导致其结构发生严重光腐蚀，极大地影响其光催化性能。如何在提高CdS基光催化剂催化活性的同时，有效抑制其光腐蚀影响，增强其结构稳定性，是需要研究者不断 探索 和解决的关键科学问题。
拟解决的关键问题
本课题通过一步简单诱导还原策略，将单原子Pd修饰在CdNPs表面，实现了协同的金属-半导体配位相互作用，抑制了载流子复合，提高了催化剂量子产率。更为重要的是，高度缓解了CdS光腐蚀影响，赋予其以长时间光电流稳定性，一定程度上解决了光腐蚀导致其催化剂结构不稳定的科学问题。
成果简介
针对CdS光催化剂在光诱导下光腐蚀严重影响其催化性能的科学问题， 陕西 科技 大学（西安）李伟副教授及王传义教授 等人通过一步简单光诱导还原手段将单原子Pd修饰在六方相CdS NPs表面，制备出一种CdS-Pd纳米光催化剂。由于CdS主体催化剂与单原子Pd活性位点间协同的半导体-金属配位相互作用，其光响应性及界面电荷传导特性均显著增强，有效抑制了其光腐蚀，增强了催化剂结构稳定性。同时，CdS-Pd催化剂表面全分解水产氢过程能垒相较于纯CdS NPs明显降低，从而在模拟日光诱导下达到了纯CdS纳米催化剂110倍的全分解水产氢活性，且表现出良好的耐光性能。
要点1：CdS-Pd复合光催化剂合成
通过简单的一步诱导还原法将单原子Pd修饰在六方相CdSNPs表面，优化并制备出一种CdS-Pd纳米光催化剂。
图复合光催化剂的合成示意图及结构表征。
要点2：CdS-Pd复合光催化剂结构、组成及形貌表征
通过XRD、Raman、XPS、XAFS和ac-STEM等表征研究发现：贵金属Pd是以单原子状态均匀分布在CdS 纳米催化剂表面，且单原子Pd与CdS 纳米催化剂表面的S原子形成了S-Pd配位作用，这有利于促进光诱导载流子的传导。
图复合光催化剂的形貌、晶型及组成分析。
要点3：CdS-Pd复合催化剂模拟日光诱导产氢活性及稳定性
当反应体系pH = 10时，优化后的CdS-Pd纳米催化剂在模拟太阳光诱导下全分解水析氢速率为 μmol·g -1 ·h -1 ，是纯CdS的110倍。如果进一步加入牺牲剂，其半分解水析氢速率可达到 μmol·g -1 ·h -1 。在λ = 420 nm的光波诱导下，其全分解水和半分解水的表观量子产率分别为和。即使在室外日光辐照下，也可以清晰地观察到大量气泡的产生。以上研究表明单原子Pd修饰后的纳米催化剂模拟日光诱导产氢活性显著提高。另外，通过评价该改性催化剂进行模拟日光诱导催化产氢的持久性及再生性，证明Pd单原子修饰后的CdS纳米催化剂具有稳定的光诱导催化活性和良好的结构稳定性。
图复合光催化剂的催化产氢性能、持久性和重复使用性。
要点4：CdS-Pd复合光催化剂的协同作用增强光-电化学性能及机理分析
通过光-电化学各项表分析可知：Pd单原子修饰后的CdS纳米催化剂表现出良好的电子-空穴对分离特性，且由于协同的半导体（CdS）-金属（Pd）配位相互作用加快了载流子自体相向表面的迁移，有效抑制了CdS的光腐蚀，延长了光生载流子寿命，从而在长时间光诱导下呈现高密度且稳定的光电流信号。
图4. CdS-Pd复合光催化剂的光-电化学性能表征及机理分析。
要点5：CdS-Pd复合光催化剂的DFT计算及催化机制分析
通过DFT计算分析可知：CdS-Pd纳米催化剂表面全分解水产氢能垒相较于纯CdS NPs明显降低，且支撑了S-Pd配位键形成的可能性。最终证明氢气生成的主要活性位点为催化剂表面的S位点，而表面单原子Pd则促进了水分子的分解。综上所述，在模拟日光诱导下，CdS基体生成大量光诱导载流子，并快速迁移至表面。H 2 O分子首先在催化剂表面Pd位点处被分解为氢质子中间体和OH-离子，氢质子进一步在S位点处获得电子被还原成氢气，而OH - 离子则在CdS表面被光生空穴氧化为O 2 分子。由于该催化剂协同的金属-半导体作用机制，O 2 分子与部分光诱导电子作用被快速转化为超氧自由基（O 2 +e - O 2•- ），所以该催化剂更适合于在模拟日光诱导下催化水分解产氢应用。
图5. CdS-Pd复合光催化剂的DFT计算及全分解水机制
小结与展望
综上所述，针对纯CdS半导体光诱导过程中光腐蚀影响导致其结构稳定性较差的科学问题，本研究通过一步简单光诱导还原手段将单原子Pd修饰在六方相CdS NPs表面，制备出一种CdS-Pd纳米光催化剂。由于CdS主体催化剂与单原子Pd活性位点间协同配位作用，其光响应性及界面电荷传导特性均显著增强，光诱导电子-空穴对复合抑制效果明显。同时，单原子Pd修饰后的纳米催化剂明显降低了全分解水产氢过程的能垒，从而在模拟日光诱导下达到纯CdS纳米催化剂近110倍的全分解水产氢活性，并表现出优良的催化活性与结构稳定性。本研究对于通过简单有效的制备方法合成稳定且高效的全分解水产氢CdS基光催化剂具有理论与实际研究意义。
参考文献
W. Li, X. Chu, F. Wang, Y. Dang, X. Liu, T. Ma, J. Li, C. Wang, Pd single-atom decorated CdS nanocatalyst for highly efficient overall watersplitting under simulated solar light. Appl. Catal. B-Environ . 2021, DOI: .
作者介绍
李伟 ，陕西 科技 大学 化学与化工学院，副教授。从事光催化剂结构设计及合成、光催化污水处理、太阳能光伏氢能源生产相关研究。目前已发表国际SCI论文30余篇，总被引频次1000余次。部分研究被《Appl. Catal. B-Environ.》、《J. Mater. Chem. A》、《Environ. 》、《ACS Sustainable .》、《Chem. Eng. J.》、《ChemCatChem》、《Electrochim. Acta》等期刊报导。
王传义 ，陕西 科技 大学特聘教授。德国洪堡学者、英国皇家化学会会士、国家外专局高端外国专家创新团队负责人、德国洪堡基金会联合研究小组中方负责人、陕西 科技 大学特聘教授、武汉大学兼职教授、博士生导师。应邀担任中国可再生能源学会光化学专业委员会委员、中国感光学会光催化专业委员会委员及中国环境科学学会特聘理事、国家 科技 奖励和国家重点研发计划项目会评专家及国家基金委等机构项目评审专家。从事光催化技术在环境与能源领域的应用研究。
声明
光催化研究及应用论文
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文
在学习和工作中，大家都跟论文打过交道吧，论文是学术界进行成果交流的工具。如何写一篇有思想、有文采的论文呢？下面是我整理的纳米光催化技术在大气污染治理中的应用论文，欢迎大家分享。
摘要： 现如今，环境污染问题已成为全球性的问题，加大环境保护力度，促进环境与经济的协调发展是世界经济发展的主要手段。大气污染作为环境污染中的一种，加大大气污染的治理力度，缓解温室效应给社会发展带来的难题，有利于实现和谐社会的建设。基于此，文章主要对纳米光催化技术进行了分析，并对其在大气污染治理中的应用进行了研究，以供相关人士参考。
关键词： 纳米光催化技术；大气污染；治理应用
纳米光催化技术在大气污染中的应用，可以提高大气污染的治理水平。由于纳米光催化技术的光敏效果较好，容易达到其反应条件，效率高，对环境及人体具有无害的特点，所以，纳米光催化技术已成为当前社会最先进的空气净化技术。对纳米光催化技术进行分析与研究，充分了解其在大气污染治理中的应用，有利于解决我国严重的.雾霾问题，优化人们的生活环境，促进经济的快速发展。
一、纳米光催化技术理论
太阳能作为“取之不尽，用之不竭”的清洁能源之一，在能源短缺和环境污染日趋严重的今天，其有效利用显得尤为重要。而光催化污染物降解技术既能充分利用太阳能，又能解决大气污染物的处理难题。纳米光催化技术作为一种新型的大气污染物治理方法，在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。与传统的物理吸附法（活性炭）相比，利用纳米光催化技术净化空气具有以下优势：催化降解反应可以在常温常压下进行；操作简便；在太阳光的激发下，能有效去除大气中的污染物如NOx和VOCs，不会造成二次污染。
光催化技术理论主要基于“Fu-jishima-Honda”效应，20世纪70年代后期，Frank和Bard关于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等关于多氯联苯在TiO2紫外光下的降解研究，极大推动了光催化技术在环境污染治理方面的研究。半导体材料的催化氧化机理如下：当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，价带（va-lenceband，VB）上的电子被激发，跃过禁带进入导带（conductionband，CB），而在价带上产生与电子（）对应的空穴（），即产生自由电子-空穴对，活泼的电子、空穴在电场作用下可以分别从半导体的导带、价带迁移至半导体/吸附物界面，而且跃过界面，使被吸附物还原和氧化；同时也存在着电子、空穴的复合。价带空穴（）将吸附的H2O氧化为羟基自由基（），导带电子（）将空气中的O2还原为超氧自由基（）。这两个自由基（），是降解污染物的关键活性基团。其反应原理如下：
二、纳米光催化技术的实际应用
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用比较广泛，TiO2作为应用效果较好的光催化剂，具有较好的抗酸碱性、耐光腐蚀性，其化学性质稳定性较好，来源丰富，能源较大，具有产生的光生电子和空穴的电势电位较高等优势。但是，在实际的纳米光催化技术应用过程中，容易受到催化剂、有机物浓度的影响。因此，在大气污染治理过程中，相关人员应重视这些因素对光催化技术的影响。
（一）催化剂对纳米光催化技术的影响。纳米光催化技术的原理，是利用催化剂净化大气的。在反应过程中，催化剂的表面积、粒径等等，都会影响纳米光催化反应。如：当催化剂的粒径不断缩小时，溶液中的单位质量粒子就会增多，虽然光的吸附效率有所增加，但是，光吸收不易饱和；当催化剂系统的表面积增加时，就意味着催化剂参加反应的面积增大，有利于催化反应的进行，反之，则不利于催化反应的进行。另外，催化剂的表面羟基及混晶效应，也是影响纳米光催化反应的另一因素。
（二）光源与光强对大气污染的影响。纳米光催化技术常用的光源有黑光灯、高低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等，波长在200-400nm的范围内。一般情况下，在纳米光催化反应过程中，其光的强度越强，催化反应速度就会逐渐趋于常数，但是，光量子效率则会随着光强度的变化而变化。此外，PH值不同，外加助催化剂及无机盐等等，在一定程度上也会影响纳米光催化技术的反应。
三、纳米光催化大气污染控制技术与其他技术的联用
（一）室内污染控制与通风技术。目前常用室内环境净化与通风技术有主动式和被动式2种。前者是将室内环境净化装置与机械通风系统有机结合起来成为一个整体，而后者采用空气净化过滤器结合自然通风系统。这两种技术均涉及高效通风技术，前者主要针对外源性污染，可采用高效低阻过滤的方式；而后者主要针对内源式污染，比较有效的方式为各种室内净化技术。目前主要通风方式包括混合通风、置换通风和个性化送风。混合通风和置换通风均以营造室内可感风环境为目的，若将空调设定温度调高必然会引起室内人员热舒适性的降低；个性化送风由于其实际使用中制约较多，在实际工程中较少。
（二）过滤技术。过滤技术主要包括纳米纤维过滤技术、光催化纤维过滤技术、膜过滤技术。纳米纤维过滤技术具有一定梯度结构的复合过滤材料可大大提高过滤性能，已用于室内空气净化、水体有机物净化等领域，有望实现大规模工程化应用；纳米光催化技术是一种新型的处理大气污染物的方法，在大气污染控制方面具有巨大的应用潜力。
四、结语
在大气污染治理过程中，单独利用纳米光催化技术的效果并不是特别明显，因此，在治理大气污染过程中，相关人员应将纳米光催化技术与其他先进的大气净化技术进行有效结合，提高大气污染治理效果，保证人们生活健康。
参考文献：
[1]曹军骥，黄宇.纳米光催化技术在大气污染治理中的应用[J].科技导报，2016，17：64-71.
[2]王韶昱.光催化技术在室内空气净化器中的应用研究[D].浙江大学，2013.
于化江, 熊亮, 熊中琼, 张国庆, 复合电沉积制备TiO2/泡沫镍光催化材料及其催化活性研究., 化工进展, 2011,30（9）Xiong L, Zhang G Q, Pan H G. Study on the Preparation of Ni-P-TiO2 Coatings by Electroless Plating and its Photocatalytic Properties[J]. Advanced Materials Research, 2011, 311: 319-322.张国庆, Nanosized Lithium Vanadium Phosphate/Carbon Li3V2(PO4)3/C): Synthesis by Microwave, Advanced Science Letters Vol ,2011 ,4:1-4.张国庆, Preparation and electrochemical performance of SnO2/graphite/carbon nanotube composite anode for lithium-ion batteries. , Advanced Materials Research , 2011, 150-151:1387-1390.张国庆, Thermal properties of paraffin wax based composites containing graphite, Energy Sources, Part A 2011, 33(7): Zhang, Guoqing Zhang, Zhonghao Rao, Yong Li, Haiyan Zhang, Manufacture and performance tests of lithium iron phosphate batteries used as EV power, International Steering Committee and International Program Committee of 25th World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition (EVS25), , 2010, Rao, Guoqing Zhang., Simulate and experimental research on air-cooled thermal energy management of lithium ion power batteries., International Steering Committee and International Program Committee of 25th World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition (EVS25), , 2010, Shenzhen.张国庆, 光催化技术对工业循环冷却水微生物灭活实验研究 , 工业水处理, 2010, 30(10): 56-59.傅李鹏,张国庆,杨承昭,陈贻波,潘华耿, 三维镍网负载纳米TiO2光催化反应器降解活性红3BS与活性黑GR的实验研究, 2010中国环境科学学会学术年会论文集,3,2010,上海.张国庆, 镍网负载纳米TiO2光催化反应器对酸性品红脱色效果实验研究. , 环境工程学报, 2010, 4(2): 342-346.傅李鹏, 张国庆, 杨承昭, Fu Li-peng, Zhang Guo-qing, Yang Cheng-zhao, 负载TiO2工程化光催化水处理器降解活性黑GR实验研究, 广东工业大学学报,2010,27(1),傅李鹏, 张国庆, 杨承昭, 陈贻波, 潘华耿, FU Lipeng, ZHANG Guoqing, YANG Chengzhao, CHEN Yibo, PAN Huageng, 三维镍网负载Ti02光催化反应器降解活性红3BS, 化工进展,2010,29(7),张国庆, 添加无机粒子的P(VDF-HFP)-PMMA复合聚合物电解质的性能 , 材料科学与工程学报, 2009, 27(5): 679-682.张国庆, Thermal properties of paraffin/graphite composite phase change materials in battery thermal management system., Energy Materials: Materials Science and Engineering for Energy Systems, 2009, 4(3): 141-144.张国庆, P().PMMA/CaCO3(SiO2)复合聚合物电解质的电化学性质, 物理化学学报, 2009, 25(3): 555-560.张国庆, 吴忠杰, 饶中浩, 傅李鹏, , 动力电池热管冷却效果实验, 化工进展,2009,28(7),饶中浩, 张国庆, 杨銮, 吴忠杰, 傅李鹏, Rao Zhonghao, Zhang Guoqing, Yang Luan, Wu Zhongjie, Fu Lipeng, 新型铁路空调客车空调装置的设计, 洁净与空调技术,2009,(2),张国庆, 马莉, 吴忠杰, 张海燕, 倪佩, ZHANG Guo-Qing, MA Li, WU Zhong-Jie, ZHANG Hai-Yan, NI Pei, P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)复合聚合物电解质的电化学性质, 物理化学学报,2009,25(3),张国庆, 碳/金属复合材料在热管理中的应用研究进展, 材料工程,2008,z1:351-353饶中浩, 张国庆, 陈远景, 吴忠杰, 傅李鹏, Rao Zhonghao, Zhang Guoqing, Chen Yuanjing, Wu Zhongjie, Fu Lipeng, 通信基站空调的智能型综合节能系统研究, 电信工程技术与标准化,2008,21(12),吴忠杰, 张国庆, Wu Zhong-jie, Zhang Guo-qing, 混合动力车用镍氢电池的液体冷却系统, 广东工业大学学报,2008,25(4),张国庆, 马莉, 倪佩, 刘元刚, ZHANG Guoqing, MA Li, NI Pei, LIU Yuangang, 锂离子电池低温电解液的研究进展, 化工进展,2008,27(2),陈雨婷, 张海燕, 张国庆, 陈易明, 朱清峰, CHEN Yu-Ting, ZHANG Hai-Yan, ZHANG Guo-Qing, CHEN Yi-Ming, ZHU Qing-Feng, 储氢合金电极中添加碳纳米管对SC型高功率电池性能的影响, 物理化学学报,2008,24(3),马莉, 张国庆, 曾彩明, MA Li, ZHANG Guoqing, ZENG Caiming, 化学强化剂在电动修复技术中的应用研究进展, 化工进展,2008,27(1),张国庆, 马莉, 张海燕, Zhang Guo-qing, Ma Li, Zhang Hai-yan, HEV电池的产热行为及电池热管理技术, 广东工业大学学报,2008,25(1),张国庆, 马莉, 倪佩, ZHANG Guoqing, MA Li, NI Pei, 锂离子电池用微孔型聚合物电解质的研究进展, 材料导报,2007,21(10),张国庆，游阳明，, 高性能芳纶纤维/环氧树脂复合材料在混凝土结构加固中的应用, 高分子通报，2006，6张国庆, 游阳明, 超前实验法的研究与探索, 科技信息（学术版）,2006,(5),张国庆, 张海燕, ZHANG Guoqing, ZHANG Haiyan, 相变储能材料在电池热管理系统中的应用研究进展, 材料导报,2006,20(8),尹建峰, 张国庆, 张海燕, 陈易明, 付小娟, 陈进, 贺春华, YIN Jian-feng, ZHANG Guo-qing, ZHANG Hai-yang, CHEN Yi-ming, FU Xiao-juan, CHEN Jin, HE Chun-hua, 碳纳米管用作镍氢电池负极材料的充放电性能研究, 材料科学与工程学报,2006,24(4),邓宗才，王璋水，张国庆, 改性腈纶纤维混凝土梁的弯曲疲劳特性, 清华大学学报（自然科学版），2003，43，11邓宗才，张国庆，何唯平, 改性腈纶纤维混凝土的韧性评价体系, 《水利水电技术新进展》（2003年版）邓宗才，张国庆，何唯平, 腈纶纤维混凝土的抗弯韧性, 湖南科技大学学报， 2003年.4期邓宗才, 何唯平, 张国庆, 高性能腈纶纤维混凝土韧性评价方法, 混凝土,2003,(11),邓宗才, 何唯平, 张国庆, 聚丙烯腈纤维对混凝土早期抗裂性能的影响, 公路,2003,(7),潘桂梅、贺玲凤、张国庆, 芳纶纤维约束混凝土的抗压力学性能研究, 第二届全国土木工程用纤维增强复合材料（FRP）应用技术学术交流会，2002，7，中国昆明Guoqing Zhang, Effects of γ-NiOOH on overcharge durability after a long term storage, 196th Meeting of the Electrochemical Society, Hawaii, Volume 99-2, 1999. Joint International Meeting, October 17-22, 1999龚正烈, 刘冰, 姚素薇, 张国庆, 张卫国, 程晓曼, Gong Zhenglie, Liu Bing, Yao Suwei, Zhang Guoqing, Zhang Weiguo, Cheng Xiaoman, 调Q脉冲YAG三波长激光诱导液相沉积Si基Ni-Pd-P纳米膜, 中国激光,1999,26(10),李爱昌、张国庆, P-Si上电沉积非晶Ni-W-P薄膜的耐蚀性研究, 功能材料，1999，30（01），82刘冰， 张国庆，陈静， 姚素薇，郭鹤桐，袁华堂，张允什, 具有析氢催化活性的纳米微晶Pd/Si电极的制备及表征, 化学物理学报，1998，11（04），312张国庆、李爱昌、刘冰, P-Si上电沉积Ni-W-P薄膜的结构与热稳定性, 应用化学，1998，15（3），35刘冰 张国庆 姚素薇 郭鹤桐 龚正烈 , P型Si上Ni-Pd薄膜的电沉积及界面硅化物的研究, 电镀与精饰，1998，02张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 半导体硅上电沉积及激光诱导电沉积镍薄膜, 天津大学学报，1998，31（1），29李爱昌、张国庆、张允什, 单晶Si上电沉积Ni-W-P非晶薄膜, 化工冶金，1997，18（4），308张国庆、游阳明、张允什, 单晶Si上电沉积Ni-P非晶薄膜的循环伏安研究, 南开大学学报，1997，30（03），5张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 单晶Si上电沉积Ni-P非晶薄膜及其表征, 化工冶金，1997，18（2），176张国庆、刘冰、姚素薇, P-Si/Ni-Pd薄膜的电化学制备及其表征, 应用化学，1997，14（2）张国庆、刘冰、姚素薇, Ni-Pd/Si界面常温扩散及硅化物形成的XPS证据, 物理化学学报，1997，13（2），164张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 半导体硅上激光诱导选择性电沉积铜, 应用化学，1997，14（1），33游阳明、张国庆, 简析SU（3）群在量子物理中的应用, 现代物理知识，（1996），122郭永、张国庆、姚素薇、郭鹤桐, P-Si上电沉积镍磷非晶薄膜催化剂, 物理化学学报，1996，12（5），436郭永、张国庆、姚素薇、郭鹤桐, P-Si上电沉积Ni - W合金薄膜研究, 应用化学，1996，13（2），12张国庆、姚素薇, 铜、镍在P-Si上的激光辅助电沉积, 河北师范学院学报（自然科学版），1995，270姚素薇、张国庆、郭鹤桐, 铜在P-Si上激光诱导电沉积过程的研究, 物理化学学报，1995，11（8），730郭鹤桐、张国庆、姚素薇, P-Si上激光诱导选择性电沉积铜, 第六届全国电子电镀年会论文集，北京，1995，P40郭鹤桐、张国庆、姚素薇, 激光辅助半导体表面精饰实验控制及数据采集系统, 第六届全国电子电镀年会论文集，北京，1995，P160游阳明、张国庆, 电沉积制备纳米薄膜材料, 电镀与精饰，1995，17（4），20姚素薇、张国庆、郭鹤桐, 镍阳极氧化膜形成和破坏过程的光电化学响应, 中国腐蚀与防护学报，1995，15（3），217张国庆、郭鹤桐, 金属在半导体上的激光电化学沉积, 电镀与精饰，1994，16（4），13张国庆、童汝亭、金世勋, 采用光电流谱技术现场监测镍阳极氧化膜的形成和生长, 93中国天津电镀与精饰学术研讨会论文集，天津，1993，P46周国定、张国庆、蔡生民, 镍电极在硼砂硼酸缓冲溶液中的钝化和点蚀, 物理化学学报，1992，8（3），418
光催化研究论文
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催化剂定义：又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到，催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型，它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）。例如：如果反应物是气体，那么催化剂也会是一种气体。笑气（一氧化二氮）是一种惰性气体，被用来作为麻醉剂。然而，当它与氯气和日光发生反应时，就会分解成氮气和氧气。这时，氯气就是一种均相催化剂，它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如：在生产人造黄油时，通过固态镍（催化剂），能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂，被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气）。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中（例如：固态催化剂在液态混合反应），而均相催化剂则是呈现在同一相的反应（例如：液态催化剂在液态混合反应）。一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面，反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率，而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时，叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时，叫做多相催化作用。人们利用催化剂，可以提高化学反应的速度，这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应，或者某一类化学反应，而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后，它们都能够从反应物中被分离出来。不过，它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗，然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂，叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂，叫做负催化剂。例如，酯和多糖的水解，常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫，常用五氧化二钒作正催化剂，这种催化剂是固体，反应物为气体，形成多相的催化作用，因此，五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入～没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。
如下：
【摘要】：综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展，重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用，其中，负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。
【关键词】：环己烷氧化，环己酮，催化剂的认识。
环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂，广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前，工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法，环己烷氧化法的应用最为普遍，占90%以上。
由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化，为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性，工业上环己烷氧化转化率通常控制在，氧化选择性为90%左右。
但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前，环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点，近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。
本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。
光催化剂论文及文献
负载在g‑C3N4纳米片的PtCo合金和周围Co单原子的协同作用促进整体水分解
研究背景
太阳能驱动的全分解水可大规模生产氢气和氧气，是满足清洁能源需求和解决化石燃料危机的理想策略。然而，在不消除牺牲试剂或不需要施加外部偏压的情况下，水分解需要协同活性位点，以连接空间分离的析氢和析氧反应。具有最高原子利用效率的原子分散催化剂已成为催化领域的前沿。然而，单组分单原子催化剂在整个光催化水分解反应（OWS）中的应用却鲜有报道。
内容简介
基于此，近日华东师范大学姚叶锋和王雪璐团队设计了一种双组分协同光催化剂，其包含单原子Co（CoSAs）中心和PtCo合金纳米颗粒（Nps）的分散体负载在C3N4纳米片上。CoSAs中心是析氢反应（HER）的高活性位点，PtCo合金是析氧反应（OER）的高活性位点。当两个不同的反应中心结合时，它们之间会产生协同效应，这表明CoSAs中心和PtCo合金Nps之间可能存在质子或羟基溢出现象。CoSAs中心和PtCo合金的协同促进了OWS反应实现最大原子利用率和最佳双功能活性之间的协同。这种结合为开发OWS原子分散催化剂提供了一个很有前景的模型。相关论文以” Synergistic Promotionof Single-Atom Co Surrounding a PtCo Alloy Based On a g‑C3N4 Nanosheet for Overall Water Splitting”发表在ACS Catal.
本文亮点
1. 设计了一种新型的双组分协同光催化剂CoSAs/PtCo@CNN，由负载在纳米片g-C3N4上的CoSAs和PtCo合金纳米颗粒组成。该催化剂有效地促进了光催化整体水分解反应。
2. 纳米片C3N4具有大的比表面积和高的孔容，为CoSAs的形成提供了丰富的N配位。CoSAs和PtCo合金的协同活性在最大原子利用率和析氢析氧双功能反应性之间架起了一座桥梁。
3. CoSAs/PtCo@CNN在可见光照射下，三乙醇胺（TEOA）存在下，催化剂在整个水裂解反应中的产氢活性高达μmol/h·g，产氢活性为 mmol/h·g。
4. 这项研究不仅为构建协同合金位点开发高效的单原子光催化剂提供了一种有希望的策略，而且还提供了对结构的深入了解 通过光催化过程进行的整体水分解反应的活性关系。
图文解析
TEM,FT-IR
CN样品由膨胀和连续结构中的大波浪层组成。负载金属后，金属颗粒聚集在大块CN的表面或次表面。经过两步煅烧后，所得CNN样品转变为薄、松散、柔软的丝状纳米片结构。煅烧方法导致了CN层的卷曲，使金属颗粒更均匀、更稳定地负载在表面上。红外光谱结果表明CNN样品的C-NH-C键的振动明显强于CN样品中的振动，表明CNN具有高浓度的-NH-缺陷位点，可能会增强水分子的光催化活性。
NMR
在D2O 处理（表示为 CNN-D）之前和之后获得的 CNN 样品的1D 1H MAS 核磁结果表明当 CNN 样品中残留水通过 D2O 处理被氘化时，CNN-D 的 Hw 信号显著减弱。这表明CNN样品具有易于吸附和解吸水分子的双重优势。相反，在 D2O 处理后，普通 CN 样品的Hw 信号强度或其位置没有显著变化，表明由于氢交换没有明显的结构变化。氘交换后, CNN-D 样品的 CN3, Ha 峰的相关性显著降低, 表明边缘氨基(Ha) 和 d 氘化水之间存在强烈的质子交换。相比之下, CN-中的质子交换的证据Ha和氘化水之间的D样品几乎没有氘处理前后的变化。
XANES,HAADF-STEM
为了进一步了解铂和钴金属的配位化学，测试了CoSA/PtCo@CNN催化剂的X射线吸收近边缘结构（XANES）光谱。在CoSAs中形成Co（II）Nx配位中心外，合金中的Co4s和4p轨道还通过与Pt电子结合发生杂化。EXAFS分析表明PtxCo合金和N-Co（II）连接性结构形成。Pt L3边缘的EXAFS光谱中电子的径向分布发生了Å的偏移，表明Pt Co键的形成。Co 原子分散在单金属位点，中心 Co 原子由四个 N 原子配位稳定。少量的 CoSA可以通过长距离的 Co-N-C 协调。像差校正的HAADF-STEM结果表明分离出单个纳米颗粒具有 nm 间距的晶面（Pt3Co 平面）并被许多孤立的金属原子包围。结合 XANES 分析，纳米粒子（NPs）和孤立的金属原子分别为PtxCo 合金和单个 Co 原子。CoSAs/PtCo@CNN 催化剂的组成为大多数 Pt 原子参与形成随机分布的PtCo 合金。额外的Co原子不均匀地分散在 PtCo 合金簇。很少量的Co单原子远离单纳米粒子。所有这些形式共同构成CoSAs/PtCo结构体。
EPR,UV-vis
CoSAs/PtCo@CNN 催化剂用于在紫外-可见光照射下在整个水分解反应中生成产物，而无需使用任何电子牺牲剂，通过原位 EPR 光谱观察到悬浮液中•OH（羟基自由基）的特征信号。这种强烈的•OH 信号表明该途径涉及水的单电子氧化以产生•OH。在 CoSAs@CNN 上仍然没有检测到 •OH 信号，CoSAs/PtCo@CNN表现出高活性产氢气（高达 μmol/h·g）和 μmol/h g的活性用于整个水分解反应中的 O2。在整个水分解反应中观察到 H2O2 产物。催化剂使用3次后，PtCo合金上的Co0保持稳定的结构。在单组分催化剂 CoSAs@CNN 或 PtCo@CNN 上没有检测到可测量的 H2 或 O2 物种，这表明单原子 Co 和纳米片CNN 上负载的 PtCo 合金复合材料之间存在协同。
DFT
理论计算给出了CoSAs/PtCo@CNN对 HER 的反应途径。第二步（OH* O*）为 OER 过程的决速步。对于合金表面的 Pt 位点、合金表面的 Co 位点和 CoSAs 位点，此步骤的 ΔGO* 值分别为 、和 eV。对于 PtCo 合金表面的 Co 位点，每个基元步骤都是吸热的，其决速步基本上可用于完成 OER 半电池反应。如上所述，这种协同作用是通过 CoSAs配位的 N 原子产生的，N原子充当 HER 半反应的高活性位点。同时，由纳米片 C3N4负载的 PtCo 合金纳米颗粒是OER 的高活性位点。
该研究主要计算及测试方法
做同步辐射 找易科研
做球差电镜 找易科研
做计算 找易科研
第一作者：Zhong-Hua Xue
通讯作者：张华彬教授、楼雄文教授
通讯单位：阿卜杜拉国王 科技 大学、南洋理工大学
DOI:
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人工光催化能源转化是通过直接收集太阳能以解决能源危机和环境问题的一种非常有趣的策略，其中开发高效的光催化剂是推动光催化反应走向实际应用的中心任务。近年来，单原子催化剂(SACs)因其最大的原子利用率和优异的催化活性，而成为一种极具前景的光催化剂候选材料。在本文中，作者综述了面向光催化能源转化系统的SACs研究最新进展及当前面临的挑战，并系统性地探讨了单原子光催化过程中电荷分离/传输和分子吸附/活化的基本原理。作者不仅概述了单原子活性位点如何促进光生电子-空穴的传输并促进高效光活化循环的构建，而且全面介绍了SACs在各种光催化领域中的广泛应用。通过综述上述进展，并利用与SACs光催化整体发展相关的潜在解决方案以应对未来的一些挑战，从而为将来的SACs光催化能源转化研究提供一些启示。
背景介绍
对于无限且可自由获取的太阳能利用，人工光催化能源转化提供了一种很有希望的战略，即通过减少温室气体排放以克服全球能源危机和应对日益不稳定的气候变化。例如，光催化分解水是实现可持续清洁H2燃料生产的一种技术简单且具有成本竞争力的途径，而光催化CO2还原则是一种可部署且极具吸引力的战略，其将惰性的CO2转化为高附加值化学品并最终关闭碳循环。然而，传统的光催化系统在很大程度上依赖于催化剂的能带结构和表面结构，并由于电子-空穴对的分离缓慢和表面活性中心有限等问题，使其性能仍远不能令人满意。尽管已经付出巨大努力，但迄今为止多相光催化剂仍存在许多不足之处，如电荷载流子复合速度快、分子活化效率低等，从而显著抑制从催化剂表面到反应物物种的电荷传输与分子的进一步转化。
基于上述情况，SACs成为设计和开发经济高效的光催化剂和助催化剂的新选择及理念。有利的是，单原子光催化系统中孤立的反应位点不仅可以为光催化反应创建更多的活性中心，而且还可以拓宽光吸收范围以提高电荷分离/传输效率。所构建出的单原子光催化剂的构型具有高度可调控性，从而提供足够的光阱和表面结构精细修饰以吸附和活化分子。此外，单原子光催化剂的结构简单性可以使科研人员能够得出更精确的结构-性能相关性，从而更好地理解光催化的基本机理，并促进目标光催化剂的合理设计。尽管SACs在光催化系统中的应用研究仍处于起步阶段，但上述这些优势足以使其成为促进光催化反应的候选材料。为了推动这一新兴但发展迅速的领域，及时对单原子光催化应用的最新进展进行综述将不仅有助于揭示其主要工作机理，而且有助于启发未来的研究方向。据作者所知，尽管此前的文献中有一些非常优秀的综述重点介绍SACs的背景和合成策略，以及它们在光催化方面的独特优势；然而，这些综述并没有涵盖与单原子光催化中能带工程和能量转移路线高度相关的基本原理。
图1 . SACs用于光催化能源转化示意图。
在该综述中，作者重点从文献中提炼出单原子光催化的关键原理，以全面了解其工作机理，从而促进更高效单原子光催化剂的合理设计与制备。作者首先简要介绍了SACs光催化应用的成就和特点，随后对单原子光催化剂的合成策略及相关结构表征方法进行概述。更重要的是，作者通过举例说明了单原子金属位点加速表面电荷分离/传输的机理以及单原子光催化中分子的吸附和活化。此外，作者还介绍了SACs在众所周知的新兴光催化领域中的应用以及最新进展。最后，作者对SACs在光催化能源转化方面的未来发展方向提出了一些挑战与展望，有望为光催化中SACs的理解和工程提供一些新见解，并进一步加速这一重要新兴研究领域的发展。
图文解析
图2 . 从Webof Science中分析出单原子光催化的文献总结 ：(a)通过搜索单原子光催化关键词获得的文献数量和引用数量(截止于2021-12-12)；(b)近年来不同单原子光催化体系的百分比分布。
图3 . 单原子光催化的发展成就和特性表征时间线。
图4 . 单原子光催化剂的合成策略。
图5 . 孤立金属位点能带调控。
总结与展望
综上所述，本文详细地总结了SACs的主要原理及其在光催化领域的广泛应用。毫无疑问，单原子光催化剂因其可以加速电荷分离/传输效率和增强分子吸附/活化能力，是构建高效光催化系统的优秀候选材料。除了此前已获得的杰出成就外，单原子光催化剂的 探索 和实际应用还面临着许多挑战，包括如何实现孤立反应位点的长期稳定性和高负载等。为了克服当前的挑战，作者提出以下十点未来的研究方向和解决方案：
1. 单原子催化剂相对较低的稳定性，是其在光催化领域中应用的一个明显缺点。由于反应中间体或副产物与孤立金属位点的强键合而产生的毒化效应，可能使单原子光催化剂失活。此外，光生电子诱导的单原子反应位点向零价态金属原子的转化，也可能导致孤立金属位点的聚集形成团簇或纳米颗粒。在理想条件下，增强金属-载体相互作用和优化光催化反应，可能在一定程度上能够防止反应过程中孤立金属位点的团聚。
2. 尽管单原子光催化剂的能量转换效率在平均反应位点方面具有显著优势，但由于不饱和活性位点的密度较低，其整体性能仍远不能令人满意。因此，应进一步修饰半导体载体的表面结构以增强相互作用，可以增加单原子的负载量。此外，在基底中引入足够多的锚定位点(例如N、P和S)或特定官能团(例如吡啶和-NH2)也可用于提供丰富的结合位点以稳定单原子。
3. 精确控制反应位点的配位几何结构和单原子的数量，对于调节单原子光催化剂的活性和选择性至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。在合成过程中需要精确控制孤立反应位点和半导体载体之间的相互作用，以构建所需构型。通过基于结构-性能关系的理论预测，也可以提供一种可行的策略。此外，在实践中非常需要提高表征策略的准确性以准确分析单原子光催化剂的配位构型。
4. 探究两个相邻单体之间的协同作用，对于控制催化性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。因此，双原子或多金属单原子光催化剂的可控合成是非常必要的。由于双原子或多金属单原子光催化剂中相邻反应位点之间的协同效应，反应物的反应路径可能会大大改变，从而导致反应势垒显著降低，催化性能得到显著提高。
5. 自然界中的光催化和酶催化系统为从太阳能到化学能的转化提供了一个精妙的蓝图，其在环境条件下通常表现出卓越的活性和选择性。通过模仿自然光合反应中酶催化等活性位点的结构，可以实现更高水平SACs的仿生设计，以进一步提高SACs的整体光催化能源转化性能。将末端功能配体或孤立金属位点周围的附加活性位点进行集成，可能是开发仿生单原子光催化剂的可行策略。
6. 大量单原子光催化剂是基于含缺陷的半导体材料所开发，其中含有丰富配位金属原子的表面结合位点，从而实现增强的电荷分离/传输。然而，高浓度的缺陷可能会恶化半导体材料的结晶度，从而增加单原子光催化剂体相或表面上电子-空穴对的大量复合。因此，作者建议仔细调控单原子光催化剂中半导体载体的结构(如结晶度、缺陷)，并进一步确定其对整个反应过程的贡献。
7. 对单金属位点诱导的单原子光催化剂中电荷分离/传输过程的完整理解目前仍然具有挑战性。为此，将超快瞬态吸收光谱与电化学或显微镜技术相结合，是研究光催化反应中能量转移和捕获过程的有力手段。开发实时超快瞬态吸收技术来跟踪光催化中光生载流子的动力学，将进一步加深对电子泵模型和孤立金属位点诱导电子陷阱态的理解。
8. 追踪光催化反应过程中活性位点的结构演化，不仅可以深入了解单原子的光活化过程，还可以为合理设计高效的光催化剂提供指导。然而，目前相关的实验证据仍然非常有限，通常无法理解光催化系统中SACs的分子吸附/活化机制。利用原位或operando研究结合各种技术如拉曼光谱、XAS和XPS，可能是检测反应过程中孤立金属位点化学状态和配位环境动态演化的极好方法。
9. 将理论计算与实验结果相结合，已成为研究催化剂电子结构和光催化过程中分子吸附/活化的有力手段，其可以揭示出单原子光催化在原子尺度上的工作机理。然而，光催化反应过程中活性中心动态演化的理论模型，在实现对单原子光活化循环的合理认识方面相当有限。结合不同的模拟方法，可为 探索 单原子光催化剂在反应过程中的演化和揭示光催化活化机理提供合理途径。
10. 作为人工智能最有力的组成部分之一，基于计算机算法的机器学习可通过数据挖掘实现了快速可靠的预测，其在 探索 高效催化剂方面也显示出巨大潜力。因此， 探索 合适的机器学习方法并结合理论计算数据来预测单原子光催化剂的催化性能，并找出目标反应的理想构型是非常必要的。机器学习的实施还将为光催化反应构建结构-性能关系，从而提高对单原子光催化的理解，并促进具有高度应用潜力的高效单原子光催化剂合理开发。
文献来源
Zhong-Hua Xue, Deyan Luan, Huabin Zhang, Xiong Wen (David) Lou. Single-atom catalysts for photocatalytic energy conversion. Joule. 2022. DOI:.
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光伏发电技术及应用毕业论文
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