二氧化鈦離子液體復(fù)合光催化劑催化二氧化碳生成CO
在過(guò)去的十年中，研究人員在開(kāi)發(fā)高效的催化反應(yīng)中，將二氧化碳(CO2)光還原為CO和碳?xì)浠衔锸艿饺藗儚V泛關(guān)注。然而，所使用的光催化劑在CO2活化、氫氣釋放等副反應(yīng)以及電子空穴對(duì)的高速率重組等方面依然存在問(wèn)題。在目前的CO2光還原方法中，可通過(guò)設(shè)計(jì)新的光催化劑來(lái)增加可見(jiàn)光吸收并抑制電子空穴重組，或抑制反應(yīng)中高能中間物種的形成。因此，人們?cè)诜e極尋找具有提高半導(dǎo)體特性和活化CO2的高效光催化劑。二氧化鈦(TiO2)作為一種光催化劑，在太陽(yáng)能燃料的生產(chǎn)中得到了廣泛的研究，摻雜其它物質(zhì)以及提高反應(yīng)介質(zhì)的pH值可以增強(qiáng)TiO2的光催化性能。 與此同時(shí)，咪唑類離子液體(ILs)可以活化CO2，因此可能成為CO2的光還原材料。將ILs與半導(dǎo)體相結(jié)合是改善半導(dǎo)體物理化學(xué)性質(zhì)的一種很有前途的策略。IL可以通過(guò)形成固態(tài)的半導(dǎo)體-液體結(jié)構(gòu)來(lái)改善電荷分離并調(diào)節(jié)電子/空穴比，從而為光催化氧化還原過(guò)程提供驅(qū)動(dòng)力。 基于此巴西南大河州聯(lián)邦大學(xué)的Jairton Dupont和諾丁漢大學(xué)的?Jesum Alves Fernandes等人制備了ILs與TiO2相結(jié)合的光催化劑，用于光催化還原CO2為CO。 在不摻雜TiO2的情況下，[BMIm][NTf2]和[BMIm]Cl中沒(méi)有CO產(chǎn)生，而[BMIm][Im]可以將CO2光還原為CO，同時(shí)選擇性高于99％，這也表明陰離子對(duì)CO2光還原有顯著影響。與此同時(shí)在用吡咯烷和季磷陽(yáng)離子取代咪唑陽(yáng)離子時(shí)，也會(huì)光催化產(chǎn)生CO。 通過(guò)將TiO2與不同的ILs簡(jiǎn)單混合即可制備TiO2@IL光催化劑，BET分析表明，TiO2在被IL浸漬后其比表面積和孔容均降低，這說(shuō)明ILs在TiO2晶粒間均勻分布，并填充了TiO2晶粒間的孔隙。與純的TiO2相比，TiO2@IL的UV/Vis出現(xiàn)了紅移(≈0.2eV)，這與關(guān)于TiO2@IL相互作用的理論計(jì)算相符。MS圖中出現(xiàn)正斜率表明其具有n型性質(zhì)，但TiO2@[BMI][Im]的斜率小于純TiO2，表明TiO2@[BMI][Im]中供體密度增加，這與循環(huán)伏安圖中氧化還原峰相印證。電化學(xué)、XPS和UV/Vis分析表明，由于IL的浸漬，TiO2表面價(jià)帶位置發(fā)生了轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生了帶間態(tài)。 單純TiO2的催化活性很低，只產(chǎn)生極少量的CO。而TiO2@[BMIm][Im]光催化劑的光催化能力為228±48 μmol g-1?h-1，選擇性為99％，與純TiO2相比提高了約150倍，是其純IL的8倍。此外，TiO2@[BMIm][Im]的表觀量子效率為10.9%，并且經(jīng)過(guò)3次12 h的循環(huán)測(cè)試后顯示出較高的穩(wěn)定性。通過(guò)TiO2的電荷轉(zhuǎn)移可以形成咪唑自由基，之后咪唑自由基將其電荷轉(zhuǎn)移到CO2上，然后咪唑再生，CO2與質(zhì)子電子相結(jié)合生成甲酸類物質(zhì)，甲酸類物質(zhì)分解生成CO和水。 綜上所述，研究人員將ILs與TiO2相結(jié)合，制備了新型的光催化劑，可用于光催化還原CO2為CO。
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綜述
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焦點(diǎn)事件
