偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

郭丽梅 匡元江 杨晓丹 于彦龙 姚江宏 曹亚安

引用本文: 郭丽梅, 匡元江, 杨晓丹, 于彦龙, 姚江宏, 曹亚安. 偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4[J]. 物理化学学报, 2013, 29(02): 397-402. doi: 10.3866/PKU.WHXB201211161 shu
Citation:  GUO Li-Mei, KUANG Yuan-Jiang, YANG Xiao-Dan, YU Yan-Long, YAO Jiang-Hong, CAO Ya-An. Photocatalytic Reduction of CO2 into CH4 Using SrB2O4 Catalyst[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(02): 397-402. doi: 10.3866/PKU.WHXB201211161 shu

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51072082, 21173121)资助项目 (51072082, 21173121)

摘要:

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB2O4)光催化剂. 紫外光催化还原CO2合成CH4(在液相水中)的实验证明: SrB2O4催化剂的光催化活性略高于TiO2(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB2O4 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB2O4 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H2O/H+)的氧化还原电位Eredoxo (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO2/CH4)的氧化还原电位Eredoxo (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB2O4催化剂可以有效地光催化还原CO2生成CH4. 与TiO2(P25)相比, SrB2O4催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO2(P25), 更有利于CH4的生成, 从而决定了SrB2O4催化剂光催化还原CO2合成CH4具有较高的光催化活性.

English

    1. [1]

      (1) Lo, C. C.; Hung, C. H.; Yuan, C. S.;Wu, J. F. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 1765. doi: 10.1016/j.solmat.2007.06.003

      (1) Lo, C. C.; Hung, C. H.; Yuan, C. S.;Wu, J. F. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 1765. doi: 10.1016/j.solmat.2007.06.003

    2. [2]

      (2) Dimitrijevic, N. M.; Vijayan, B. K.; Poluektov, O. G.; Rajh, T.;Gray, K. A.; He, H; Zapol, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,3964. doi: 10.1021/ja108791u(2) Dimitrijevic, N. M.; Vijayan, B. K.; Poluektov, O. G.; Rajh, T.;Gray, K. A.; He, H; Zapol, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,3964. doi: 10.1021/ja108791u

    3. [3]

      (3) Tseng, I. H.; Chang,W. C.;Wu, J. Appl. Catal. B: Environ.2002, 37, 37. doi: 10.1016/S0926-3373(01)00322-8(3) Tseng, I. H.; Chang,W. C.;Wu, J. Appl. Catal. B: Environ.2002, 37, 37. doi: 10.1016/S0926-3373(01)00322-8

    4. [4]

      (4) Xia, X. H.; Jia, Z. J.; Yu, Y.; Liang, Y.;Wang, Z.; Ma, L. L.Carbon 2007, 45, 717. doi: 10.1016/j.carbon.2006.11.028(4) Xia, X. H.; Jia, Z. J.; Yu, Y.; Liang, Y.;Wang, Z.; Ma, L. L.Carbon 2007, 45, 717. doi: 10.1016/j.carbon.2006.11.028

    5. [5]

      (5) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A.Nano Lett. 2009, 9, 731. doi: 10.1021/nl803258p(5) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A.Nano Lett. 2009, 9, 731. doi: 10.1021/nl803258p

    6. [6]

      (6) Ikeue, K.; Yamashita, H.; Anpo, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105,8350. doi: 10.1021/jp010885g(6) Ikeue, K.; Yamashita, H.; Anpo, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105,8350. doi: 10.1021/jp010885g

    7. [7]

      (7) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p(7) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p

    8. [8]

      (8) Tan, S. S.; Zou, L. D.; Hu, E. Catal. Today 2006, 115, 269. doi: 10.1016/j.cattod.2006.02.057(8) Tan, S. S.; Zou, L. D.; Hu, E. Catal. Today 2006, 115, 269. doi: 10.1016/j.cattod.2006.02.057

    9. [9]

      (9) Tan, S. S.; Zou, L. D.; Hu, E. Catal. Today 2008, 131, 125. doi: 10.1016/j.cattod.2007.10.011(9) Tan, S. S.; Zou, L. D.; Hu, E. Catal. Today 2008, 131, 125. doi: 10.1016/j.cattod.2007.10.011

    10. [10]

      (10) Wang, C.; Thompson, R. L.; Baltrus, J.; Matranga, C. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 48. doi: 10.1021/jz9000032(10) Wang, C.; Thompson, R. L.; Baltrus, J.; Matranga, C. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 48. doi: 10.1021/jz9000032

    11. [11]

      (11) Pan, P.W.; Chen, Y.W. Catal. Commun. 2007, 8, 1546. doi: 10.1016/j.catcom.2007.01.006(11) Pan, P.W.; Chen, Y.W. Catal. Commun. 2007, 8, 1546. doi: 10.1016/j.catcom.2007.01.006

    12. [12]

      (12) Liu, Q.; Zhou, Y.; Kou, J. H.; Chen, X. Y.; Tian, Z. P.; Gao, J.;Yan, S. C.; Zou, Z. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14385. doi: 10.1021/ja1068596(12) Liu, Q.; Zhou, Y.; Kou, J. H.; Chen, X. Y.; Tian, Z. P.; Gao, J.;Yan, S. C.; Zou, Z. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14385. doi: 10.1021/ja1068596

    13. [13]

      (13) Yan, S. C.; Ouyang, S. X.; Gao, J.; Yang, M.; Feng, J. Y.; Fan,X. X.;Wan, L. J.; Li, Z. S.; Ye, J. H.; Zhou, Y.; Zou, Z. G.Angew. Chem. 2010, 122, 6544. doi: 10.1002/ange.201003270(13) Yan, S. C.; Ouyang, S. X.; Gao, J.; Yang, M.; Feng, J. Y.; Fan,X. X.;Wan, L. J.; Li, Z. S.; Ye, J. H.; Zhou, Y.; Zou, Z. G.Angew. Chem. 2010, 122, 6544. doi: 10.1002/ange.201003270

    14. [14]

      (14) Fu, Y. H.; Sun, D. R.; Chen, Y. J.; Huang, R. K.; Ding, Z. X.;Fu, X. Z.; Li, Z. H. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 124, 3420.(14) Fu, Y. H.; Sun, D. R.; Chen, Y. J.; Huang, R. K.; Ding, Z. X.;Fu, X. Z.; Li, Z. H. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 124, 3420.

    15. [15]

      (15) Fujimoto, Y.; Yanagida, T.; Yokota, Y.; Kawaguchi, N.; Fukuda,K.; Totsuka, D.;Watanab, K.; Yamazaki, A.; Yoshikawa, A. Opt. Mater. 2011, 34, 444. doi: 10.1016/j.optmat.2011.04.016(15) Fujimoto, Y.; Yanagida, T.; Yokota, Y.; Kawaguchi, N.; Fukuda,K.; Totsuka, D.;Watanab, K.; Yamazaki, A.; Yoshikawa, A. Opt. Mater. 2011, 34, 444. doi: 10.1016/j.optmat.2011.04.016

    16. [16]

      (16) Li, R.; Bao, L. H.; Li, X. D. CrystEngComm 2011, 13, 5858.doi: 10.1039/c1ce05537b(16) Li, R.; Bao, L. H.; Li, X. D. CrystEngComm 2011, 13, 5858.doi: 10.1039/c1ce05537b

    17. [17]

      (17) Yang, H. G.; Liu, G.; Qiao, S. Z.; Sun, C. H.; Jin, Y. G.; Smith,S. C.; Zou, J.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 12868. doi: 10.1021/ja903463q(17) Yang, H. G.; Liu, G.; Qiao, S. Z.; Sun, C. H.; Jin, Y. G.; Smith,S. C.; Zou, J.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 12868. doi: 10.1021/ja903463q

    18. [18]

      (18) Xu, J. H.; Dai,W. L.; Li, J. X.; Cao, Y.; Li, H. X.; He, H. Y.;Fan, K. N. Catal. Commun. 2008, 9, 146. doi: 10.1016/j.catcom.2007.05.043(18) Xu, J. H.; Dai,W. L.; Li, J. X.; Cao, Y.; Li, H. X.; He, H. Y.;Fan, K. N. Catal. Commun. 2008, 9, 146. doi: 10.1016/j.catcom.2007.05.043

    19. [19]

      (19) Li, R.; Tao, X. Y.; Li, X. D. J. Mater. Chem. 2009, 19, 983. doi: 10.1039/b816518a(19) Li, R.; Tao, X. Y.; Li, X. D. J. Mater. Chem. 2009, 19, 983. doi: 10.1039/b816518a

    20. [20]

      (20) Cao, Y. Q.; He, T.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A. J. Phys. Chem. C2010, 114, 3627. doi: 10.1021/jp100786x(20) Cao, Y. Q.; He, T.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A. J. Phys. Chem. C2010, 114, 3627. doi: 10.1021/jp100786x

    21. [21]

      (21) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p(21) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2596. doi: 10.1021/cm049099p

    22. [22]

      (22) Serpone, N.; Lawless, D. Khairutdinov, R. J. Phys. Chem. 1995,99, 16655. doi: 10.1021/j100045a027(22) Serpone, N.; Lawless, D. Khairutdinov, R. J. Phys. Chem. 1995,99, 16655. doi: 10.1021/j100045a027

    23. [23]

      (23) Yu, J. C.; Ho,W.; Yu, J.; Hark, S. K.; Lu, K. Langmuir 2003, 19,3889. doi: 10.1021/la025775v(23) Yu, J. C.; Ho,W.; Yu, J.; Hark, S. K.; Lu, K. Langmuir 2003, 19,3889. doi: 10.1021/la025775v

    24. [24]

      (24) Saraf, L. V.; Patil, S. I.; Ogale, S. B. Int. J. Mod. Phys. B 1998,12, 2635. doi: 10.1142/S0217979298001538(24) Saraf, L. V.; Patil, S. I.; Ogale, S. B. Int. J. Mod. Phys. B 1998,12, 2635. doi: 10.1142/S0217979298001538

    25. [25]

      (25) Yuan, J. X.;Wu, Q.; Zhang, P.; Yao, J. H.; He, T.; Cao, Y. A.Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 2330. doi: 10.1021/es203333k(25) Yuan, J. X.;Wu, Q.; Zhang, P.; Yao, J. H.; He, T.; Cao, Y. A.Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 2330. doi: 10.1021/es203333k

    26. [26]

      (26) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2588. doi: 10.1021/cm049100k(26) Li, D.; Haneda, H.; Hishita, S.; Ohashi, N. Chem. Mater. 2005,17, 2588. doi: 10.1021/cm049100k

    27. [27]

      (27) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A.Nano Lett. 2009, 9, 731. doi: 10.1021/nl803258p(27) Varghese, O. K.; Paulose, M.; LaTempa, T. J.; Grimes, C. A.Nano Lett. 2009, 9, 731. doi: 10.1021/nl803258p

    28. [28]

      (28) Izumi, Y. Coord. Chem. Rev. 2012, 10, 1016.(28) Izumi, Y. Coord. Chem. Rev. 2012, 10, 1016.

    29. [29]

      (29) Dimitrijevic, N. M.; Vijayan, B. K.; Poluektov, O. G.; Rajh, T.;Gray, K. A.; He, H. Y.; Zapol, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,3964. doi: 10.1021/ja108791u

      (29) Dimitrijevic, N. M.; Vijayan, B. K.; Poluektov, O. G.; Rajh, T.;Gray, K. A.; He, H. Y.; Zapol, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,3964. doi: 10.1021/ja108791u

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1041
  • 文章访问数:  2063
  • HTML全文浏览量:  56
文章相关
  • 发布日期:  2013-01-14
  • 收稿日期:  2012-09-28
  • 网络出版日期:  2012-11-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章