具有高传质和亲和表面的NH2-UIO-66基疏水多孔液体用于增强CO2光还原

徐阳锐 任叶炜 刘馨琳 李宏平 逯子扬

引用本文: 徐阳锐, 任叶炜, 刘馨琳, 李宏平, 逯子扬. 具有高传质和亲和表面的NH2-UIO-66基疏水多孔液体用于增强CO2光还原[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240303. doi: 10.3866/PKU.WHXB202403032 shu
Citation:  Yangrui Xu, Yewei Ren, Xinlin Liu, Hongping Li, Ziyang Lu. NH2-UIO-66 Based Hydrophobic Porous Liquid with High Mass Transfer and Affinity Surface for Enhancing CO2 Photoreduction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240303. doi: 10.3866/PKU.WHXB202403032 shu

具有高传质和亲和表面的NH2-UIO-66基疏水多孔液体用于增强CO2光还原

    通讯作者: 刘馨琳, liuxl@ujs.edu.cn; 逯子扬, luziyang126@126.com
  • 基金项目:

     22278190

     CQ2022009

     20230022

     2023

     JG-03-11

     KY-C-12

摘要: 增加光催化剂表面的CO2浓度有助于提高光催化还原CO2的反应动力学速率。然而,CO2在水相中的低溶解度和较差的传质严重阻碍了CO2在活性位点的吸附和转化。在本工作中,将疏水性液体端长链(PDMS)嫁接到金属有机骨架(NH2-UIO-66)的氨基位点上,合成了具有强疏水性的多孔液体光催化剂(NH2-UIO-66 PL)。研究发现,具有永久孔隙率的NH2-UIO-66 PL能够使大量CO2富集在多孔液体的空腔中,便于CO2的快速运输并扩散到光催化剂表面。通过嫁接疏水性PDMS形成具有高正电位的CO2亲和表面和活化还原反应的关键中间体,从而形成更强的电子富集Zr活性位点,增强整体的光还原CO2能力。NH2-UIO-66 PL的CO产率为24.70 μmol·g−1 h−1,CH4产率为7.93 μmol·g−1 h−1,分别是亲水性NH2-UIO-66的2.3倍和2.7倍。这项研究提供了一种新颖的疏水性多孔液体的设计,为高CO2吸附和还原提供了工业应用的可能性。

English

    1. [1]

      He, F.; Lu, Z.; Song, M.; Liu, X.; Tang, H.; Huo, P.; Fan, W.; Dong, H.; Wu, X.; Han, S. Chem. Eng. J. 2019, 360, 750. doi: 10.1016/j.cej.2018.12.034

    2. [2]

      Lu, Z.; Peng, J.; Song, M.; Liu, Y.; Liu, X.; Huo, P.; Dong, H.; Yuan, S.; Ma, Z.; Han, S. Chem. Eng. J. 2019, 360, 1262. doi: 10.1016/j.cej.2018.10.200

    3. [3]

      Sun, Y.; Wei, J.; Fu, Z.; Zhang, M.; Zhao, S.; Xu, G.; Li, C.; Zhang, J.; Zhou, T. Adv. Mater. 2023, 35, 2208625. doi: 10.1002/adma.202208625

    4. [4]

      Rong, Y.; Sang, J.; Che, L.; Gao, D.; Wang, G. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2212027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212027

    5. [5]

      Liu, Y.; Kou, Q.; Wang, D.; Chen, L.; Sun, Y.; Lu, Z.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Yang, J.; Xing, S.G. J. Mater. Sci. 2017, 52, 10163. doi: 10.1007/s10853-017-1200-9

    6. [6]

      Zhao, X.; Lu, Z.; Ji, R.; Zhang, M.; Yi, C.; Yan, Y. Catal. Commun. 2018, 112, 49. doi: 10.1016/j.catcom.2018.04.003

    7. [7]

      Yang, T.; Deng, P.; Wang, L.; Hu, J.; Liu, Q.; Tang, H. Chin. J. Struct. Chem. 2022, 41, 2206023. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2022-0062

    8. [8]

      Yu, X.; Gao, X.; Lu, Z.; Liu, X.; Huo, P.; Liu, X.; Wu, D.; Yan, Y. RSC Adv. 2013, 3, 14807. doi: 10.1039/C3RA00124E

    9. [9]

      Lu, Z.; He, M.; Yang, L.; Ma, Z.; Yang, L.; Wang, D.; Yan, Y.; Shi, W.; Liu, Y.; Hua, Z. RSC Adv. 2015, 5, 47820. doi: 10.1039/C5RA08795C

    10. [10]

      Shen, Y.; Xu, H.; Zheng, Y.; Wang, Y.; Zhang, L.; Zhang, Z.; Zhong, L.; He, Z. Surf. Interfaces 2023, 42, 103483. doi: 10.1016/j.surfin.2023.103483

    11. [11]

      Li, J.; Guo, J.; Zhang, J.; Sun, Z.; Gao, J. Surf. Interfaces 2022, 34, 102308. doi: 10.1016/j.surfin.2022.102308

    12. [12]

      Lu, Z.; Zhou, G.; Li, B.; Xu, Y.; Wang, P.; Yan, H.; Song, M.; Ma, C.; Han, S.; Liu, X. Appl. Catal. B 2022, 301, 120787. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120787

    13. [13]

      Xu, Y.; Zhu, X.; Yan, H.; Wang, P.; Song, M.; Ma, C.; Chen, Z.; Chu, J.; Liu, X.; Lu, Z. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1111. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63930-X

    14. [14]

      Lin, H.; Liu, Y.; Wang, Z.; Ling, L.; Huang, H.; Li, Q.; Cheng, L.; Li, Y.; Zhou, J.; Wu, K.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, doi: 10.1002/anie.202214142

    15. [15]

      Deng, X.; Wen, Z.; Li, X.; Macyk, W.; Yu, J.; Xu, F. Small 2024, 20, 2305410. doi: 10.1002/smll.202305410

    16. [16]

      Zhao, F.; Zhu, B.; Wang, L.; Yu, J. J. Colloid Interface Sci. 2024, 659, 486. doi: 10.1016/j.jcis.2023.12.173

    17. [17]

      Lu, Z.; Zhou, G.; Song, M.; Liu, X.; Tang, H.; Dong, H.; Huo, P.; Yan, F.; Du, P.; Xing, G. Appl. Catal. B 2020, 268, 118433. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118433

    18. [18]

      Lu, Z.; Zhou, G.; Song, M.; Wang, D.; Huo, P.; Fan, W.; Dong, H.; Tang, H.; Yanf, F.; Xing, G. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 13986. doi: 10.1039/C9TA01863H

    19. [19]

      Zhu, Z.; Xing, X.; Qi, Q.; Shen, W.; Wu, H.; Li, D.; Li, B.; Liang, J.; Tang, X.; Zhao, J. Chin. J. Struct. Chem. 2023, 42, 100194. doi: 10.1016/j.cjsc.2023.100194

    20. [20]

      Park, S. H.; Kim, T.; Kadam, A. N.; Bathula, C.; Ghfar, A. A.; Kim, H.; Lee, S. W. Surf. Interfaces 2022, 30, 101910. doi: 10.1016/j.surfin.2022.101910

    21. [21]

      He, Y.; Hu, P.; Zhang, J.; Liang, G.; Yu, J.; Xu, F. ACS Catal. 2024, 14, 1951. doi: 10.1021/acscatal.4c00026

    22. [22]

      Zhang, Y.; Xia, B.; Ran, J.; Davey, K.; Qiao, S.Z. Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1903879. doi: 10.1002/aenm.201903879

    23. [23]

      Dong, H.; Zhang, X.; Lu, Y.; Yang, Y.; Zhang, Y. P.; Tang, H. L.; Zhang, F. M.; Yang, Z. D.; Sun, X.; Feng, Y. Appl. Catal. B 2020, 276, 119173. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119173

    24. [24]

      Wang, Y.; Chen, E.; Tang, J. ACS Catal. 2022, 12, 7300. doi: 10.1021/acscatal.2c01012

    25. [25]

      Liu, Y.; Shen, D.; Zhang, Q.; Lin, Y.; Peng, F. Appl. Catal. B 2021, 283, 119630. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119630

    26. [26]

      Ren, Y.; Zhou, G.; Lu, Z. Chin. J. Struct. Chem. 2023, 42, 100045. doi: 10.1016/j.cjsc.2023.100045

    27. [27]

      Liu, C.; Liu, H.; Jimmy, C.Y.; Wu, L.; Li, Z. Chin. J. Catal. 2023, 55, 1. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64556-5

    28. [28]

      Lu, Z.; Yu, Z.; Dong, J.; Song, M.; Liu, Y.; Liu, X.; Ma, Z.; Su, H.; Yan, Y.; Huo, P. Chem. Eng. J. 2018, 337, 228. doi: 10.1016/j.cej.2017.12.115

    29. [29]

      Lu, Z.; Chen, F.; He, M.; Song, M.; Ma, Z.; Shi, W.; Yan, Y.; Lan, J.; Li, F. Xiao, P. Chem. Eng. J. 2014, 249, 15. doi: 10.1016/j.cej.2014.03.077

    30. [30]

      Suo, X.; Huang, Y.; Li, Z.; Pan, H.; Cui, X.; Xing, H. Sci. China Mater. 2022, 65, 1068. doi: 10.1007/s40843-021-1845-3

    31. [31]

      Wu, D.; Huo, P.; Lu, Z.; Gao, X.; Liu, X.; Shi, W.; Yan, Y. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 7008. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.03.154

    32. [32]

      Xing, W.; Ni, L.; Liu, X.; Luo, Y.; Lu, Z.; Yan, Y.; Huo, P. RSC Adv. 2013, 3, 26334. doi: 10.1039/C3RA44855J

    33. [33]

      Sun, R.; Hu, X.; Shu, C.; Zheng, L.; Wang, S.; Wang, X.; Tan, B. Chin. J. Catal. 2023, 55, 159. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64552-8

    34. [34]

      Rodrigues, A. P.; Santos, P. M.; Veiga, J. P.; Casimiro, M. H.; Ferreira, L. M. Materials 2023, 16, 489. doi: 10.3390/ma16020489

    35. [35]

      Volkov, D. S.; Rogova, O. B.; Proskurnin, M. A. Agronomy 2021, 11, 1822. doi: 10.3390/agronomy11091822

    36. [36]

      Cheng, Y.; Jin, J.; Yan, H.; Zhou, G.; Xu, Y.; Tang, L.; Liu, X.; Li, H.; Zhang, K.; Lu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2024, 63, e202400857. doi: 10.1002/ange.202400857

    37. [37]

      Kürkçüoğlu, G. S.; Kavlak, I.; Kınık, B.; Şahin, O. J. Mol. Struct. 2020, 1199, 126892. doi: 10.1016/j.molstruc.2019.126892

    38. [38]

      He, F.; Lu, Z.; Song, M.; Liu, X.; Tang, H.; Huo, P.; Fan, W.; Dong, H.; Wu, X.; Xing, G. Appl. Surf. Sci. 2019, 483, 453. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.03.311

    39. [39]

      Zhao, X.; Lu, Z.; Ma, W.; Zhang, M.; Ji, R.; Yi, C.; Yan, Y. Chem. Phys. Lett. 2018, 706, 440. doi: 10.1016/j.cplett.2018.05.056

    40. [40]

      Wu, L.; Liang, Q.; Zhao, J.; Zhu, J.; Jia, H.; Zhang, W.; Cai, P.; Luo, W. Chin. J. Catal. 2023, 55, 182. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64554-1

    41. [41]

      Zhou, G.; Xu, Y.; Wang, P.; Tang, L.; Cheng, Y.; Jin, J.; Ma, Z.; Liu, X.; Li, C.; Lu, Z. Chem. Eng. J. 2024, 486, 150163. doi: 10.1016/j.cej.2024.150163

    42. [42]

      Chen, R.; Xia, J.; Chen, Y.; Shi, H. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 39, 2209012. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012

    43. [43]

      Wang, A.; Chen, J.; Zhang, P.; Tang, S.; Feng, Z.; Yao, T.; Li, C. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2301023. doi: 10.3866/PKU.WHXB202301023

    44. [44]

      Cheng, Y.; Li, B.; Wei, B.; Wang, Y.; Xu, Y.; Zhou, G.; Tang, L.; Liu, X.; Jin, J.; Lu, Z. Surf. Interfaces 2023, 41, 103303. doi: 10.1016/j.surfin.2023.103303

    45. [45]

      Lu, Z.; He, F.; Hsieh, C. Y.; Wu, X.; Song, M.; Liu, X.; Liu, Y.; Yuan, S.; Dong, H.; Han, S. ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2, 1664. doi: 10.1021/acsanm.9b00113

    46. [46]

      Jiang, W.; An, X.; Xiao, J.; Yang, Z.; Liu, J.; Chen, H.; Li, H.; Zhu, W.; Li, H.; Dai, S. ACS Catal. 2022, 12, 8623. doi: 10.1021/acscatal.2c01329

    47. [47]

      Zan, Z.; Li, X.; Gao, X.; Huang, J.; Luo, Y.; Han, L. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2209016. doi: 10.3866/pku.Whxb202209016

    48. [48]

      Xu, Y.; Ren, Y.; Zhou, G.; Feng, S.; Yang, Z.; Dai, S.; Lu, Z.; Zhou, T. Adv. Funct. Mater. 2024, 2313695. doi: 10.1002/adfm.202313695

    49. [49]

      Zhang, J.; Yang, G.; He, B.; Cheng, B.; Li, Y.; Liang, G.; Wang, L. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2530. doi: 10.1016/S1872-2067(22)64108-1

    50. [50]

      Zhou, G.; Xu, Y.; Cheng, Y.; Yu, Z.; Wei, B.; Liu, X.; Chen, Z.; Li, C.; Lu, Z. Appl. Catal. B 2023, 335, 122892. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122892

    51. [51]

      Wan, L.; Han, J.; Tian, W.; Li, N.; Chen, D.; Lu, J. Chem. Eng. J. 2023, 462, 142324. doi: 10.1016/j.cej.2023.142324

    52. [52]

      Lei, G.; Zheng, Y.; Cao, Y.; Shen, L.; Wang, S.; Liang, S.; Zhan, Y.; Jiang, L. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2210038. doi: 10.3866/PKU.WHXB202210038

    53. [53]

      Zhang, Y.; Gao, M.; Chen, S.; Wang, H.; Huo, P. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2211051. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211051

    54. [54]

      Wang, J.; Qiao, X.; Shi, W.; He, J.; Chen, J.; Zhang, W. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2210003. doi: 10.3866/PKU.WHXB202210003

    55. [55]

      Luo, C.; Long, Q.; Cheng, B.; Zhu, B.; Wang, L. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2212026. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212026

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  12
  • 文章访问数:  477
  • HTML全文浏览量:  107
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-03-28
  • 接受日期:  2024-05-06
  • 修回日期:  2024-05-02
  • 网络出版日期:  2024-05-13
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