多試管光化學(xué)反應(yīng)儀

包括：光源、石英冷井、反應(yīng)器、升降架、低溫水槽等部分
功能：主要研究固相表面和氣相（如氮氧化物和烴類(lèi)）光化學(xué)變化，如塑料和橡膠制品的老化現(xiàn)象等。
特點(diǎn)：1、樣品置于反應(yīng)器內(nèi)。
2、光源放置于石英冷井中，通冷卻水降溫。
3、*的反光罩設(shè)計(jì)，可使樣品充分接受光照。
4、升降架可以電動(dòng)升降，支撐板高度可任意調(diào)節(jié)。
5、可接氣象色譜儀。

　　對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體光催化劑而言，其較差的CO2吸附能力限制了CO2轉(zhuǎn)化效率的提高，為此在我們工作中，引入多孔材料―鋯基有機(jī)骨架(UiO-66)作為有效CO2吸附劑與TiO2光催化劑復(fù)合。設(shè)計(jì)的兩步合成策略賦予TiO2/UiO-66復(fù)合材料豐富的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)，從而確保了充足的催化位點(diǎn)和高CO2吸附量(78.9 cm3 g-1)。

　　后，以水為電子給體的溫和氣-固相催化體系中，CH4的產(chǎn)率可達(dá)17.9μmolg-1 h-1，選擇性高達(dá)90.4%，即使在低的CO2濃度條件下(≤2%)，光催化效率也能達(dá)到與純CO2氣氛相當(dāng)?shù)乃?。后，從CO2富集和催化位點(diǎn)暴露等方面詳細(xì)討論了光催化活性提高的機(jī)理，闡明這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的*性。終實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental上。

　　化石燃料消耗量和二氧化碳排放量的增加帶來(lái)了嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題，例如溫室效應(yīng)。由于光催化技術(shù)可以直接利用可持續(xù)的太陽(yáng)能將大氣中的CO2分子轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的含碳燃料，因此它是同時(shí)緩解能源和環(huán)境壓力的一種有前途的方法。典型的TiO2基光催化劑，由于它們的低比表面積和缺乏匹配的孔結(jié)構(gòu)而通常具有極低的CO2分子吸附能力，因此其CO2轉(zhuǎn)化效率的提高受到限制。對(duì)于非均相光催化，轉(zhuǎn)化效率主要取決于在光催化劑表面的催化活性位點(diǎn)上CO2分子的吸附。因此，需要開(kāi)發(fā)具有高CO2吸附能力和足夠的催化位點(diǎn)的高性能光催化劑。

　　通過(guò)多孔材料與光催化劑復(fù)合是使CO2分子在催化位點(diǎn)上吸附和富集以提高CO2轉(zhuǎn)化效率的一種可行性策略。金屬有機(jī)骨架(MOFs)作為新型微孔晶體材料，具有大的比表面積，且對(duì)CO2吸附具有高親和力，因此將MOFs材料和具有匹配的帶隙結(jié)構(gòu)光催化劑復(fù)合可以充分利用它們的高CO2捕獲能力和半導(dǎo)體特性的優(yōu)點(diǎn)，有利于電子轉(zhuǎn)移到活性位點(diǎn)，然后與吸附的CO2進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。

　　目前文獻(xiàn)當(dāng)中通常通過(guò)兩種不同類(lèi)型的方法來(lái)設(shè)計(jì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)。一種是在光催化劑表面包裹MOFs，以充分利用MOFs的高比表面積和吸附CO2的特性，盡管這種方法有益于提高催化劑的比表面積和CO2吸附量，但是MOFs的存在掩蔽了部分催化位點(diǎn)以及光吸收。另一種是在MOF的表面上組裝光催化劑，以將活性位點(diǎn)暴露在外部，為了避免表面負(fù)載的光催化劑堵塞MOFs的多孔結(jié)構(gòu)，需盡量降低光催化劑的含量，這意味著光催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)十分有限。這兩類(lèi)方法的挑戰(zhàn)是二氧化碳吸附量和暴露的催化位點(diǎn)之間常常不可兼得?；谝陨蠁?wèn)題，我們?cè)O(shè)想構(gòu)筑MOF基復(fù)合材料能夠保證高CO2吸附能力的條件下，還能暴露出足夠的活性位點(diǎn)以進(jìn)行光催化CO2轉(zhuǎn)化。

　　研究亮點(diǎn)

　　我們?cè)O(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的兩步合成策略制備TiO2/UiO-66異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該方法保證即使TiO2在復(fù)合材料中含量高達(dá)81.3 %時(shí)，CO2吸附量相比較于純UiO-66僅下降20%(從98.9下降到78.9 cm3 g-1)，在很大程度上保留了UiO-66的微孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)提供了足夠的催化位點(diǎn)。有趣的是，所設(shè)計(jì)的復(fù)合光催化劑即使在較低的二氧化碳濃度(≤2%)下，CH4產(chǎn)率也能達(dá)到與純CO2氣氛相當(dāng)?shù)乃健?/p>

　　圖文解析

　　催化劑的合成與表征

　　TiO2/UiO-66復(fù)合材料是通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步法制備。首先，通過(guò)回流-水熱法制備結(jié)晶高的二氧化鈦納米顆粒。然后，通過(guò)自組裝方式將TiO2納米顆粒吸附在UiO-66表面上。如圖1a-d所示，TiO2團(tuán)簇均勻的覆蓋在UiO-66八面體的光滑表面上，由于超細(xì)TiO2顆粒之間靜電斥力的存在，所以形成的TiO2團(tuán)簇沒(méi)有密集覆蓋住UiO-66八面體的表面，避免對(duì)UiO-66孔結(jié)構(gòu)的堵塞。通過(guò)圖1e和f中放大和高分辨率的TEM圖像可以清楚地識(shí)別UiO-66和TiO2之間的界面。圖1h-j中的高角度環(huán)形暗場(chǎng)(HAADF)映射圖像進(jìn)一步表明UiO-66八面體表面上TiO2團(tuán)簇的均勻分散。