煤化所納米製氫催化劑研究獲進展

據(ju)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)網(wang)站(zhan)報(bao)道(dao)，氫(qing)能(neng)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)環(huan)境(jing)友(you)好(hao)的(de)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)可(ke)替(ti)代(dai)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)的(de)重(zhong)要(yao)能(neng)源(yuan)。光(guang)催(cui)化(hua)分(fen)解(jie)水(shui)製(zhi)氫(qing)是(shi)極(ji)具(ju)前(qian)景(jing)的(de)綠(lv)色(se)製(zhi)氫(qing)途(tu)徑(jing)。影(ying)響(xiang)光(guang)催(cui)化(hua)製(zhi)氫(qing)效(xiao)率(lv)的(de)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)電(dian)子(zi)和(he)空(kong)穴(xue)的(de)分(fen)離(li)效(xiao)率(lv)低(di)。在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)表(biao)麵(mian)負(fu)載(zai)產(chan)氫(qing)或(huo)/和產氧助劑(如：Pt、Pd、CoOx、NiO)keyouxiaotigaodianzihekongxuedefenlixiaolv，youqishihanshuangzhujideguangcuihuajibihandanzhujideguangcuihuajixianshigengjiadecuihuaxingneng。danduiyudaduoshushuangzhujideguangcuihuajieryan，zhujishisuijifenbuzaibandaoticailiaobiaomiande，zhejiushidedianzihekongxuedeyiliufangxiangshisuijide
，congerzengjialedianzikongxuedefuhejilv。

圖：CoOx/TiO₂/Pt的光催化產氫機理：

近年來
，原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)技術越來越受催化領域研究者的關注。ALD在製備超細納米催化劑、催化劑表界麵調控
、限(xian)域(yu)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)及(ji)多(duo)功(gong)能(neng)串(chuan)聯(lian)催(cui)化(hua)劑(ji)等(deng)方(fang)麵(mian)體(ti)現(xian)出(chu)突(tu)出(chu)的(de)優(you)勢(shi)。近(jin)日(ri)

，中(zhong)科(ke)院(yuan)山(shan)西(xi)煤(mei)炭(tan)化(hua)學(xue)研(yan)究(jiu)所(suo)煤(mei)轉(zhuan)化(hua)國(guo)家(jia)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)究(jiu)員(yuan)覃(tan)勇(yong)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)與(yu)研(yan)究(jiu)員(yuan)鄭(zheng)占(zhan)峰(feng)合(he)作(zuo)

，利(li)用(yong)ALD設計並製備了具有空間分離結構的Pt和CoOx雙助劑的多孔TiO₂納米管光催化劑。以碳納米螺旋(CNC)為模板，在CNC表麵先後沉積Pt納米簇/單原子和TiO₂層。經過空氣中焙燒去除CNC模板，同時非晶態的TiO₂結晶收縮轉變為多孔的銳鈦礦TiO₂，得到多孔TiO₂/Pt光催化劑。然後再利用ALD沉積CoOx納米簇在TiO₂納米管的外壁


，最終得到多孔TiO₂負載空間分離的Pt和CoOx雙助劑的CoOx/TiO₂/Pt光催化劑。

在紫外光照條件下，電子和空穴分別溢流到管內壁的Pt和管外壁的CoOx(分別發生相應的產氫半反應及甲醇氧化反應)，從而提高了電子和空穴的分離效率及相應的光催化產氫活性。研究結果表明，當Pt和CoOx的ALD沉積循環數分別為1時
，相應的負載量分別為0.046%和0.019%時
，所製備CoOx/TiO₂/Pt具有最佳的光催化產氫活性(275.9 μmol h-1)
，是TiO₂/Pt活性的1.5倍(185.9 μmol h-1)及空白多孔TiO₂納米管的5倍(56.5 μmol h-1)。此外
，所製備的空間分離的雙助劑光催化劑CoOx/TiO₂/Pt比兩種金屬隨機分布在管內(TiO₂/Pt-CoOx: 131.7 μmol h-1)及管外(Pt-CoOx/TiO₂: 73.7 μmol h-1)的催化劑也顯示出更高的催化活性。相關成果近期發表於《德國應用化學》雜誌。

該方法具有普適性，可以用來合成其他體係的光催化劑(例如將CoOx替換為NiO

、RuO₂及MnOx等)

，為未來高效光催化劑的設計及製備提供了重要的科學參考。

該項目得到國家自然科學基金

、中科院百人計劃、山西省百人計劃的資助與支持。