國儀量子比表面及孔徑分析儀助力二氧化碳光催化還原材料的研究

JMCA：調節Bi4V2O11納米棒上的氧空位濃度，實現光驅動塑料廢物氧化和二氧化碳還原的協同效應

　　Modulating oxygen vacancies concentration on Bi4V2O11 nanorods for synergistic photo-driven plastic waste oxidation and CO2 reduction

　　——湖北大學 田麗紅老師課題組

研究中使用國儀量子V-Sorb X800系列產品

　　Small：重構高缺陷氧化鎂并在水溶液中提升二氧化碳的光化學活性

　　Reconstruction of Highly-Defective MgO and Exceptional Photochemical Activity on CO2 Upgrade in Aqueous Solution

　　——湖北大學 田麗紅老師課題組

研究中使用國儀量子V-Sorb X800TP系列產品

　一、摘要

　　通過光催化驅動CO2減排，再加上光氧化轉化塑料廢物為增值化學品，是一種解決溫室和環境危機的有效策略。氧空位(Vos)對增強惰性氣體分子的吸附和活化具有特別的意義，因此在光催化劑上引入Vos可以為優化CO2光轉化提供一個新的思路。

近日，湖北大學田麗紅老師課題組采用水熱法合成了梯度分布氧空位的Bi4V2O11納米棒，旨在為CO2吸附提供豐富的活性位點，并首次嘗試將塑料廢棄物用于雙功能光催化體系中，探索塑料廢棄物的降解。實驗結果表明，在雙功能體系中，塑料污染物PET被氧化成一些高附加值的產品，避免了使用常用、昂貴且經常有毒的孔犧牲劑，從而實現可持續地將CO2 還原為CO和 HCOOH。通過比較不同反應時間下制得的Bi4V2O11光催化劑對CO2的吸附量和比表面積的大小，發現Bi4V2O11 (VO-BVO-15)催化劑可以提供更多的CO2吸附位點，在300 W氙燈照射下，對PET水解溶液中的CO2到CO的轉換率達到64.7 μmol·g-1·h-1，比在2M KOH溶液中還原CO2的轉化率提高了約24.5倍。該研究通過缺陷工程技術對Bi4V2O11光催化劑的發展進行了深入的研究，為廢塑料的再利用和低能耗的碳循環提供了一條新策略。

　　此外，利用太陽能使CO2經光合作用轉化為碳氫化合物燃料或增值化學品是一種有效的CO2綜合捕獲-轉換-利用(CCU)解決方案。湖北大學田麗紅老師課題組通過對前驅體進行可控燒結調制得到具有豐富O3c離子和氧空位的多孔納米MgO，再比較不同煅燒溫度下制備的MgO的比表面積，結果表明MgO-500具有更高的比表面積，可在反應過程中暴露出更多的活性位點，呈現出更優異的催化性能，其能夠達到在純水中連續7個循環(每次運行6小時)的情況下對CO2的轉化率保持穩定，CH4和CO的總產量達到≈367 μmolgcata?1 h?1，為開發具有高活性的新型堿土氧化物光催化劑提供了策略。

　二、材料吸附性能表征技術

　　在具有調制Vos的Bi4V2O11雙功能系統中，Vos顯著提高了光吸附、電荷分離和CO2捕獲位點，從而協同提高光催化CO2還原和PET氧化。為了探究Vos對增強光催化活性的作用，從光催化動力學的角度看，底物如CO2在催化劑上的吸附是提高產物效率的重要前提。通過使用國儀量子2800TP比表面及孔徑分析儀測試不同反應時間下制得的富氧空位Bi4V2O11光催化劑對CO2的吸附量，如下圖4(a)顯示，在298 K和1.8bar條件下，不同Bi4V2O11對CO2吸收能力的順序為VO-BVO-9 (0.0667mmol·g-1) < VO-BVO-12 (0.1169mmol·g-1) < VO-BiVO-15 (0.1603mmol·g-1)，這可能歸因于材料比表面積的逐漸增加。下圖S2為測得的三種材料的N2吸脫附等溫線，從等溫線可以分析得到各樣品的比表面積及孔徑分布，其中催化劑VO-BiVO-15相比于其他兩個催化劑的比表面積更高。從上述結果可知，VO-BiVO-15催化劑可以提供更多的CO2吸附位點，有利于對CO2的吸附和活化。

　　對于重構高缺陷MgO，通過一系列的痕量光譜和理論分析表明，衍生MgCO3·3H2O中的Mg-Vo位點是活性中心，在調節CO2吸附和引發光還原反應中起著至關重要的作用。通過比表面及孔徑分析儀對不同煅燒溫度下制備的MgO的比表面積進行表征，如下圖所示，通過分析測得的N2吸脫附等溫線得到MgO-500和MgO-700的比表面積分別為64.2 m2/g和45.0 m2/g。當燒結溫度高于500 ℃時，前驅體完全轉化為面心立方晶格MgO。結合比較兩種MgO的形貌圖像和比表面積結果，可進一步表明MgO上的缺陷可以通過控制納米片的尺寸和厚度來調節。

三、國儀量子比表面及孔徑分析儀

　　國儀精測V-Sorb X800系列比表面及孔徑分析儀采用靜態容量法測試原理，具備完全的自動化操作，人性化的操作界面，簡單易學，廣泛應用于催化材料、環保材料、電池材料及納米材料等領域。產品技術通過機械工業聯合會科技成果鑒定，被歐美高校、科研實驗室選購使用，獲得一致好評，樹立了優良的國產品牌形象。

　四、助力成果目錄

1.  　　Chiral Nanosilica Drug Delivery Systems Stereoselectively Interacted with the Intestinal Mucosa to Improve the Oral Adsorption of Insoluble Drugs.ACS Nano（2023）

2.  　　A facile “thick to thin” strategy for integrating high volumetric energy density and excellent flexibility into MXene/wood free-standing electrode for supercapacitors.Chemical Engineering Journal（2023）

3.  　　The efficiency and mechanism of excess sludge-based biochar catalyst in catalytic ozonation of landfill leachate.Journal of Hazardous Materials（2023）

4.  　　Aqueous Zn-ion batteries using amorphous Zn-buserite with high activity and stability.Journal of Materials Chemistry A（2023）

5.  　　Rapid complete reconfiguration induced actual active species for industrial hydrogen evolution reaction. Nature Communications（2022）

6.  　　Catalytic aromatic ring hydrogenation over ruthenium nanoparticles supported on α-Al2O3at room temperature. Applied Catalysis B: Environmental（2022）

7.  　　Engineered neutrophil apoptotic bodies ameliorate myocardial infarction by promoting macrophage efferocytosis and inflammation resolution.Bioactive Materials（2022）

8.  　　Role and significance of co-additive of biochar and nano-magnetite on methane production from waste activated sludge: Non-synergistic rather than synergistic effects.Chemical Engineering Journal（2022）

9.  　　Micro-mesoporous graphitized carbon fiber as hydrophobic adsorbent that removes volatile organic compounds from air.Chemical Engineering Journal（2022）

10.  　　Mercerization of tubular bacterial nanocellulose for control of the size and performance of small-caliber vascular grafts.Chemical Engineering Journal（2022）

11.  　　Experimental and theoretical research on pore-modified and K-doped Al2O3catalysts for COS hydrolysis: The role of oxygen vacancies and basicity. Chemical Engineering Journal（2022）

12.  　　Novel Zn-Fe engineered kiwi branch biochar for the removal of Pb(II) from aqueous solution.Journal of Hazardous Materials（2022）

13.  　　Efficient with low-cost removal and adsorption mechanisms of norfloxacin, ciprofloxacin and ofloxacin on modified thermal kaolin: experimental and theoretical studies.Journal of Hazardous Materials（2022）

14.  　　α-MoB2Nanosheets for Hydrogen Evolution in Alkaline and Acidic Media. ACS Applied Nano Materials（2022）

15. 　　 COD inhibition alleviation and anammox granular sludge stability improvement by biochar addition. Journal of Cleaner Production（2022）

16.  　　In situ construction of FeNi2Se4-FeNi LDH heterointerfaces with electron redistribution for enhanced overall water splitting. Royal Society of Chemistry（2022）

17. 　　 Role and significance of water and acid washing on biochar for regulating methane production from waste activated sludge. Science of The Total Environment（2022）

18. 　　 Soil properties affect vapor-phase adsorption to regulate dimethyl disulfide diffusion in soil. Science of The Total Environment（2022）

19.  　　Removal of lead (Pb+2) from contaminated water using a novel MoO3-biochar composite: Performance and mechanism.Environmental Pollution（2022）

20.  　　Acid washed lignite char supported bimetallic Ni-Co catalyst for low temperature catalytic reforming of corncob derived volatiles.Energy Conversion and Management（2022）

標簽：比表面及孔徑分析儀