焦磷酸铜光催化分解水产氢性能研究

分类：商机

2023-09-23 12:16:29 206阅读次数

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焦磷酸铜光催化分解水产氢性能研究

引用本文:覃彪，张影，唐承性. 焦磷酸铜光催化分解水产氢性能的研究[J]. 化学试剂，2023，45(9)：105-109.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0164

背景介绍

氢气是一种无色、无味、无毒的可燃性气体，燃烧热值大且燃烧产物只有水，生成的水还可用于制氢，进行循环使用，是可再生能源的纽带，可以把各种不可控的可再生资源变成能稳定有效使用的能源。工业上一般从天然气或水煤气制氢气，如今的可再生能源制氢技术有电解水制氢、煤炭气化制氢、蒸汽甲烷重整制氢、矿物燃料裂解制氢以及生物制氢等，利用太阳能光催化分解水制氢是实现“光-化学”转换的最理想过程，可以用于解决未来能源危机问题和环境污染问题。

文章亮点

1.以焦磷酸铜为初始催化剂，荧光素为光敏剂，三乙醇胺为牺牲剂，建立可见光照射下焦磷酸铜光催化分解水产氢体系，最终结果表明起催化剂作用的是氧化亚铜。

2. 通过单因素试验和正交试验探究了不同的光敏剂用量、催化剂用量、牺牲剂用量等因素对焦磷酸铜光催化分解水产氢性能的影响，得到了该体系的最优反应条件。

内容介绍

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.2 实验方法

1.2.1 气相色谱分析条件

1.2.2 光催化实验

1.2.3 单因素实验

1.2.4 正交试验

在单因素试验的基础之上选择荧光素的用量（mg）（X）、焦磷酸铜的用量（mg）（Y）、三乙醇胺的用量（mg）（Z）三因素三水平作正交试验设计，其因素和水平见表1。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果与分析

图1 单因素试验结果

Fig.1 Single factor test results

焦磷酸铜光催化分解水产氢的单因素实验结果为：适宜牺牲剂为三乙醇胺，荧光素适宜用量为10 mg，三乙醇胺的适宜用量为0.5 mL，焦磷酸铜的适宜用量为2 mg。

2.2 正交试验结果与验证

2.2.1 正交试验结果

正交试验结果见表2，在正交试验中在各条件下焦磷酸铜对光催化水分解产氢的量相差不大，它们的极差按从小到大的顺序排列为R_Z> R_y > R_x，所以各因素对焦磷酸铜光催化水分解产氢的影响大小依次为三乙醇胺>焦磷酸铜>荧光素^{^{[15, 16]}}。

通过均值对比，各因素不同处理中均值最大的为最优水平，因此在焦磷酸铜光催化分解水产氢的实验中，相对最佳的光催化分解水产氢条件为X₂Y₁Z₁，正交试验结果验证见表2。

2.2.2 正交试验验证

2.3 稳定性测试

图2 稳定性测试结果

Fig.2 Stability test results

对正交试验结果做3组平行试验进行长时间测试，光照反应前体系的pH为9.26，经过20 h的长时间光照后，体系的pH为8.59，三乙醇胺被不断消耗。

3 结论

本文模拟太阳光照射，选取荧光素为光敏剂，三乙醇胺为牺牲剂，对焦磷酸铜的光催化分解水产氢性能进行探究，利用气相色谱仪对其产氢量进行测定，进而对其产氢条件进行优化。通过单因素试验得到各因素对焦磷酸铜光催化水分解产氢的影响大小依次为：三乙醇胺> 焦磷酸铜> 荧光素，焦磷酸铜光催化分解水产氢的各因素适宜用量分别为：荧光素10 mg、三乙醇胺0.5 mL、焦磷酸铜2 mg。

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