西安交通大學(xué)李洋教授課題組發(fā)展了一種可見光催化甲酸制氫的方法，該方法使用非貴金屬催化劑在水體系中實(shí)現(xiàn)了甲酸的高效制氫，并對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)探究。
隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，化石資源日漸枯竭與能源需求日益增長的矛盾使得發(fā)展可再生能源尤為重要。生物質(zhì)作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源，是化石資源潛在的重要代替品。將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品及能源載體是可持續(xù)化學(xué)發(fā)展的重要方向之一。李洋教授課題組長期致力于生物質(zhì)資源化學(xué)研究，發(fā)展了以甲酸為中間體的“一鍋兩步法”高效生物質(zhì)制氫，但其中甲酸脫氫這一過程以往通常依賴貴金屬催化劑。可見光照射催化甲酸制氫也有一定發(fā)展，但發(fā)展的催化體系著重于發(fā)展新型的催化材料，對于制氫產(chǎn)率并未關(guān)注。 李洋教授課題組發(fā)展了可見光照射下原位形成Ni/CdS催化甲酸制氫，以CdS-Cys量子點(diǎn)為光催化劑、Ni(OAc)2為助催化劑構(gòu)建的Ni/CdS光催化系統(tǒng)可在50 °C下光照5小時(shí)實(shí)現(xiàn)甲酸水溶液的高效制氫，氫氣產(chǎn)率可達(dá)94%，選擇性可達(dá)99.8%?？思壱?guī)模反應(yīng)和長時(shí)間反應(yīng)展示了潛在應(yīng)用價(jià)值。在機(jī)理探究中，作者發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中產(chǎn)生活性更高的催化物種，結(jié)合XPS測試和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，推測反應(yīng)中生成了高活性物種Ni0/CdS。通過量子點(diǎn)的光譜測試實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)中同時(shí)存在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)淬滅過程。KIE實(shí)驗(yàn)表明?OH對HCO2?的HAT過程為決速步驟。該工作將促進(jìn)實(shí)現(xiàn)高效低成本生物質(zhì)制氫。 論文信息 Hydrogen Production from Formic Acid by In Situ Generated Ni/CdS Photocatalytic System under Visible Light Irradiation Kai-Wen Feng, Prof. Yang Li ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202202250
