可见光诱导碳氢化物－水体系重整制氢及其光催化剂的研究

利用太阳能光解制氢有巨大的潜在应用价值。本项目以水和甲烷（天然气）等为反应物，构筑光催化碳氢化物-水重整制氢（如：CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2或CxHyOz + H2O → H2 + CO2）体系，探讨光解制氢途径和机制。通过原位红外等手段分析和跟踪重整制氢过程中生成的中间体或副产物，分析其反应过程和影响因素；研究光生电子生成、迁移、复合机制，以及表面吸附行为和反应动力学，揭示反应机理；研究光催化重整制氢反应的电化学特征，为设计和制备可见光诱导光催化剂设计提供依据；借鉴第一性原理研究Bi-Y-La-O等系列的光催化材料电子结构；结合反应活性评价，揭示若干种碳氢化物与水重整制氢反应的电化学电位要求和动力学特性，获得若干种相匹配的可见光型光催化剂。本研究将有助于更全面理解光解制氢作用过程和机制，为太阳能高效水重整制氢体系的构筑及其光催化剂研发提供相关的实验数据和一定的理论指导。

利用太阳能光催化制氢具有巨大的潜在意义，可见光高效吸收和转换的新型光催化的制备及其作用机理的研究是当前的研究重点。本研究制备了Bi-Y-V-O、Bi1−xDyxVO4 (M = La, Sm, Nd, Gd, Eu,Y)等金属氧化物固溶体，借鉴第一性原理探讨了其晶体结构和元素组成与电子结构的关系，阐明了稀土元素的电子结构对能带结构的影响。获得了分解纯水的新型光催化剂层状化合物H-KLBT(Nb)，研究了Pt,Pd,Cr2O3,以及NiS、PdS等助催化剂及其对可见光分解纯水的影响，获得了具有高量子效率的NiS-PdS-CdS光催化剂。在固定床装置中实现了连续动态光催化甲烷重整水气制氢反应：CH4 + 2H2O(g) → 4H2 + CO2。重点考察了该反应体系在不同CH4和H2O进料摩尔比、进料的总流速、光照波长、催化剂用量以及贵金属的负载方式等的实验条件对氢气产率的影响。本研究有助于理解光解制氢作用过程和机制，为太阳能高效分解水和重整制氢体系的构筑及其光催化剂研发提供了实验数据和一定的理论指导。