光催化燃料电池催化转化乙醇直接制取环氧乙烷和氢气

针对生物乙醇经太阳能光化学催化转化的原子经济性反应路线，构建乙醇直接制取环氧乙烷与氢气的光催化燃料电池反应体系。重点开展光催化燃料电池装置中的关键因素-复合材料光阳极的研究：通过考察Cu2O基催化剂的组成结构对于乙醇选择性催化的影响，研究其选择性催化的作用机理，为高选择性的可见光催化剂设计提供理论依据；借鉴染料/无机半导体量子点敏化TiO2太阳能电池的光阳极结构，开展具有高选择性、高光化学能转换效率的Cu2O基可见光催化剂敏化TiO2的复合材料光阳极的制备研究，并从光生载流子分离方面探讨其复合结构的光催化转换作用机理，初步建立复合材料结构的光化学能转换及其选择性催化作用的理论体系，为太阳能光化学能转换利用的高效高选择性催化材料设计提供理论依据。另外，开展光催化燃料电池装置设计及其催化性能评估的研究，优化工艺参数，为开发太阳能光化学转换合成化工品提供技术支持。

太阳能光化学能转换是继光伏、光热利用技术之后太阳能新的利用途径，其中太阳能合成燃料或化工品成为研究热点。探索开展利用太阳能光化学转化乙醇合成环氧乙烷的研究，可为太阳能光化学利用提供理论依据。本项目构建乙醇直接制取环氧乙烷与氢气的光催化燃料电池反应体系，重点开展光催化燃料电池装置中的复合材料光阳极研究。开展了可见光催化剂CdS、CuxO、WO3、AgO等的制备技术研究，考察了催化剂复合结构、二氧化钛纳米管限域、释氧功能组元对于提高光催化活性的影响；进一步考察其催化剂结构与乙醇选择性催化转化性能之间的关系，初步探索了其选择性催化的作用机理，然后设计一维阵列结构的光催化材料，通过层层组装获得具有良好电子传输性能的光催化剂，并进一步通过对粉体电极材料制备工艺参数进行研究，获得了粉体电极材料的最佳喷涂工艺。基于光阳极材料，组装了光催化燃料电池，在光催化燃料电池反应体系中考察光催化转换乙醇反应，在一定条件下乙醇可以直接生成环氧乙烷，初步建立了复合材料结构的光化学能转换及其选择性催化作用的理论体系。此研究可为太阳能光化学能转换材料的设计及合成化工品提供理论依据。