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In2O3上沉積NiB非晶態(tài)合金納米顆粒,這種新型復(fù)合催化(NiB/In2O3),在照射下實現(xiàn)二氧化碳高效氫化合成甲酸。
甲酸(化學(xué)式HCOOH,分子式CH2O2,分子量46.03),俗名蟻酸。無色而有刺激性氣味的液體。弱電解質(zhì),熔點8.6℃,沸點100.8℃。甲酸是基本有機化工原料之一,廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。甲酸可直接用于織物加工、鞣革、紡織品印染和青飼料的貯存,也可用作金屬表面處理劑、橡膠助劑和工業(yè)溶劑。在有機合成中用于合成各種甲酸酯、吖啶類染料和甲酰胺系列醫(yī)藥中間體。由于二氧化碳為線性分子非常穩(wěn)定,其轉(zhuǎn)化十分困難。單純金屬催化和光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化均存在反應(yīng)效率低、催化劑易失活等問題,限制了其應(yīng)用。開發(fā)新型復(fù)合材料,提高光催化與金屬催化協(xié)同,是實現(xiàn)二氧化碳高活性、高選擇性、長效轉(zhuǎn)化的有效途徑。
光催化劑In2O3有較好的可見光吸收能力,表面豐富的羥基可以促進二氧化碳分子吸附,在二氧化碳光催化還原方面受到了廣泛關(guān)注。一些貴金屬如Pt、Pd和Ru沉積在In2O3上,可作為熱催化劑及助催化劑促進光催化反應(yīng),但貴金屬成本高且稀缺。過渡金屬如Ni和Co可替代貴金屬,然而關(guān)鍵問題是提高其活性和選擇性。
將NiB非晶合金與In2O3半導(dǎo)體復(fù)合,開發(fā)成一種新型多功能催化劑,在光催化二氧化碳氫化過程中表現(xiàn)出高甲酸產(chǎn)率(5158.0 umol g-1 h-1)。In2O3作為光催化劑產(chǎn)生光電子用于活化二氧化碳,并提供足夠的表面羥基(In-OH),有利于反應(yīng)過程中二氧化碳的吸附;NiB獨特的非晶態(tài)合金結(jié)構(gòu)使Ni位點富電子,促進了氫氣的解離;NiB納米顆粒在In2O3表面高度分散,并通過與In2O3之間的相互作用,在NiB和In2O3之間提供了豐富的界面,不僅促進光電子轉(zhuǎn)移,減少光電子-空穴的復(fù)合,也提高表面化學(xué)反應(yīng)活性,光催化劑和金屬催化劑的協(xié)同作用,實現(xiàn)高效二氧化碳氫化生產(chǎn)甲酸。
國內(nèi)甲酸總裝置能力約55萬噸,占全球總產(chǎn)能40%。主要分布在山東、江蘇等地,以魯西、阿斯德和揚子巴斯夫、川東化工為主要生產(chǎn)商。其中魯西20萬噸、山東阿斯德化工公司設(shè)計15萬噸、南京揚巴石化5萬噸。