RU2752496C1 - Композитный мезопористый фотокатализатор - Google Patents
Композитный мезопористый фотокатализатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752496C1 RU2752496C1 RU2020141302A RU2020141302A RU2752496C1 RU 2752496 C1 RU2752496 C1 RU 2752496C1 RU 2020141302 A RU2020141302 A RU 2020141302A RU 2020141302 A RU2020141302 A RU 2020141302A RU 2752496 C1 RU2752496 C1 RU 2752496C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocatalyst
- cadmium sulfide
- amount
- mass
- transition metal
- Prior art date
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004887 air purification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 19
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 18
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 9
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 9
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 7
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Chemical compound CC(N)=S YUKQRDCYNOVPGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N thioacetamide Natural products CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 150000001661 cadmium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical class [S-2].[Cd+2] FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012686 silicon precursor Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/50—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/52—Gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/72—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
- B01J27/047—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
- B01J27/049—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium with iron group metals or platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фотокаталитическим процессам выделения водорода, разложения органических соединений для очистки воздуха и другим фотохимическим процессам, а именно изобретение относится к композитному мезопористому фотокатализатору, состоящему из носителя, содержащего, % масс.: упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 30,0-75,0, алюмосиликатные нанотрубки 25,0-70,0, и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих переходный металл, выбранный из ряда Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au в виде нанокластеров, при этом количество сульфида кадмия составляет 5,0-20,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Ni, Со, Cu, составляет 1,0-5,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Pt, Ru, Ag, Au, составляет 0,01-1,0% от массы фотокатализатора, а упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 и алюмосиликатные нанотрубки представляют собой иерархический мезопористый композит. Технический результат заключается в повышении фотокаталитической активности катализатора за счет наличия в последнем системы пор и каналов иерархического мезопористого композита, обеспечивающего повышение диффузии реагентов к активным центрам катализатора, а также наличия структуры активных центров фотокатализатора, представляющих собой квантовые точки сульфида кадмия с нанесенными на их поверхность нанокластерами переходного металла (сокатализатора). 1 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к фотокатализаторам и может быть использовано в фотокаталитических процессах выделения водорода, разложения органических соединений, для очистки воздуха и в других фотохимических процессах.
Одними из наиболее эффективных фотокаталитических систем процессов выделения водорода из воды, очистки вод от загрязнений, обеззараживания вод являются композиции на основе сульфида кадмия - полупроводника с величиной запрещенной зоны ~2,4 эВ. Повышение активности фотокатализаторов на основе сульфида кадмия может быть достигнуто за счет перехода от объемного состояния полупроводника в наносостояние, увеличения площади доступных реакционных центров, создания гетероструктур, приготовления твердых растворов или нанесения со-катализаторов, наиболее активные из которых - металлы платиновой группы.
Нанесение полупроводниковых материалов на поверхность мезопористых оксидов кремния позволяет увеличить площадь контакта реактивов с активными центрами катализаторов. В патентах CN 101157050, 2008 и CN 103028371, 2013 описываются различные способы получения нанокомпозитного материала, состоящего из мезопористого оксида кремния и адсорбированного на его поверхности диоксида титана. Недостатки получаемых катализаторов заключаются в том, что последние проявляют активность только под действием ультрафиолетового излучения.
Известен CdS - фотокатализатор получения водорода формулы m(A)/Cd[M(B)]S, в которой m обозначает легирующий металлический элемент в качестве акцептора электронов, выбранный из группы, включающей Pt, Ru, Ir, Со, Rh, Cu, Pd, Ni и оксиды этих металлов; А обозначает массовое процентное содержание m в интервале 0,10-2,50; М обозначает каталитический элемент, выбранный из группы, включающей V, Cr, Al и Р; В обозначает M/(M+Cd) в мольных процентах в интервале 0,05-20,00.
Для приготовления CdS-фотокатализатора к водному раствору кадмия и промотирующему элементу при перемешивании добавляют H2S или Na2S. Легирование полученного соединения проводят в присутствии раствора металлсодержащего соединения (RU 2175888, 2001). При этом получаемый фотокатализатор содержит объемный сульфид кадмия, что снижает доступность поверхности активных центров для реактивов, увеличивает вероятность рекомбинации электронно-дырочных пар.
Наиболее близким аналогом к данному изобретению является фотокатализатор, описанный в патенте CN 1830553, 2006. Указанный фотокатализатор состоит из мезопористого молекулярного сита Ti-MCM-41, сульфида кадмия и платины. Состав указанного катализатора, % масс.: цеолит Ti-MCM-41 80,0-90,0, сульфид кадмия 5,0-15,0 (в расчете на мезопористый титансодержащий оксид кремния), платина 2,0-5,0. Источником света является ксеноновая лампа напряженностью 350 Вт и длиной волны 430 нм. Данный катализатор позволяет достичь фотокаталитическое разложение воды для производства водорода со скоростью 890 мкмоль/ч/г(CdS). Недостаток данного катализатора заключается в его невысокой активности, а также высоком содержании платинового металла.
Техническая проблема, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении активности фотокатализатора, используемого в процессах, проводимых под действием видимого света.
Указанная проблема решается созданием композитного мезопористого фотокатализатора, состоящего из носителя, содержащего, % масс.:
| - упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 | 30,0-75,0 |
| - алюмосиликатные нанотрубки | 25,0-70,0 |
и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих переходный металл, выбранный из ряда Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au в виде нанокластеров, при этом количество сульфида кадмия составляет 5,0-20,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Ni, Со, Cu, составляет 1,0-5,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Pt, Ru, Ag, Au, составляет 0,01-1,0% от массы фотокатализатора, а упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 и алюмосиликатные нанотрубки представляют собой иерархический мезопористый композит.
Получаемый технический результат заключается в повышении фотокаталитической активности катализатора за счет наличия в последнем системы пор и каналов иерархического мезопористого композита, обеспечивающей повышение диффузии реагентов к активным центрам катализатора, а также наличия структуры активных центров фотокатализатора, представляющих собой квантовые точки сульфида кадмия с нанесенными на их поверхность нанокластерами переходного металла (со-катализатора).
Сущность изобретения заключается в следующем.
Описываемый фотокатализатор состоит из носителя, содержащего, % масс.:
| - упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 | 30,0-75,0 |
| - алюмосиликатные нанотрубки | 25,0-70,0 |
и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих переходный металл, выбранный из ряда Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au в виде нанокластеров.
Количество сульфида кадмия составляет 5,0-20,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Ni, Со, Cu, составляет 1,0-5,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Pt, Ru, Ag, Au, составляет 0,01-1,0% от массы фотокатализатора.
Используемые в носителе упорядоченный мезопористый оксид кремния и алюмосиликатные нанотрубки представляют собой иерархический мезопористый композит.
Создание иерархического композитного материала позволяет снизить диффузные ограничения и обеспечить доступность активных центров фотокатализатора для реактивов. Нанесение сульфида кадмия на иерархический носитель в виде квантовых точек позволяет увеличить активность фотокатализатора за счет увеличения площади его активной поверхности, а использование переходного металла из группы Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au (со-катализатора) в виде нанокластеров обеспечивает эффективное разделение электронно-дырочных пар и увеличение скорости фотокаталитических реакций.
Описываемый фотокатализатор получают следующим образом.
Раствор ПАВ (поверхностно-активное вещество), например, цетилтриметиламмоний бромид, смешивают с природными или синтетическими алюмосиликатными нанотрубками с общей формулой Al2Si2(ОН)4*nH2O, где n=0-2. Предпочтительнее использовать галлуазитные нанотрубки с внешним диаметром 30-50 нм, внутренним диаметром 10-25 нм и длиной 500 нм - 2 мкм. К полученной смеси добавляют кремниевый прекурсор, предпочтительно тетраэтоксисилан (ТЭОС), и выдерживают смесь при 80-140°С в течение 12-72 часов в закрытой емкости, после чего осадок отфильтровывают, промывают до отсутствия галогенид-ионов в маточном растворе, сушат при 60-120°С в течение 8-48 часов и прокаливают на воздухе при температуре 350-650°С. В результате получают носитель, представляющий собой иерархический материал, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния МСМ-41, с каналами, образованными алюмосиликатными нанотрубками (предпочтительно нанотрубками галлуазита). Для синтеза на носителе квантовых точек сульфида кадмия полученный композитный материал - носитель смешивают с раствором соли кадмия с последующим добавлением раствора предшественника серы (предпочтительно тиоацетамида (ТАА)). К образованной смеси добавляют раствор аммиака и проводят реакцию в течение 30-60 минут. Образованный осадок отфильтровывают, промывают растворителем и сушат при 60-90°С в течение 12-24 часов. После промывки и сушки на полученный материал наносят со-катализатор - переходный металл, выбранный из группы Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au. Co-катализатор наносят осаждением из раствора соли металла с образование нанокластеров по поверхности сульфида кадмия. Причем, сульфид кадмия используют в количестве 5,0-20,0% от массы фотокатализатора, переходный металл, выбранный из группы Ni, Со, Cu, используют в количестве 0,1-5,0% от массы фотокатализатора, переходный металл, выбранный из группы Pt, Ru, Ag, Au, используют») в количестве 0,01-1,0% от массы фотокатализатора. Катализатор высушивают при температуре 60-80°С в течение 12-24 часов.
Каталитическую активность заявленного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S /0,1 М Na2SO3) видимым светом при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие изобретение, но не ограничивающие его.
Пример 1
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 25,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 75,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих рутений в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 5,0% от массы фотокатализатора, количество рутения - 0,01% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 2.
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 70,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 30,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих рутений в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 5,0% от массы фото катализатора, количество рутения - 1,00% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 3
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 25,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 75,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих рутений в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 20,0% от массы фотокатализатора, количество рутения - 0,5% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 4
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 50,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 50,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих никель в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 20,0% от массы фотокатализатора, количество никеля - 1,00% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 5
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 50,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 50,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих никель в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 15,0% от массы фотокатализатора, количество никеля - 5,00% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 6
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 50,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 50,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих медь в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 15,0% от массы фотокатализатора, количество меди - 5,00% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 7
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 25,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 75,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих платину в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 20,0% от массы фотокатализатора, количество платины - 1,00% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Пример 8
Используют фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: алюмосиликатные нанотрубки - 25,0, упорядоченный мезопористый оксид кремния - 75,0 и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих платину в виде нанокластеров. Количество сульфида кадмия составляет 20,0% от массы фотокатализатора, количество платины - 0,01% от массы фотокатализатора.
Каталитическую активность данного фотокатализатора оценивают по скорости выделения водорода при облучении дисперсии фотокатализатора в водном растворе сульфида натрия и сульфита натрия (0,1 М Na2S / 0,1 М Na2SO3) монохроматическим светодиодом с максимальным излучением длины волны 450 нм при комнатной температуре и атмосферном давлении. Данные по составу фотокатализатора и результатам проведения оценки его каталитической активности представлены в таблице.
Из данных таблицы следует, что все указанные катализаторы обладают высокой активностью - высокой скоростью выделения водорода (от 940 до 2360 мкмоль/ч/г (катализатора) в процессе фотокаталитического выделения водорода из водного раствора электролитов под действием видимого излучения. Активность полученных катализаторов в 7-20 раз превышает аналогичный показатель известного катализатора (в пересчете на сульфид кадмия). При этом наибольшей активностью обладает катализатор, полученный по примеру 3.
Использование описываемого фотокатализатора, содержащего компоненты в иных концентрациях, входящих в заявленный интервал, и иных оговоренных переходных металлов, входящих в состав указанного катализатора, приводит к аналогичным результатам. Использование компонентов в количествах, выходящих за данный интервал, не приводит к желаемым результатам.
Таким образом, описываемый катализатор, используемый в процессах, проводимых под действием видимого излучения, обладает высокой активностью.
Claims (3)
- Композитный мезопористый фотокатализатор, состоящий из носителя, содержащего, % масс.:
-
упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 30,0-75,0 алюмосиликатные нанотрубки 25,0-70,0 - и нанесенного на носитель сульфида кадмия в виде квантовых точек, содержащих переходный металл, выбранный из ряда Ni, Со, Cu, Pt, Ru, Ag, Au в виде нанокластеров, при этом количество сульфида кадмия составляет 5,0-20,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Ni, Со, Cu, составляет 1,0-5,0% от массы фотокатализатора, количество переходного металла, выбранного из ряда Pt, Ru, Ag, Au, составляет 0,01-1,0% от массы фотокатализатора, а упорядоченный мезопористый оксид кремния МСМ-41 и алюмосиликатные нанотрубки представляют собой иерархический мезопористый композит.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141302A RU2752496C1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Композитный мезопористый фотокатализатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141302A RU2752496C1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Композитный мезопористый фотокатализатор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2752496C1 true RU2752496C1 (ru) | 2021-07-28 |
Family
ID=77226234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141302A RU2752496C1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Композитный мезопористый фотокатализатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2752496C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116328817A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-06-27 | 大连理工大学 | 一种金纳米团簇催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1334440A1 (ru) * | 1985-11-18 | 1994-12-15 | Институт катализа СО АН СССР | Способ получения гетерогенного фотокатализатора для разложения сероводорода, растворенного в воде |
| RU2175888C2 (ru) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Cds-фотокатализатор для получения водорода, его приготовление и способ получения водорода с его применением |
| CN1830553A (zh) * | 2006-02-27 | 2006-09-13 | 西安交通大学 | CdS/Ti－MCM－41载铂光催化剂及制备方法 |
| EA009448B1 (ru) * | 2002-06-25 | 2007-12-28 | Ниттецу Майнинг Ко., Лтд. | Фотокатализатор с высокой активностью и способ его получения |
| CN100395025C (zh) * | 2006-09-11 | 2008-06-18 | 复旦大学 | 一种高稳定可再生的负载型纳米硫化镉光催化剂的制备方法 |
| CN103028371B (zh) * | 2012-12-10 | 2014-12-10 | 上海师范大学 | 一种MCM-41@TiO2吸附-光催化纳米复合材料的制备方法 |
| RU2665040C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Термостабильный катализатор изомеризации ароматических углеводородов с-8 |
-
2020
- 2020-12-15 RU RU2020141302A patent/RU2752496C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1334440A1 (ru) * | 1985-11-18 | 1994-12-15 | Институт катализа СО АН СССР | Способ получения гетерогенного фотокатализатора для разложения сероводорода, растворенного в воде |
| RU2175888C2 (ru) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Cds-фотокатализатор для получения водорода, его приготовление и способ получения водорода с его применением |
| EA009448B1 (ru) * | 2002-06-25 | 2007-12-28 | Ниттецу Майнинг Ко., Лтд. | Фотокатализатор с высокой активностью и способ его получения |
| CN1830553A (zh) * | 2006-02-27 | 2006-09-13 | 西安交通大学 | CdS/Ti－MCM－41载铂光催化剂及制备方法 |
| CN100395025C (zh) * | 2006-09-11 | 2008-06-18 | 复旦大学 | 一种高稳定可再生的负载型纳米硫化镉光催化剂的制备方法 |
| CN103028371B (zh) * | 2012-12-10 | 2014-12-10 | 上海师范大学 | 一种MCM-41@TiO2吸附-光催化纳米复合材料的制备方法 |
| RU2665040C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Термостабильный катализатор изомеризации ароматических углеводородов с-8 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Chemical encyclopedia: In 5 volumes: volume 5: Tryptophan-Yatro-chemistry / Editorial board: N.S. Zefirov. (chief ed.) and other-M .: Big Russian encycl., 1998.-783 p. * |
| S. V. REMPEL. et al. Dimensions and fluorescence of quantum dots of cadmium sulfide, Solid State Physics, 2013, Volume 55, Issue 3, pp. 567-571. * |
| Solid catalysts, their structure, composition and catalytic activity: Monograph 1 I.M. Kolesnikov, G. I. Vyakhirev, M. Yu. Kilyanov, V.A. Vinokurov, S.I. Kolesnikov. - M .: State Unitary Enterprise Publishing House "Oil and Gas" Russian State University of Oil and Gas named after I. M. Gubkina, 2000.-372 p. * |
| Ya.A. Vereshchagin. Physical chemistry of nanomaterials: textbook / Ya.A. Vereshchagin. - Kazan: Kazan. un-t, 2016 .-- 120 p. * |
| Твёрдые катализаторы, их структура, состав и каталитическая активность: Монография 1 И.М. Колесников, Г.И.Вяхирев, М.Ю. Кильянов, В.А. Винокуров, С.И. Колесников. - М.: ГУП Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2000.-372 с.. РЕМПЕЛЬ С.В. и др. Размеры и флуоресценция квантовых точек сульфида кадмия, Физика твердого тела, 2013, том 55, вып.3, стр. 567-571. Я.А. ВЕРЕЩАГИНА. Физическая химия наноматериалов: учебное пособие/ Я.А. Верещагина. - Казань: Казан. ун-т, 2016. - 120 с. * |
| Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.5: Триптофан-Ятро-химия/Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др.-М.: Большая Российская энцикл., 1998.-783 с. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116328817A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-06-27 | 大连理工大学 | 一种金纳米团簇催化剂及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Mechanochemical synthesis of advanced nanomaterials for catalytic applications | |
| JP6220873B2 (ja) | 水素生産のための金属硫化物をベースとする組成物光触媒 | |
| Kanungo et al. | Silylation enhances the performance of Au/Ti–SiO2 catalysts in direct epoxidation of propene using H2 and O2 | |
| Cui et al. | Incorporation of active metal species in crystalline porous materials for highly efficient synergetic catalysis | |
| RU2587078C2 (ru) | Железосодержащий цеолит, способ получения железосодержащих цеолитов и способ каталитического восстановления оксидов азота | |
| Murcia-López et al. | Photocatalytic reduction of CO 2 over platinised Bi 2 WO 6-based materials | |
| CN110152741A (zh) | 一种核壳结构的高效复合可见光催化剂及其制备方法和应用 | |
| RU2566292C2 (ru) | Носители катализатора | |
| US8992738B2 (en) | Method for conversion of carbon dioxide to methane using visible and near infra-red light | |
| Lo et al. | Ordered mesoporous photocatalysts for CO 2 photoreduction | |
| US8222173B2 (en) | Catalyst and method of manufacturing the same | |
| JP2021526458A (ja) | 貴金属担持触媒及びその製造方法、並びに応用 | |
| RU2752496C1 (ru) | Композитный мезопористый фотокатализатор | |
| CN112958061B (zh) | 一种氧空位促进直接Z机制介孔Cu2O/TiO2光催化剂及其制备方法 | |
| CN109876804B (zh) | 一种用于苯选择性加氢制环己烯的二氧化钛负载钌催化剂及其制备方法 | |
| CN108479841B (zh) | 一种复合助催化剂修饰的氮化碳基光催化剂、其制备方法及用途 | |
| KR100722429B1 (ko) | 나노입자의 구리-망간 산화물 촉매의 제조방법 및 이에따라 제조된 촉매 | |
| CN113413897A (zh) | 一种高效复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| US20060034752A1 (en) | Visible-light-activated photocatalyst and method for producing the same | |
| Zhang et al. | A rational construction of Pt@ Cu-ZSM-5@ CuOx catalyst with detached multi-functional Pt and Cu sites for high-performance acetonitrile decomposition | |
| KR20150046811A (ko) | 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재 | |
| CN109317166B (zh) | 一种三元复合光催化剂的制备方法及应用 | |
| RU2637120C1 (ru) | Способ приготовления металл-нанесенного катализатора для процесса фотокаталитического окисления монооксида углерода | |
| US6692713B2 (en) | Process for the catalytic oxidation of carbonaceous compounds | |
| Al-Ahmed | Metal doped TiO2 photocatalysts for CO2 photoreduction |