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天然闪锌矿光催化还原二氧化碳实验研究
  • ISSN号:0469-5097
  • 期刊名称:《南京大学学报:自然科学版》
  • 时间:0
  • 分类:TP181[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
  • 作者机构:造山带与地壳演化教育部重点实验室矿物环境功能北京市重点实验室北京大学地球与空间科学学院,北京100871
  • 相关基金:国家自然科学基金(41230103,41522201,41272003);国家重点基础研究发展计划(973项目)(2014CB846001)
中文摘要:

利用电子探针(EPMA),X射线光电子能谱(XPS),拉曼光谱(Raman)和紫外可见漫反射(UV-vis DRS)对天然闪锌矿成分、物相与能带结构进行了表征,发现Fe,Cu,Ga等杂质金属可抬升闪锌矿价带能级位置,减小禁带宽度,并在其禁带中引入施主与受主能级,增强闪锌矿的光吸收范围.在pH为6的厌氧条件下,光照9h后天然闪锌矿光催化还原CO_2产生的甲酸浓度达到12mg·L~(-1),高于合成ZnS的10mg·L~(-1).当NaH_2PO_2与Na_2S作为复合空穴捕获剂时,CO_2光催化还原速率较由Na_2S作为空穴捕获剂的体系提升45%.在此基础上,根据实验介质环境下闪锌矿表面荷电特性,探讨了闪锌矿对CO_2的吸附方式影响CO_2还原效率并降低CO_2转化为CO_2~-阴离子能垒的微观机制.研究结果可扩展天然半导体矿物作为低成本、大产量光催化剂在CO_2有机转化领域的应用范围.

英文摘要:

The chemical composition,mineral phase and band structure were analyzed by electron probe microanalyzer(EPMA),Raman,X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy(UVvis DRS).The dopants including Fe,Cu,Ga raised valence band position and introduced donor level and acceptor level to band structure of natural sphalerite,expanding the light absorption range.In weak acidic and anaerobic solution,the yield of HCOOH photo-reduced by natural sphalerite was 12mg·L~(-1) after irradiation for 9h,higher than synthetic ZnS.The synergistic effect in the use of both NaH_2PO_2 and Na_2S as hole scavenger was also discussed.According to the point of zero charge(PZC)of sphalerite,a micro mechanism was proposed to reveal the process of photocatalytic reduction on natural sphalerite surface.Our research might explore the application of natural semiconducting minerals as cost-effective photocatalysts and provide direction to accelerate photoreduction of CO_2 by surface modification.

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期刊信息
  • 《南京大学学报:自然科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国教育部
  • 主办单位:南京大学
  • 主编:龚昌德
  • 地址:南京汉口路22号南京大学(自然科学版)编辑部
  • 邮编:210093
  • 邮箱:xbnse@netra.nju.edu.cn
  • 电话:025-83592704
  • 国际标准刊号:ISSN:0469-5097
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1169/N
  • 邮发代号:28-25
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:9316