光催化CO2还原反应产物的检测方案.pdf

光催化 CO2 还原产物的检测方案探索稳定地控制大气中 CO2 总量的方案和积极应对能源危机，是各国政府和科学家们的重大研究课题。在太阳光驱动下，利用光催化材料在温和的反应条件（常温和常压），实现催化转化二氧化碳为可再生碳氢燃料（CO2+H2O碳氢化合物+O2），以碳氢燃料为能源载体，可以实现碳循环利用，因而是最理想的 CO2 转化与利用方案。图 1：光催化还原 CO2 为碳氢燃料示意图从二氧化碳的化学性质来看，它并不属于活泼气体，其惰性较大，这就给活化二氧化碳带来了很大的困难。在以往还原二氧化碳的过程中一般是通过加氢还原，但是在这个过程中需要加入大量的催化剂。例如在二氧化碳甲烷化的过程中一般是使用金属作为催化剂如铁和镍等，另外二氧化硅和氧化铝也是良好的催化剂。上述方法还原二氧化碳虽然具有较好的效果，但是相对而言需要较为严格的化学条件，同时还要耗费大量的氢气。而通过光催化剂对二氧化碳进行还原其条件仅仅需要光照即可，并不需要还原气体。光催化剂还原 CO2 并不会产生有害气体，也不需要消耗电能以及热能，操作也较为简便，不会带来二次污染。从发展趋势来看光催化剂给二氧化碳还原带来了良好的技术支持，在未来光催化剂还原 CO2 将得到巨大的发展空间。在使用光催化剂对二氧化碳还原的过程中是利用光触媒来引发反应。在这过程中光触媒具备了催化剂的作用，但是又与催化剂存在着一定的区别。在光照射条件下它本身并不会出现变化，但是却能够促使新化学反应进行。通过光能转换作用将光能转变为化学能以此来发挥催化作用。目前二氧化钛是较为常见的光催化剂，在光照条件下二氧化钛中的价带电子将会被激活并产生跃迁活动，在光的激发条件之下会产生电子以及空穴，而因为产生的两者具有的还原性和氧化性的活性位点迁移至 TiO2 表面与表面吸附的 CO2 和 H2O 发生反应。然而当空穴夺取水中的电子使其变成有强氧化型的 HO 和 H+，此时 CO2 作为电子受体被还原为强氧化型的二氧化碳负离子自由基，过程如下，H2O+h+HO+H+CO2+e-CO2-二氧化碳负离子自由基通过进一步与氢离子，光生电子结合生成甲酸等等碳氢化合物。气相色谱仪主要是用来检测光催化反应产物的，检测的成份主要有气体和液体两类，气体成份主要有：H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2 等（也可能会有 C3、C4，其含量应该比较低，一般不检测）；液体的成份主要有：甲酸、甲醇、甲醛、甲醚、二甲醚、乙醇等。我们上海科创色谱仪器有限公司专门针对光催化反应产物的检测做三个检测方案