本技术涉及一种聚乙烯亚胺改性硫化铟复合材料及其制备方法和应用,属于硫化铟催化剂材料技术领域。该复合材料富含硫空位,制备方法简便,可广泛应用于催化领域。
背景技术
过氧化氢(H2
O2
)作为最重要的绿色化学品之一,已被广泛应用于化学合成、漂白、食品加工、生物医学治疗和环境修复等领域,与人类生活和工业生产密切相关。目前连续生产H2
O2
的方法依赖于复杂的蒽醌(AQ)过程,涉及耗能的多步氢化和氧化反应,与现代绿色化学的概念背道而驰。光催化H2
O2
生产(PHP)是一种可持续的方法,它利用太阳光作为能量来源,模仿光合作用,从纯水和氧气中生成H2
O2
。H2
O和O2
偶联生成H2
O2
是一个阳光驱动的反应(1/2O2
+ H2
O = H2
O2
,ΔG=117 kJ mol-1
)。目前,商用H2
O2
的浓度约为30-70wt%,而实际应用中通常使用的是低浓度H2
O2
。PHP完全依靠太阳能运行,可以用水和氧气(空气)为原料现场生产低浓度H2
O2
溶液,从而避免了高浓度H2
O2
溶液带来的运输、储存成本和安全隐患。
光催化产生H2
O2
有两种可能的途径:(1)发生在光催化剂导带(CB)上的双电子氧还原反应(ORR,O2
+ 2e−
+ 2H+
= H2
O2
),这是主要途径;(2)发生在价带(VB)上的双电子水氧化反应(2e−
WOR)(2H2
O + 2h+
= H2
O2
+ 2H+
)。其中ORR又可细分为一步双电子反应(O2
+ 2e−
+ 2H+
=H2
O2
)和两步单电子反应(O2
+ e−
= •O2
−
, •O2
−
+ e−
+ 2H+
→ H2
O2
)。值得说明的是,在光催化合成H2
O2
的过程中,大多数半导体材料,如g-C3
N4
、TiO2
和CdS等,都会形成中间活性物种•O2
−
。尽管含有硫空位的硫化铟可以产生大量的活性物种•O2
−
,但是产过氧化氢能力相对较差。限制H2
O2
产生的因素之一是动力学速度较慢的半反应(WOR)很难为动力学速度较快的半反应(ORR)提供充足的质子。之前的大多数报告都侧重于改善O2
还原的半反应,例如通过使用牺牲剂如异丙醇、苯甲醇和2-丙醇等,消耗光生空穴的同时生成ORR反应所需要的质子。然而,添加人工合成剂不仅会增加总体生产成本,还带来剥离副产品的挑战,限制了其后续应用。
基于上述背景,如能开发一种可以将含有硫空位的硫化铟产生的超氧根自由基进一步质子化加氢,将会获得优异的过氧化氢产率,也能大幅度降低产过氧化氢的成本,具有巨大商业化前景。
实现思路