Page 129 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 文 曼，等: CuO-SiO 2 气凝胶@TiO 2 纳米纤维无牺牲剂光催化还原 CO 2 ·983·

纳米纤维在 CuO-SiO 2 复合气凝胶粒子表面的生长 其中，c 为反应后溶液中甲醇浓度，mol/L；V 为溶
示意图。 液体积，0.15 L；m 为催化剂质量，g。
用转换频率（TOF）评价催化剂的催化活性，
按下式计算 TOF：
甲醇分子数
TOF 

催化剂中 Ti原子数 反应时间
式中：甲醇分子数由气相色谱定量分析得出；催化

剂中 Ti 原子数由 ICP-AES 测试分析而得；反应时
图 1 TiO 2 纳米纤维生长示意图
Fig. 1 Schematic diagram of TiO 2 nanofibers growth 间，h。

1.2.3 CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO 的制备 2 结果与讨论
将 1 g CuO-SiO 2 @TiO 2 分散在 40 mL Cu(NO 3 ) 2
水溶液（0.5 mol/L）中，搅拌 4 h 后离心分离。于 80 ℃ 2.1 表征
干燥 6 h，然后在马弗炉中空气环境下 500 ℃焙烧 8 h， 图2 分别为CuO-SiO 2 复合气凝胶、CuO-SiO 2 @TiO 2
得到 CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO。 和 CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO 的 SEM 和 TEM 图以及
1.3 结构表征与性能测试 CuO-SiO 2@TiO 2/CuO 的元素分布图。图 3 为 CuO-SiO 2
采用 XRD 对样 品进行晶型 分析， Cu 靶 复合气凝胶、CuO-SiO 2 @TiO 2 及 CuO-SiO 2 @TiO 2/CuO
（λ=0.154056 nm）为 K α 射线，工作管电压为 40 kV， 的 N 2 吸附-脱附等温线和孔径分布图。
管电流为 40 mA，扫描角度 2θ= 10°~80°，扫描速度
为 0.02 (°)/min；采用 SEM 观察样品表面形貌和结
构；采用 TEM 对样品的内部结构进行分析；采用
N 2 吸脱附测试仪测试样品的孔径、孔容及 BET 比表
面积；采用 UV-Vis 分析样品的吸收光谱，扫描范围
为 300~800 nm；采用 PL 对样品的荧光强度进行分析，
激发波长为 245 nm，激发狭缝宽度和发射狭缝宽度均
为 5 nm；XPS 及 UPS 能谱测试中，激发源为经单色
化处理后的 Al 靶 K α 射线，光照能量 hv 为 1486.6 eV，
功率为 150 W，500 μm 的束斑。XPS 中以 C 1s 的结
合能（284.8 eV）为标准值作参考校正。UPS 中以
HeⅠ（21.2 eV）为单色光源，能量分辨率为 100 meV。
1.4 可见光催化 CO 2 还原
光催化反应在圆柱形石英玻璃反应器中进行，
其直径为 50 mm，体积为 300 mL，反应器外有循环
冷凝水夹套。300 W 氙灯为光源，安装在反应器上
端 40 mm 处。为充分利用光能，在反应器底部安装
反光镜。每次光催化反应，将 0.1 g 催化剂分散在
150 mL 氢氧化钠（0.2 mol/L）水溶液中，先超声振
动 5 min，使粉末均匀分散，然后持续通入 CO 2 气
体（30 mL/min）30 min，让 CO 2 在氢氧化钠水溶液
中达到饱和。开启光源，每隔 1 h 取样 4 mL。采用

气相色谱仪分析反应液中的甲醇浓度，FID 检测器， 图 2 CuO-SiO 2 气凝胶、CuO-SiO 2 @TiO 2 和 CuO-SiO 2 @TiO 2 /
DB-64 毛细管柱（长 30 m，直径 0.32 mm，壁厚 0.18 μm）。 CuO 的 SEM〔a（插图为实物图）、c、f）〕和 TEM
外标法定量甲醇浓度，用峰面积-甲醇浓度的标准校 （b、d、e）图以及 CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO 对应元素
正曲线计算。每个样品测量 3 次，取平均值。甲醇产 分布图（g, h, i）
Fig. 2 SEM [a (Insert: the physical photo), c, f]]and TEM
率（单位 μmol/g-cat）按下式 [16] 计算： (b, d, e) of CuO-SiO 2 composite aerogel, CuO-SiO 2 @TiO 2
cV and CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO, EDS elemental mapping
6
甲醇产率   10
m of CuO-SiO 2 @TiO 2 /CuO (g, h, i)