Выходные данные
Статус студент 4 курса бакалавриата
Организация Санкт-Петербургский государственный университет
Подсекция Катализ
Метки студент
Фотокаталитическая активность слоистого титаната H2Nd2Ti3O¬10, интеркалированного н-бутиламином, в реакции получения водорода из водных растворов спиртов
Максимова Елизавета Алексеевна
Чтобы говорить о «многообещающих» катализаторах, сравните их эффективность с известными системами
Спасибо за замечание. В рамках данной работы было проведено сравнение с диоксидом титана, который на сегодняшний день является наиболее используемым фотокатализатором.
Почему зависимость активности от концентрации и содержания катализатора проходят через максимум?
Почему был выбран бутиламин?
Сохраняется ли структура катализатора после каталитических экспериментов? Как контролировали?
Спасибо за вопросы. Отвечу по порядку.
1. К сожалению, на данный момент точного объяснения данного феномена у нас нет. По-видимому, ответ следует искать в механизме рассматриваемой реакции, в которой в качестве реагента принимает участие не только метанол, но и вода. В частности, при так называемом непрямом механизме фотокалализа из воды под действием фотогенерированных дырок генерируются OH-радикалы, которые затем окисляют метанол. В случае слоистого оксида этот процесс, вероятнее всего, происходит в межслоевом пространстве, куда молекулы воды могут интеркалировать. При этом эффективность генерации OH-радикалов должна зависеть от концентрации воды, которая падает при увеличении концентрации спирта. Также можно заметить, что в случае TiO2 подобный максимум не наблюдается. Можно предположить, что для него преимущественно реализуется прямой механизм окисления, и тогда выход на плато объясняется ограниченным числом активных центров, на которые могут адсорбироваться молекулы метанола.
2. Вероятно, вы имели в виду максимум на кривой зависимости от содержания сокатализатора. Начальное увеличение эффективности выделения водорода объясняется пространственным разделением полуреакций окисления и восстановления, а значит, уменьшением рекомбинации электронов и дырок. В дальнейшем, при достижении некоторой критической концентрации наночастиц, эффективность начинает уменьшаться в связи с изменением окраски суспензии. Большая концентрация наночастиц платины придает ей черный цвет, а высокая оптическая плотность ведет к большому рассеянию света и отсутствием поглощения всем объемом раствора. Как результат, очень небольшое число фотонов в действительности приводит к протеканию реакции.
3. В нашей лаборатории были синтезированы различные аминовые производные слоистых оксидов, в частности, была проведена интеркаляция метиламина, этиламина и бутиламина. Предварительные измерения показали, что в случае бутиламина увеличение межслоевого пространства максимально, поэтому именно этот образец был выбран для дальнейших экспериментов.
4. К сожалению, всеобъемлющей работы по исследованию устойчивости катализатора проведено не было. Однако, после некоторых каталитических экспериментов твердые остатки суспензий были исследованы методами рентгенодифракционного анализа, CHN-aнализа и термогравиметрии. Было обнаружено, что межслоевое пространство уменьшается, но не до размеров исходного слоистого оксида. Содержание углерода в образце уменьшилось в 4 раза, что говорит либо о вымывании бутиламина из состава катализатора, либо о частичном его разложении. Поскольку достоверные причины и состав конечного соединения установить не удалось, данные не были приведены здесь.
Кроме того, стоит отметить, что количество водорода, полученное в ходе одного эксперимента, намного превышает количество бутиламина в межслоевом пространстве фотокататализатора. Это означает, что выделение водорода преимущественно происходит именно из воды или спирта, нежели из бутиламина.