摘要：光催化作為一種清潔和可持續(xù)的技術(shù)，具有解決環(huán)境問題和能源危機(jī)的潛力，已成為能源領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。比表面及孔徑分析儀可對光催化材料進(jìn)行準(zhǔn)確高效的表征，為光催化多孔材料提供精準(zhǔn)的比表面積測量以及孔徑分析。

當(dāng)前，能源短缺和環(huán)境污染等問題使得新能源尤其是太陽能的開發(fā)愈發(fā)重要。光催化以其反應(yīng)條件溫和、能直接利用太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的優(yōu)勢，備受科研人員的關(guān)注。同時，該技術(shù)在污染物和重金屬的光降解、水消毒、制氫、二氧化碳光還原、光電傳感和光動力治療等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

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在光催化研究領(lǐng)域，微孔和介孔等多孔固體材料相比于常規(guī)光催化材料顆粒具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是近年來非常熱門的研究方向之一。多孔結(jié)構(gòu)的大比表面積可以使催化反應(yīng)的反應(yīng)點(diǎn)增多，同時讓光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴更容易到達(dá)光催化材料表面參加表面化學(xué)反應(yīng)，從而提高量子轉(zhuǎn)換效率。

國儀精測的比表面及孔徑分析儀可對光催化材料進(jìn)行準(zhǔn)確高效的表征，為光催化多孔材料提供精準(zhǔn)的比表面積測量以及孔徑分析。

比表面及孔徑分析儀對釩酸鉍材料光催化脫硫的表征

釩酸鉍（BiVO4）作為一種新的可見光活性催化劑可以提供較大的表面積和孔徑，有利于底物與催化劑活性位點(diǎn)的接觸。因此，釩酸鉍（BiVO4）表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。但由于純釩酸鉍（BiVO4）的吸附性能差，光生電子空穴對難以遷移，導(dǎo)致其光催化效率低，限制了其應(yīng)用。為了克服這些障礙，負(fù)載金屬或金屬氧化物總是可以通過將光生電子與空穴分離來增強(qiáng)催化劑的光催化活性[1]。如Gao等人[2]在利用將Ag負(fù)載在釩酸鉍（BiVO4）材料進(jìn)行光催化脫硫時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ag/BiVO4比表面積最大時候，催化劑表現(xiàn)出最 好的光催化活性。

研究人員利用國儀精測自主研發(fā)的比表面及孔徑分析儀V-Sorb X800系列產(chǎn)品對樣品進(jìn)行了測試，得到了如下的等溫線圖和孔徑分布圖。

圖1

(a)pH=5，(b)pH=7，(c)pH=9時Ag-BiVO4等溫線和BJH孔徑分布圖[2]

圖1為Ag-BiVO4在不同pH值下的等溫線和和孔徑分布圖。從圖1可以看出，所制備的Ag-BiVO4樣品(pH=9)的孔徑分布最窄(< 62nm)，表明與Ag-BiVO4樣品(pH=5)和Ag-BiVO4 (pH=7)樣品相比，晶體是單分散的。

BiVO4樣品(pH=7)孔徑的廣泛分布(123nm)證實(shí)了Ag-BiVO4(pH=7)晶體廣泛分散。所制備的Ag-BiVO4樣品 (pH=5,pH=7,pH=9)分別在60、27和38nm區(qū)域呈現(xiàn)出它們的最大孔徑部分。Ag-BiVO4(pH=7)樣品的BET比表面積為13.768 m2/g，略大于Ag-BiVO4(pH=5)樣品(5.5 m2/g)和Ag-BiVO4 (pH=9)樣品(9.43 m2/g)。

其中pH=7時，Ag-BiVO4表現(xiàn)出最高的光催化脫硫活性。正是由于pH=7的Ag-BiVO4樣品呈現(xiàn)橢球狀和“鳥巢”狀的混合結(jié)構(gòu)，具有顯著的高比表面積(13.768 m2/g)，因此具有豐富的電子空穴對和更多的活性位點(diǎn)。

比表面及孔徑分析儀對二氧化鈦材料光催化降解的表征

在過去的幾十年里，二氧化鈦（TiO2）因其無毒、低成本、高穩(wěn)定性和優(yōu)異的光催化活性而被廣泛研究用于光催化。光生羥基自由基 OH? 由二氧化鈦（TiO2）表面的空穴與水和/或氧相互作用產(chǎn)生，具有很強(qiáng)的氧化能力（標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位+2.8 V），可以將大部分有機(jī)化合物氧化成礦物終產(chǎn)物，如碳二氧化碳和水。

另一方面，光生電子可以在犧牲劑的存在下將水中的氫離子還原為氫。因此，二氧化鈦通常用于光降解有機(jī)污染物或光催化制氫[3]。然而，其較寬的帶隙（約3.2eV）說明二氧化鈦（TiO2）的光吸收處于紫外光區(qū)域，極大地阻礙了太陽輻照度的利用。為了將二氧化鈦（TiO2）的吸收區(qū)擴(kuò)展到可見光區(qū)并提高光催化活性，通常會引入非金屬摻雜物到二氧化鈦（TiO2）中。Xie等人[4]利用硼摻雜TiO2研究用于光降解各種有機(jī)污染物，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)比表面積最大以及孔徑最小的TiO2-5B表現(xiàn)出最 好的光催化活性。

研究人員利用國儀精測自主研發(fā)的比表面及孔徑分析儀V-Sorb X800系列產(chǎn)品對樣品進(jìn)行了測試，得到了如下的等溫線圖和孔徑分布圖。

圖2

（a）不同煅燒溫度下的TiO2-5的等溫線圖，（b）和BJH孔徑分布圖[4]

圖2 為不同煅燒溫度下的TiO2-5的等溫線圖（a）和BJH孔徑分布圖（b）?？梢钥闯鏊袠悠肪鶠榻榭仔再|(zhì)(圖2a)。并且隨著煅燒溫度的升高，BET比表面積和孔徑逐漸減小(圖2b)。大的比表面積和介孔結(jié)構(gòu)使樣品具有更多的活性位點(diǎn)，容易與底物相互作用，從而使TiO2-5B-500表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。

國儀精測比表面及孔徑分析儀

國儀精測為催化劑提供了比表面及孔徑分布分析方法，通過比表面積和孔徑分布來確定催化劑比活性的基礎(chǔ)，在化學(xué)、材料、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品具有測試高效、結(jié)果準(zhǔn)確、性價(jià)比高、自動化操作簡單易學(xué)等諸多優(yōu)勢。

客戶評價(jià)

“國儀精測全自動比表面及孔徑分析儀使用情況良好，性能穩(wěn)定，平行性和精度都非常高，且儀器完全自動化操作，為測試工作帶來了便利。儀器在使用過程中，技術(shù)支持和售后問題能快速響應(yīng)?！?/p>

——中山大學(xué)巖土工程與信息技術(shù)研究中心

“全自動比表面及孔徑分布測定儀測試性能穩(wěn)定，測試精度高，可與國外同類產(chǎn)品相比較，且儀器測試操作是完全自動化，為我們的測試工作帶來了很大的便利。通過2年多使用貴公司產(chǎn)品，確保了我公司產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，目前儀器使用很正常，貴公司的售后服務(wù)也很及時和到位。”

——大連瑞克科技有限公司

參考資料：

[1]Kho Y K, Teoh W Y, Iwase A, et al. Flame preparation of visible-light-responsive BiVO4 oxygen evolution photocatalysts with subsequent activation via aqueous route[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2011, 3(6): 1997-2004.

[2]Gao X M, Fu F, Zhang L P, et al. The preparation of Ag–BiVO4 metal composite oxides and its application in efficient photocatalytic oxidative thiophene[J]. Physica B: Condensed Matter, 2013, 419: 80-85.

[3]Naldoni A, Altomare M, Zoppellaro G, et al. Photocatalysis with reduced TiO2: from black TiO2 to cocatalyst-free hydrogen production[J]. ACS catalysis, 2018, 9(1): 345-364.

[4]Xie K, Zhang H, Sun S, et al. Functions of boric acid in fabricating TiO2 for photocatalytic degradation of organic contaminants and hydrogen evolution[J]. Molecular Catalysis, 2019, 479: 110614.

標(biāo)簽：比表面及孔徑分析儀