氢酶-Cr2O3-TiO2复合物催化光解水制氢

摘要

本试验研究了Cr2O3-TiO2-氢酶复合体利用可见光催化光解水产氢。以钛酸四丁酯和重铬酸铵为原料，采用溶胶凝胶法制备了Cr2O3-TiO2，利用浸渍吸附法将产酸克雷伯氏菌氢酶与Cr2O3-TiO2藕联。研究了搅拌速率、pH、温度等条件对Cr2O3-TiO2吸附氢酶的影响。结果表明Cr2O3-TiO2在270nm、440nm和600nm附近有明显的吸收峰。Cr2O3-TiO2吸附氢酶的最佳条件为：温度37℃，pH7.0，搅拌速率100rpm，该条件下氢酶的吸附率达到80％以上。在氢酶负载量为10%(W/W)、60w白炽灯光源光照度条件下，Cr2O3-TiO2-氢酶催化光解水产氢速率为10μL·min-1·g-1，是Cr2O3-T1O2催化光解水产氢速率(3μL·min-1·g-1)的3.33倍，反应体系中加入终浓度为0.05mmol/L甲基紫晶(methylviologen，MV)及0.05mmol/L连二亚硫酸钠(Na2S2O3)可显著提高Cr2O3-TiO2-氢酶光催化产氢速率，达110μL·min-1·g-1。在相同条件下，P25型TiO2仅有微量氢产生。本试验结果表明Cr2O3-TiO2能利用可见光光解水产氢，氢酶与Cr2O3-TiO2藕联可显著提高可见光光解水产氢活性。
　　 采用阳极氧化法制备TiO2纳米管，将其作为电解槽的两极，简称“ATTE”(1.4cm×4.5cm)，利用浸渍吸附法将产酸克雷伯氏菌氢酶固定化在阴极ATTE。研究了光照比例、外加电压、KOH浓度等因素对负载氢酶的ATTE电解法紫外光解水制氢效率的影响，结果表明531μg为ATTE最佳氢酶负载量。负载氢酶的ATTE的最佳紫外光光解水的条件为：光照比例为1、外加电压为1.3V、1.0mol/LKOH为电解液。以超净工作台的紫外灯为光源的情况下，最佳条件下，负载531μg氢酶的ATTE2.5h内的产氢量为1.55μL/cm2，而未负载氢酶的ATTE组和氢酶组2.5h内的产氢量和为0.95μL/cm2。本试验结果表明负载氢酶的ATTE可显著提高TiO2紫外光光解水产氢活性。