复合金属氧化物催化剂在光驱动合成过氧化氢中的原位转化及其性能研究

摘要

利用钛基复合金属氢氧化物作为前驱体,通过焙烧转化为钛基复合金属氧化物,作为光合成过氧化氢的催化剂.发现复合金属氧化物中的氧化锌晶相在合成过氧化氢反应中被原位溶蚀,逐步转变为TiO2-ZnTiO3相.复合金属氧化物与原位转化得到的TiO2-ZnTiO3都显示出比商品化的TiO2（P25：80%锐钛矿和20%金红石混合相）更好的光合成过氧化氢性能.动力学分析表明,过氧化氢的生成由其生成速率与分解速率共同决定,TiO2-ZnTiO3作为催化剂时,过氧化氢的生成速率常数（Kf）是3.581μM/min,是复合金属氧化物作催化剂时（Kf=0.982μM/min）的3.65倍,是P25（Kf=0.852μM/min）的4.20倍.而相应的分解速率常数（Kd）,TiO2-ZnTiO3（Kd=0.0472min-1）是复合金属氧化物（Kd=0.0119min-1）的3.97倍,是P25（Kd=0.0374min-1）的1.26倍.TiO2-ZnTiO3具有更大的生成速率常数和分解速率常数.因此,尽管TiO2-ZnTiO3在反应初期催化生成了更多的过氧化氢,但随着反应进行,TiO2-ZnTiO3催化合成的过氧化氢与复合金属氧化物达到几乎相同量,这表明催化剂的原位结构（物相）转变对反应动力学产生了影响,但并不显著改变过氧化氢的最终产量.抑制过氧化氢在催化剂表面的分解是提高其产量的重要途径.该工作加深了对钛基复合金属氧化物光催化合成过氧化氢的反应动力学认识,为钛基催化剂结构设计提供了一定指导.