碳资源化学一chapter2.pptx

ContentsChapter 1 IntroductionChapter 2 Catalysis, Electrocatalysis and Photocatalysis碳资源化学(一)Chapter 3 CH4 ChemistryChapter 4 Syngas ChemistryChapter 5 Methanol ChemistryChapter 6 CO2 ChemistryChapter 7 Biomass Chemistry碳资源化学(二)Chapter 8 Petroleum and Coal ChemistryChapter 2 Catalysis, Electrocatalysis and Photocatalysis1. 催化化学基础2. 电催化基础3. 光催化基础一、能源环境背景－学科发展背景 全面、和谐、可持续发展 是全球关注的主题人类正面临严峻的生存挑战！！！ ▲ 能源危机 —— 化石能源煤、石油、天然气等在枯竭 ▲ 环境污染 —— 大气、水、土壤等严重污染一、能源环境背景－学科发展背景绿色清洁能源——太阳能1. 太阳能间接转化的能源: 风能、水能、潮汐能、生物能等。太阳—气压差—气流—风能太阳—蒸发降雨—水流—水能太阳月球引力—海流—潮汐能2. 太阳能的直接利用: 光伏、光催化等。太阳能—电能太阳能—化学能太阳—光合作用—动植物—生物能一、能源环境背景－学科发展背景太阳能——化学能Can solar power the world?5.5 x 1020 joule/year(World energy consumption)≈ 0.02%3.0 x 1024 joule/year(Solar energy on the earth surface)data as of 2015Feasibility: cost and efficiency光催化是实现太阳能到化学能的重要途径！能源光催化环境光催化将低密度的太阳能转化为高密度的化学能（氢能）通过光催化反应分解各种污染物和杀灭细菌与病毒导带OrganicsH2O,CO2（甲醛、苯、PCB、二恶英、 染料、农药…）H2,CH4,CO,O2CO2,H2O价带Biomass,C1有用化学品光催化合成Fundamental ResearchPractical Applications光催化技术是近年来迅速发展起来的可以利用太阳能进行能源转化和环境净化的新技术。●二、光催化的应用领域－学科发展背景化学工业生物制药国防军事 光催化技术应用印染行业家用电器医疗卫生光能转化建材行业光催化技术在众多领域具有广阔的应用前景：二、光催化的应用领域－学科发展背景应用示例大气净化室内空气净化国 防 军 事自清洁抗雾玻璃自清洁建筑材料医 疗 卫 生二、光催化的应用领域－学科发展背景1912Ciamician, G., The photochemistry of the future. Science, 1912, 36, 385. 预言Nature, 1972, 238, 37.1972A. Fujishima and K. HondahvH2O H2 + O2Cat.烟囱林立未来工业：玻璃林立Nature, 1979, 277, 637.A. Fujishima and K. Honda1979hvCO2 + H2O CH3OH + HCHO + ···Cat.2014 Publications on photocatal*: ~ 9500From Web of Science快速发展，前景光明！三、光催化的发展历史－学科发展背景示例: 光解水过程的开创 1972年A. Fujishima and K. HondaNature, 1972, 238, 37.hvH2O H2 + O2Cat.“Honda-Fujishima Effect”光阳极TiO2:2H+ + 2e- H2对阴极Pt:H2O + 2h+ 1/2O2 + 2H+ H2O2在没有外加电压的情况下，就能光催化分解水生成氢气和氧气。PtTiO2三、光催化的发展历史－学科发展背景H2CH4,CO,CH3OH…H2OReduction (iii)H2O+CO2(i)光激发产生光生电子-空穴a 光生电子-空穴的分离和迁移(ii)b 光生电子-空穴重新相遇而复合(iii)O2(OX)表面氧化还原反应Oxidation (iii)H2O四、半导体光催化基本原理－学科发展背景光催化的三个基本过程：半导体(ii)aCBe-H+/H2Eghv(i)(ii)bH2O/O2h+VB(ii)aEnergy level四、半导体光催化基本原理－学科发展背景半导体光催化分解水基本原