Установление кинетических закономерностей фотокаталитического генерирования водорода из муравьиной кислоты на металлокерамических композитах при облучении видимым светом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены процессы фотокаталитического получения водорода из водных растворов муравьиной кислоты при облучении видимым светом с применением танталсодержащих металлокерамических композитов на основе нитрида кремния, приготовленных методом автоволнового горения в азоте ферросиликоалюминия (ФСА) и смеси порошков кремния и алюминия с добавками тантала, в отсутствие и с добавкой пероксида водорода в зависимости от концентрации субстрата и рН суспензии. Установлено, что зависимость скорости фотокаталитического получения водорода от концентрации муравьиной кислоты без пероксида водорода подчиняется механизму Ленгмюра–Хиншельвуда. В присутствии пероксида водорода при увеличении концентрации муравьиной кислоты наблюдается резкое увеличение скорости фотокаталитического процесса. Наибольшая скорость выделения водорода из муравьиной кислоты зафиксирована на железосодержащем композите, синтезированном из ФСА, без добавки пероксида водорода и составляет 4.55 мкмоль/мин.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Н. Скворцова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: lnskvorcova@inbox.ru
Россия, просп. Ленина, 36, Томск, 634050

И. А. Артюх

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Россия, просп. Ленина, 36, Томск, 634050

Т. В. Татаринова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Россия, просп. Ленина, 36, Томск, 634050

К. А. Болгару

ФГБУН Томский научный центр СО РАН

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Россия, просп. Академический, 10/3, Томск, 634055

Список литературы

  1. Jamali-Sheini F., Cheraghizade M., Yousefi R. // Solid State Sci. 2018. V. 79. P. 30. https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab0723
  2. Acar C., Dincer I., Naterer G.F. // Int. J. Energy Res. 2016. V. 40. № 11. P. 1449. https://doi.org/10.1002/er.3549
  3. Markovskaya D.V., Kozlova E.A., Stonkus O.A., Saraev A.A., Cherepanova S.V., Parmon V.N. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 51. P. 30067. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.10.104
  4. Pilemalm R., Pourovskii L., Mosyagin I., Simak S., Eklund P. // Condens. Matter. 2019. V. 4. Р. 36. https://doi.org/10.3390/condmat4020036
  5. Журенок А.В., Марковская Д.В., Потапенко К.О., Сидоренко Н.Д., Черепанова С.В., Сараев А.А., Герасимов Е.Ю., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2023. Т. 64. № 3. С. 276. https://doi.org/10.31857/S0453881123030139
  6. Kumaravel V., Mathew S., Bartlett J., Pillai S.C. // Appl. Catal. B: Environ. 2019. V. 244. P. 1021. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.11.080
  7. Fajrina N., Tahir M. //Int. J. of Hydrogen Energy. 2019. V. 44. N2. P. 540–577.
  8. Huang J., Li R., Li D., Chen P., Zhang Q., Liu H., Lv W., Liu G., Feng Y. // J. Hazard. Mater. 2020. V. 386. P. 121634.
  9. Liang Y., Li W., Wang X., Zhou R., Ding H. // Ceramics Int. 2022. V. 48. № 2. P. 2826. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.10.072.
  10. Silva B.A., Silva J.C.G., González S.Y.G., Moreira R.F.P., Peralta R.A., Notza https://www.sciencedirect.com/author/9939927800/dachamir-hotzaD., de Noni A. Junior // Ceramics Int. 2022. V. 48. № 22. P. 32917. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.221
  11. Ullah H., Tahir A.A., Bibi S., Mallick T.K., Karazhanov S. Zh. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 229. P. 24. https://doi.org/10.1016/J.APCATB.2018.02.001
  12. Ma Y., Yumeng F., Wang M., Liang X. // J. Energy Chem. 2021. V. 56. P. 353.
  13. Fang C.M., Orhan E., de Wijs G.A., Hintzen H.T. // J. Mater. Chem. 2001. № 11. P. 1248. https://doi.org/10.1039/В005751G
  14. Орлов В.М., Седнева Т.А. https://elibrary.ru/item.asp?id=28100298 // Перспективные материалы. 2017. № 1. С. 5.
  15. Li D., Zeng L., Li B., Yang X., Yu Q., Wu Z. // Mater. Des. 2020. V. 187. P. 108416. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108416
  16. Skvortsova L.N., Chukhlomina L.N., Minakova T.S., Sherstoboeva M.V. // Rus. J. Appl. Chem. 2017. № 90. P. 1246.
  17. Artiukh I.A., Bolgaru K.A., Dychko K.A., Bavykina A.V., Sastre F., Skvortsova L.N. // J. ChemistrySelect. 2021. № 6. P. 10025. https://doi.org/10.1002/slct.202102014
  18. Bacardit J., Stotzner J., Chamarro E. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. № 23. P. 7615.
  19. Wadley S., Waite T.D. Fenton Processes-Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment. London: IWA Publishing, 2004. P. 111–135.
  20. Jin O., Lu B., Tao Y.P.X, Himmelhaver C., ShenY., Gu S., Zeng Y., Li X.Y. // Catal. Today. 2019. № 3. Р. 324. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.12.006
  21. Junge H., Boddien A., Capitta F., Loges B., Noyes J.R., Gladiali S., Beller M. // Tetrahedron Lett. 2009. V. 50. № 14. Р.1603.
  22. Fellay C., Dyson P.J., Laurenczy G.A. // Angew. Chem. Int. Edit. 2008. V. 47. № 21. P. 3966.
  23. Клопотов А.А., Абзаев Ю.А., Потекаев А.И., Волокитин О.Г. Основы рентгеноструктурного анализа в материаловедении. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2012. 276 с.
  24. Скворцова Л.Н., Казанцева К.И., Болгару К.А., Артюх И.А., Регер А.А., Дычко К.А. // Неорганические материалы. 2023. № 3. С. 333. https://doi.org/10.1134/S0020168523030123
  25. Гриценко В.А. // Успехи физических наук. 2012. Т. 182. № 5. С. 531.
  26. Farias J., Albizzatti E.D., Alfano O.M. // Catal. Today. 2009. V. 144. P. 117.
  27. Tian Y.C., Fang W.H. // J. Phys. Chem. A. 2006. V. 110. P. 11704.
  28. Pozdnyakov I.P., Glebov E.M., Plyusnin V.F., Grivin V.P., Ivanov Y.V., Vorobyev D.Y., Bazhin N.M. // Pure Appl. Chem. 2000. V. 72. № 11. P. 2187.
  29. Ohtani B. // Chem. Lett. 2008. V. 37. P. 217.
  30. Ohtani B. // Phys. Chem. 2014. V. 16. № 5. P. 1788.
  31. Kondarides D.I., Daskalaki V.M., Patsoura A., Verykios X.E. // Catal. Lett. 2008. V. 122. P. 26.
  32. Куренкова А.Ю., Козлова Е.А. Каичев В.В. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 6. С. 812. https://doi.org/10.31857/S0453881120060052
  33. Puga A.V. // Coord. Chem. Rev. 2016. V. 315. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2015.12.009

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектр излучения светодиодной лампы DIORA 30.

Скачать (170KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фрагменты дифрактограмм азотированных образцов смеси порошков (Si + Al + Та, 10 мас. %) (Si3N4/Ta) и (ФСА + Та, 10 мас. %) (Si3N4/Ta/Fe): 1 – β-Si3N4, 2 – AlN, 3 – Si, 4 – TaN, 5 – TaON, 6 – TaO, 7 – α-Fe, 8 – FexSiy, 9 – Ta2O5.

Скачать (172KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения композитов (а, б), синтезированных из ФСА и смеси порошков кремния и алюминия с добавкой тантала, и карты распределения (в, г) Та по поверхности.

Скачать (989KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения от энергии фотона для композитов Si3N4/Ta/Fe (а), Si3N4/Ta (b).

Скачать (233KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изотермы адсорбции HCOOH на композитах.

Скачать (142KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость скорости выделения H2 из HCOOH на композите Si3N4/Ta/Fe от рН раствора.

Скачать (100KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость скорости выделения H2 на композитах от начальной концентрации HCOOH в отсутствие и с добавкой H2O2.

Скачать (179KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Аппроксимация в координатах уравнения Ленгмюра–Хиншельвуда экспериментальных данных в различных условиях эксперимента: а – Si3N4/Ta; б – Si3N4/Ta/Fe; в – Si3N4/Ta/H2O2, г – Si3N4/Ta/Fe/H2O2 (С0 = 0.026–0.26 М); д – Si3N4/Ta/H2O2, е – Si3N4/Ta/Fe/H2O2 (С0 =0.4–1.0 М).

Скачать (534KB)
Метаданные