Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der künstlichen Photosynthese zu beantworten, wie z. B. die Photoreduktion von Kohlendioxid auf Methan. Die Konzentrationstechnologie kann nicht nur die Lichtintensität erhöhen, sondern auch die Katalysatormenge sowie das Reaktorvolumen reduzieren, während die Reaktionstemperatur erhöht und damit die Photoreduktionsreaktionsrate erhöht wird. Obwohl diese Methode Einen Einblick in die photokatalytische Reduktion von Kohlendioxid geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie die Konzentration von Solarstrom und die Abwasserbehandlung angewendet werden.
Um das Titandioxid durch Eloxierung vorzubereiten, lösen Sie 0,3 Gramm Ammoniumfluorid und zwei Milliliter Wasser in 100 Milliliter Glykol in einem 200-Milliliter-Becher mit einem Rührer auf, um den Elektrolyten zu bilden. Legen Sie den Becher mit dem Elektrolyt in ein 45 Grad Celsius Wasserbad. Die Titanfolie mit einer Schere auf 25 mal 25 Millimeter schneiden und die Titanfolienoberfläche mit einem 7000-Mesh-Sandpapier polieren, um die Oberflächenunreinheiten zu entfernen.
Untertauchen Sie die Titanfolie in einen Volumetkolben mit 15 Milliliter Ethanol und dann einen Kolben mit 15 Milliliter Aceton. Behandeln Sie die Folie nun 15 Minuten lang mit einem Ultraschallreiniger. Nehmen Sie die Titanfolie heraus, spülen Sie sie drei- bis fünfmal mit dem ionisierten Wasser ab und legen Sie sie in einen Volumetkolben mit 20 Milliliter Ethanol.
Bereiten Sie die Polierlösung in einem 100-Milliliter-Becher vor, wie im Textprotokoll beschrieben. Nun die Titanfolie aus dem Ethanolkolben entfernen, dreimal mit dem ionisierten Wasser abspülen und zwei Minuten lang in die Polierlösung geben. Entfernen Sie die Titanfolie und waschen Sie sie mit dem ionisierten Wasser zusätzlich dreimal.
Verwenden Sie einen anoiden Alligatorclip, um die vorbehandelte Titanfolie und einen Kathodenclip für eine Platinfolie zu halten. Legen Sie die beiden Folien von Angesicht zu Angesicht in den Elektrolyt in einem Abstand von zwei Zentimetern voneinander. Schalten Sie die gleichstromstabilisierte Stromquelle ein, stimmen Sie die Spannung auf 50 Volt ab und elektrolysieren Sie 30 Minuten lang.
Nach der Eloxierung den Strom ausschalten und die Titandioxidfolie herausnehmen. Die Titanfolie in einen Volumetkolben mit 15 MilliliterEthanol untertauchen und dann in einen Kolben mit 15 Milliliter Aceton geben. Behandeln Sie die Titanfolie 15 Minuten lang mit einem Ultraschallreiniger.
Nach der Behandlung die Titanfolie drei- bis fünfmal mit dem ionisierten Wasser abspülen und in 15 Milliliter Tiegel legen. Den Tiegel 12 Stunden lang bei 60 Grad Celsius in einen Ofen stellen, um die Folie trocknen zu lassen. Nach dem Trocknen die Titandioxidfolie in einem Muffelofen unter 400 Grad Celsius für zwei Stunden mit einer Heizrate von zwei Grad Celsius pro Minute kalzinieren.
Um katalytische Tests unter konzentrationsmitteligem Licht durchzuführen, reinigen Sie den edelstahlförmigen Reaktor mit dem ionisierten Wasser. Dann trocknen Sie es in einem Ofen bei 60 Grad Celsius für 10 Minuten, um keine Interferenzen von anderen Kohlenstoffquellen zu gewährleisten. Nach dem Trocknen im Ofen zwei Milliliter Wasser, einen Rührer und einen Katalysatorhalter in den Reaktor geben.
Legen Sie ein Quarzglas mit Gießergüssen auf den Boden des Halters und legen Sie die Titandioxid-Katalysatoren auf die Mitte des Quarzglases. Nun thermisches Becherloch durch eine Öffnung in der Reaktorwand und auf die Katalysatoroberfläche legen. Fügen Sie eine Fresno-Linse auf die Oberseite des Halters und versiegeln Sie den Reaktor mit einem Quarzglasfenster.
Stellen Sie den Reaktor auf das elektromagnetische Gerät und überprüfen Sie die Luftdichtheit mit Stickstoff. Führen Sie das Kohlendioxid über einen Massenstromregler in den Reaktor ein und spülen Sie den Reaktor mindestens dreimal, um das Gas im Reaktor in Kohlendioxid umzusteigen. Platzieren Sie die Xenon-Lampe zwei Zentimeter direkt über dem Reaktor.
Schalten Sie die Xenon-Lampe ein und stellen Sie ihren Strom auf 15 Ampere ein und schalten Sie dann den Magnetrührerschalter ein, um die Reaktion zu starten. Zeichnen Sie die Temperaturänderung auf der Katalysatoroberfläche und im Gas auf. Analysieren Sie das Produkt stündlich mit Gaschromatographie, die mit dem flammenionisierten Detektor und einer Kapillarsäule zur Trennung von Kohlenwasserstoften mit ein bis sechs Kohlenstoffen ausgestattet ist.
Berechnen Sie die Anzahl der Produkte nach der externen Standardzeilenmethode. Vor der Quantifizierung des Produkts eine Standardkurve aus Methan zu erstellen. Hier ist ein Gerät zur Konzentration der photokatalytischen Reduktion von Kohlendioxid zu sehen.
Die XRD- und SEM-Charakterisierung des Katalysators zeigte, dass es sich bei dem hergestellten Katalysator um ein typisches Titanoxid-Nanorohr handelte. Hier ist der Katalysator unter natürlichem Licht zu sehen. Unter konzentriertem Licht zeigt der Katalysator etwas Glänzendes.
Hier wird das Röntgenbeugungsmuster nach konzentrierter Lichtbestrahlung gezeigt, um Kristallstrukturveränderungen aufzuzeigen. Die Kristallinität wird nach der Reaktion unter konzentriertem Licht deutlich verbessert. Die Methanausbeute wird unter natürlichem und unter konzentrationsmittellichem Licht gemessen.
Die Reaktionsraten von Methan auf verschiedenen Katalysatoren wurden unter den Konzentrationsbedingungen deutlich verbessert. Eine Vorbehandlung des Katalysators mit geeignetem Gas würde die Methanproduktion weiter erhöhen. Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie die konzentrierte Photokatalyse unter echtem Sonnenlicht durchgeführt werden, um Additionsfragen wie photokatalytische Spaltung von Wasser und Abbau flüchtiger organischer Verbindungen unter echtem Sonnenlicht zu beantworten.
Nach der Entwicklung ebnete diese Technik den Forschern im photokatalytischen Bereich den Weg, wie das Kohlendioxid-Photoreduktionsverhalten in einem photochemischen System verbessert werden kann. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit konzentrierendem Licht extrem gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie Googles sollten immer während der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.
