李鹏程 唐重阳 程亮 胡永明 肖湘衡 陈万平†

1) (武汉大学物理科学与技术学院,武汉 430072)

2) (湖北大学物理与电子科学学院,武汉 430062)

纳米材料与特氟龙磁力搅拌棒之间的摩擦被发现可导致磁力搅拌条件下的染料降解.本文对磁力搅拌条件下TiO2 纳米粉还原CO2 进行了研究.在充有CO2 的100 mL 石英反应器中,在50 mL 的水中分散1.00 g TiO2 纳米粉,经过50 h 磁力搅拌可产生6.65 × 10—6 (体积分数,下同) CO,2.39 × 10—6 CH4 和0.69 × 10—6 H2;而如果没有TiO2 纳米粉,则只能产生2.22 × 10—6 CO 和0.98 × 10—6 CH4.对含有分散TiO2 纳米粉的水同时采用4 个磁力搅拌棒,50 h 磁力搅拌产生的气体进一步提高到19.94 × 10—6 CO,2.33 × 10—6 CH4 和2.06 ×10—6 H2.基于TiO2 纳米粉通过摩擦吸收机械能并被激发产生电子-空穴对,建立了TiO2 纳米粉对CO2 和水还原的催化机理.本发现表明,纳米材料能够通过摩擦利用机械能进行CO2 的还原,从而为开发利用环境中的机械能提供了一个新的方向.

1 引言

人类对不可再生化石燃料的过度消耗,已经造成了十分严重的能源及环境危机.开发利用各种形式的清洁能源,将是减少化石能源消耗、实现环境修复的理想方法,因此这一领域亟待开展更多的研究.在众多开发利用清洁能源的技术中,光催化技术具有能量来源充足、过程清洁、成本低廉等特点,在环境治理、缓解能源压力及减轻温室气体排放等方面已经得到了深入研究和广泛应用[1-5].例如半导体纳米材料利用太阳光激发产生具有反应活性的光生电子-空穴对,其表面的水分子或CO2捕获光生电子而被还原成氢气或甲烷、甲醇、一氧化碳等……