一种低成本的光催化制氢策略，采用非贵金属催化剂和生物质作为牺牲剂

《Journal of Materials Chemistry C》：A low-cost strategy for photocatalytic hydrogen production by using non-noble metal catalysts and biomass as a sacrificial agent

本研究采用尿素改性玉米秸秆为牺牲剂，非贵金属Cu-Ni(OH)?/TiO?催化剂通过化学沉积法合成。优化后的Cu:Ni=4:1、0.5 wt%负载量催化剂与改性秸秆协同作用下，4小时产氢量达108.37 μmol，较未处理秸秆提升60%，催化效率达铂基催化剂85%，显著降低成本与环境负担。

　　

近年来，利用生物质作为牺牲剂进行光催化产氢已成为一种有前景的可再生能源转换策略。然而，大多数已发表的研究仍然依赖于昂贵的贵金属催化剂，而且原始生物质的表面活性较低，这限制了其实际应用。在这项研究中，使用尿素处理过的玉米秸秆作为牺牲剂，非贵金属复合材料作为催化剂，探讨了不同因素对光催化产氢的影响。同时，也研究了不同处理条件下秸秆生物质的效果。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光漫反射光谱（UV-vis DRS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）和高性能液相色谱（HPLC）等技术来表征催化剂和玉米秸秆的组成、结构和形态。通过化学沉积法制备了Cu(OH)₂–Ni(OH)₂/TiO₂复合催化剂，其最佳的Cu:Ni比例为4:1，总金属氢氧化物负载量为0.5 wt%。此外，对玉米秸秆进行了尿素处理，有效去除了木质素，破坏了致密的纤维结构，并引入了含氮的电子给体基团，从而提高了表面活性。在最佳条件下，4小时后氢气产量达到了108.37 μmol，比使用未经处理的玉米秸秆时的67.72 μmol增加了60%。此外，非贵金属催化剂的催化效率达到了相同负载量下0.5 wt% Pt/TiO₂催化剂的85%。这种结合非贵金属催化剂和天然生物质牺牲剂的策略大大降低了成本和环境污染，代表了有前景的研究方向。