可见光驱动乙醇-水光重整制氢的TiO2-SiC结构化大孔催化剂设计与性能研究

针对传统TiO2光催化剂可见光响应差、回收困难等问题，巴西研究团队开发了玻璃熔剂辅助烧结的SiC大孔载体负载改性棕色TiO2(B–TiO2)结构化催化剂。该催化剂在可见光(41.48 W m?1)下实现1.37 mmol gcat?1的产氢速率，较未改性体系提升93%，为可再生能源转化提供了高效稳定的光催化平台。

　　

氢能作为清洁能源载体，其可持续制备技术是当前能源革命的关键。尽管传统甲烷蒸汽重整工艺占据主导地位，但其碳排放问题日益凸显。光催化水重整技术利用太阳能驱动反应，尤其以乙醇为牺牲剂时，可在常温常压下实现高效制氢，反应式为C₂H₅OH + 3H₂O → 2CO₂ + 6H₂。然而，该技术面临核心挑战：常用TiO₂催化剂仅能利用5%的紫外光，且存在电子-空穴复合率高、纳米颗粒回收困难等问题。

为突破这些限制，巴西圣卡塔琳娜州研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，创新性地将改性棕色TiO₂(B–TiO₂)与结构化SiC载体结合。通过玻璃熔剂辅助低温烧结(1000°C)制备大孔SiC泡沫，并采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)模板法合成可见光响应的B–TiO₂，最终获得兼具高活性与易回收特性的结构化催化剂。

关键技术包括：1）玻璃熔剂辅助的SiC泡沫低温烧结工艺；2）CTAB模板法制备B–TiO₂可见光催化剂；3）SEM/EDS表征界面结合状态；4）可见光反应系统(41.48 W m^?1)评价性能。

【Synthesis of B–TiO₂ photocatalyst】
通过钛酸丁酯乙醇溶液与CTAB模板剂共热解，经180°C溶剂热反应12小时获得前驱体，300°C热处理后得到B–TiO₂。XRD显示其保留锐钛矿相特征，但晶格畸变导致可见光吸收增强。

【Structural and microstructural analysis】
SEM证实TiO₂在SiC表面均匀分布，EDS显示Ti-O-Si界面键合形成。这种异质结结构有效抑制电子-空穴复合，UV-Vis显示吸收边红移至450 nm。

【Conclusion】
在9:1水乙醇体系中，SiC/B–TiO₂的产氢速率达1.37±0.36 mmol g_cat^?1，显著高于未改性体系。玻璃熔剂使烧结温度降低33%，大孔结构促进传质与光渗透。该工作为规模化光催化制氢提供了材料设计范式：通过载体结构优化与表面改性协同提升性能。

该研究的突破性在于：1）首次将玻璃熔剂技术与B–TiO₂改性结合，实现能源节约与性能提升双目标；2）阐明Ti-O-Si界面电荷转移机制，为异质结设计提供理论依据；3）结构化催化剂解决纳米颗粒污染难题，推动光催化技术实际应用。这些发现对发展碳中和制氢技术具有重要指导价值。