3D bionic reactor optimizes photon and mass transfer by expanding reaction space to enhance photocatalytic CO2 reduction

光催化 异质结 传质 材料科学 电子转移 吸附 化学工程 产量(工程) 氧化还原 催化作用 纳米技术 光化学 光电子学 复合材料 化学 物理化学 色谱法 冶金 有机化学 工程类
作者
Longkai Pan,Minggang Zhang,Hui Mei,Li Yao,Zhipeng Jin,Hongxia Liu,Shixiang Zhou,Ziyi Yao,Gangqiang Zhu,Laifei Cheng,Litong Zhang
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:301: 121974-121974
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.121974
摘要

• 3D printed bionic palisade cell improves the photocatalytic efficiency by adjusting the photon and mass transfer of macro structure. • The interface electric field of p-n heterojunction inhibit the recombination of photogenerated carrier. • COOH* is important intermediates in photocatalytic CO 2 reduction. Use of 3D photocatalytic reactor has been widely explored for development of efficient photocatalytic systems. In the present study, a bionic palisade cells BiOBr/Sr 2 Nb 2 O 7 /Al 6 Si 2 O 13 photocatalytic reactor with high strength was prepared through combination of 3D printing technology and solvothermal method. The carefully designed and optimized bionic palisade cell structure exhibited a periodic porous structure with high surface area. The controllable periodic structure effectively regulated the internal photon transfer and mass transfer. Photon transfer ensured that light is fully scattered within the structure, which improved light utilization. High mass transfer ensured smooth flow of reactant inside the structure, which increased reactant adsorption on the surface of photocatalysts. The interface electric field of the BiOBr/Sr 2 Nb 2 O 7 p-n heterojunction effectively separated the photogenerated electrons and holes. The BOB/SNO/ASO structure had high photocatalytic CO 2 reduction performance under the simulated sunlight. The CO yield for the reaction was 13.68 μmol/g/h, whereas that of CH 4 yield was 6.37 μmol/g/h. Therefore, the findings of the present study provide a basis for design and preparation of high-performance 3D photocatalytic reactors.
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