專利名稱：光催化劑的高通量研究方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種光催化劑的高通量研究方法。
背景技術(shù)：
氫作為一種將來的潛在清潔燃料目前工業(yè)上只能從不可再生的石油、天然氣和煤生產(chǎn)。原則上氫也可以從可再生的生物質(zhì)和水制取。隨著化石能源的消耗和各國對能源需求的增加，研究開發(fā)新能源就變得非常重要。糖類、淀粉、纖維等是綠色植物生產(chǎn)的可再生的生物質(zhì)，是富含能量的能源載體，如果用它們制備氫氣將是一種理想的新型能源物質(zhì)。Cortrigh等報(bào)道過[Nature 418(2002)964.]由生物質(zhì)經(jīng)過液相水蒸汽重整方法制備氫氣，為了保持在液相進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)必須要在高壓下進(jìn)行，而且反應(yīng)中產(chǎn)生大量CO、甲烷、乙烷、丙烷等副產(chǎn)物。也有報(bào)道從糖類經(jīng)過酶分解制氫[N.Kumar et al，Process Biochem.35(2000)589；J.Woodward et al，Energy Fuels 14(2000)197，Nature 405(2000)1014.；H.Yokoi et a1，J.Biosci.Bioeng.91(2001)58]和生物質(zhì)油蒸汽重整制氫[L.Garcia et al，Appl.Catal.A 201(2000)225；J.C.Amphlett et al，Proc.33rdIntersoc.Energy Convers.Eng.Conf.269(1998)1；M.Marquevich et al，Energy Fuels 13(1999)1160]，但是這些流程能耗較高，不適于工業(yè)生產(chǎn)。
二十年前Kawai等研究用光催化分解生物質(zhì)制氫[T.Kawai et al，Nature 286(1980)474]，這一反應(yīng)不產(chǎn)生CO、CH4和高碳烴，反應(yīng)在室溫進(jìn)行，而且除了消耗光能以外沒有能量消耗，而光能可以從太陽光得來。這一反應(yīng)也可以除去廢水中的有機(jī)污染物，而且可以制氫，是一個(gè)非常有用的反應(yīng)，但是這一技術(shù)的關(guān)鍵在于研究出具有高活性的催化劑。傳統(tǒng)的方法研究催化劑是采用單個(gè)制備、單個(gè)評價(jià)的方法，一個(gè)催化劑要幾天才能評價(jià)完，這樣效率低時(shí)間長。近年來在催化領(lǐng)域發(fā)展起來了高通量化學(xué)研究方法，可以同時(shí)制備幾百個(gè)催化劑，Maier等開發(fā)了用高效液相色譜法的高通量光催化劑評價(jià)方法用于研究催化劑[Angew.Chem.Int.Ed.2001，40(17)，3160.]，但是由于每分析一個(gè)樣品要幾分鐘到幾十分鐘，所以速度滿足不了高通量的要求。Suzuki等[Appl.Surf.Sci.189(2002)260]發(fā)展了PH成像技術(shù)進(jìn)行光催化劑評價(jià)，但是由于樣品的相互擴(kuò)散，定量分析誤差大。Matsumoto等[Meas.Sci.Technol.16(2005)199]采用原子力顯微鏡評價(jià)光催化劑，但是由于也是序列式掃描，速度慢，而且設(shè)備昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光催化劑的高通量研究方法，采用熒光成像方法評價(jià)光催化劑活性，可以在秒的時(shí)間量級內(nèi)分析幾百個(gè)樣品。具體來講，在本方法中用生物質(zhì)淀粉、纖維、葡萄糖和蔗糖等為降解反應(yīng)物，在光的作用下在半導(dǎo)體催化劑上生成氫，而生成的氫把硝基苯還原成信標(biāo)物苯胺，然后信標(biāo)物苯胺與熒光劑反應(yīng)生成熒光性物質(zhì)，采用熒光成象系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，得到苯胺的量，而苯胺的量與光催化劑的活性成正比。本方法可以同時(shí)評價(jià)幾百個(gè)催化劑。


圖1為陣列反應(yīng)板。
圖2為陣列檢測板。
圖3為反應(yīng)一段時(shí)間后各催化劑上反應(yīng)液中生成的苯胺濃度值(ppm)。
具體實(shí)施例在一個(gè)11×11的陣列反應(yīng)板上(如圖1所示1，鉆有體積1毫升的11×11個(gè)孔陣列的特氟隆極)放置66個(gè)含有不同組成的Y2O3-CeO2-TiO2催化劑，然后在每個(gè)催化劑上加入0.4毫升5％的葡萄糖水溶液和0.4毫升200ppm的硝基苯水溶液，把反應(yīng)板放置在紫外燈箱中(能量密度為320μW/cm2)反應(yīng)4小時(shí)，然后從每個(gè)催化劑上移取60μL溶液于陣列檢測板(如圖2所示，11×11的特氟隆板)的相應(yīng)孔中，最右邊一列滴入1-10ppm的系列標(biāo)準(zhǔn)樣品，在所有樣品中加入含100ppm的熒光劑的N，N-二甲基甲酰胺溶液60μL，10分鐘后在CCD高通量組合檢測系統(tǒng)上同時(shí)分析，得表1中的催化劑上生成苯胺的熒光響應(yīng)值數(shù)據(jù)。在沒有樣品時(shí)背景響應(yīng)值為9180，從表1中的數(shù)據(jù)扣除背景值得表2的數(shù)據(jù)。
表1催化劑上生成苯胺的熒光響應(yīng)值

表2扣除背景后的數(shù)據(jù)

表2中的數(shù)據(jù)經(jīng)過右邊的標(biāo)定曲線標(biāo)定后轉(zhuǎn)化得表3中數(shù)據(jù)，以上所有的數(shù)據(jù)采集與處理都由自己特別設(shè)計(jì)的軟件自動(dòng)進(jìn)行。從表3中數(shù)值的大小可以直接確定催化劑活性的高低。對表3的數(shù)據(jù)作圖得圖3，圖3中每個(gè)數(shù)據(jù)對應(yīng)于一個(gè)催化劑。
表3各個(gè)對應(yīng)催化劑上苯胺濃度值

權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，在本方法中用生物質(zhì)為降解反應(yīng)物在光催化劑上生成氫，氫把硝基苯還原成苯胺，然后用苯胺與熒光劑反應(yīng)產(chǎn)生熒光性物質(zhì)，再用熒光成像方法收集數(shù)據(jù)并處理，從而評價(jià)催化劑的活性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，其特征在于生物質(zhì)包括淀粉、纖維、葡萄糖和蔗糖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，其特征在于本方法是利用生物質(zhì)在光催化劑上分解產(chǎn)氫并把硝基苯還原為信標(biāo)物苯胺進(jìn)行催化劑評價(jià)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，其特征在于熒光性物質(zhì)是指凡是能與苯胺類信標(biāo)物結(jié)合產(chǎn)生熒光的物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，其特征在于熒光是由苯胺和熒光性物質(zhì)反應(yīng)生成的產(chǎn)物在紫外光照射下產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生物質(zhì)光催化分解制氫催化劑的高通量熒光成像研究方法，其特征在于光催化劑的活性評價(jià)是通過測定生成的信標(biāo)物苯胺的量確定的。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于光催化生物質(zhì)制氫催化劑評價(jià)的高通量研究方法。在本方法中用生物質(zhì)淀粉、纖維、葡萄糖和蔗糖等為降解反應(yīng)物，光照下在半導(dǎo)體催化劑上生成氫，而生成的氫把硝基苯還原成信標(biāo)物苯胺，然后信標(biāo)物苯胺與熒光劑反應(yīng)生成熒光性物質(zhì)，采用熒光成象系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，得到苯胺的量，而苯胺的量與光催化劑的活性成正比。本方法可以同時(shí)評價(jià)幾百個(gè)催化劑，是一個(gè)高通量的光催化劑評價(jià)方法。通過與傳統(tǒng)研究方法驗(yàn)證、對比表明，該方法操作簡單，可靠性、重現(xiàn)性良好，成百倍地提高了光催化劑的篩選速度和效率，特別適合于大范圍多組分光催化劑的優(yōu)選。
文檔編號G01N21/84GK1982877SQ200510032549
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者李文生, 周小平 申請人:湖南大學(xué)