本文關(guān)鍵詞： 光催化還原CO_2 可見光 Na_2V_6O_(16)·xH_20 納米帶 Ag TiO_2 空心球　出處：《南京大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：21世紀(jì)以來,隨著以CO2為主的溫室氣體排放量不斷增加,尋求新型能源來構(gòu)建低碳型社會的訴求越來越迫切。太陽能驅(qū)動轉(zhuǎn)化C02為有價值的碳?xì)淙剂鲜且环N實(shí)現(xiàn)全球碳平衡很有前途的途徑,其具有巨大潛在力。利用CO2作為原料轉(zhuǎn)化為含碳化合物的轉(zhuǎn)化技術(shù)包括生物轉(zhuǎn)化、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、電化學(xué)轉(zhuǎn)化、和光催化轉(zhuǎn)化。生物轉(zhuǎn)化是利用藻類生物的催化作用將CO2轉(zhuǎn)化為碳能源化合物；熱化學(xué)轉(zhuǎn)化是通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法將CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)物加以利用；電化學(xué)轉(zhuǎn)化是用金屬電極還原C02的水或非水溶液生成烴或醇類化學(xué)燃料；光催化轉(zhuǎn)化是半導(dǎo)體材料在太陽光照下利用還原劑將CO2還原為烴或醇類化學(xué)燃料。由于C02是熱力學(xué)上非常穩(wěn)定的化合物,其中C為+Ⅳ價,所以在這些轉(zhuǎn)化過程中需要高的能量輸入來打破C=O鍵,比如熱能,電能,太陽能等。在這些C02轉(zhuǎn)化技術(shù)中,相對于其他輸入能源,太陽能是免費(fèi)的、清潔無污染的、充裕而分布廣泛的能源。地球每秒鐘接受的太陽輻照能量高達(dá)173000太瓦(太瓦,1012瓦),約為500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所提供的能量。因此作為人工光合作用的技術(shù)之一,光催化還原CO2為碳?xì)淙剂鲜菧p少CO2排放和同時生產(chǎn)有用燃料的一個理想途徑,并且是實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)的有效方法之一。主要有以下兩個方面的工作：(1)利用V線和NaNO3為原料,采用電弧放電(solid-liquid phase arc discharge, SLPAD)結(jié)合水熱的方法合成了厚度約為5 nm,長度為數(shù)百微米的Na2V6O16·xH2O超薄納米帶。Na2V6O16·xH2O超薄納米帶在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出比體材料更好地CO2的可見光(λ420 nm)光催化活性。通過擔(dān)載不同的助催化劑(Pt、RuO2), Na2V6O16·xH2O納米帶在可見光照射下具有較好的光催化CO2還原成CH4的活性。(2)利用Ag線和鈦酸四丁酯為原料(TBOT),采用電弧放電(SLPAD)與水熱相結(jié)合的方法合成了Ag-TiO2的雙層復(fù)合空心球。通過對不同反應(yīng)時間產(chǎn)物的TEM的分析研究了其生長機(jī)理,發(fā)現(xiàn)這種雙層復(fù)合空心球的形成可能是由于奧斯瓦爾德熟化(Ostwald ripening)的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該Ag-TiO2復(fù)合空心球在可見光下(λ420nm)的照射下光催化還原CO2為可再生燃料CH4的效率相較于純的Ti02具有較大提升,原因可能是：(1)Ag納米顆粒的SPR效應(yīng)極大地提高了Ag-TiO2空心球?qū)梢姽獾奈?400～700 nm)。在反應(yīng)過程中,可見光通過Ag納米顆粒的SPR效應(yīng)激發(fā)的光生電子注入到Ti02的導(dǎo)帶參與氧化還原反應(yīng)。(2)空心球的結(jié)構(gòu)在光吸收的過程中作為光子陷阱使得入射光在空心球內(nèi)發(fā)生多重散射從而增大了光的吸收量。而Ag-TiO2雙層空心球的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加強(qiáng)了這種效應(yīng)。(3)由于雙層空心球的結(jié)構(gòu),Ag-TiO2具有較高的比表面積(約為60.87 m2/g),約為Ti02比表面積的三倍(20.35 m2/g)。而更大的比表面積為氧化還原反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)。
[Abstract]:Since 21th century, as greenhouse gas emissions, dominated by CO2, have increased, The search for new sources of energy to build a low-carbon society is becoming increasingly urgent. Solar power is a promising way to turn CO2 into a valuable hydrocarbon fuel. Using CO2 as a raw material to convert to carbon compounds includes bioconversion, thermochemical conversion, electrochemical conversion, Biotransformation is the conversion of CO2 to carbohydrate by algal biocatalytic method, and the conversion of CO2 to organic matter by thermochemical transformation. Electrochemical conversion is the reduction of water or non-aqueous solution of CO2 by metal electrode to form hydrocarbon or alcohol chemical fuel. Photocatalytic conversion is the reduction of CO2 into hydrocarbons or alcohols by photocatalytic conversion of semiconductors under solar irradiation. Because CO2 is a thermodynamically stable compound, where C is 鈪，

本文編號：1519356