本文關(guān)鍵詞：高效光催化材料的設(shè)計(jì)及其在光解水制氫中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境惡化是當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)所面臨的兩個(gè)重大問(wèn)題，利用可再生資源制備清潔無(wú)污染、并可持續(xù)利用的新能源是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一。氫能被學(xué)者認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的替代能源。在眾多的制氫方法中，利用太陽(yáng)能光催化分解水制氫技術(shù)因其能直接利用太陽(yáng)能且體系簡(jiǎn)單，日益受到廣泛關(guān)注。因此，光解水制氫的關(guān)鍵是研究設(shè)計(jì)高效的光催化材料。 本文針對(duì)光催化領(lǐng)域存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了幾種高效的光催化材料，主要包括C60-CdS/TiO2，(C60-RGO)/CdS，TiO2/SiO2以及TiN材料，通過(guò)XRD，TEM，BET，XPS，PL熒光光譜和UV-vis漫反射吸收光譜等對(duì)不同樣品材料進(jìn)行了表征，并測(cè)試了其光解水制氫性能。主要分為以下四個(gè)部分： （1）用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝和離子交換方法制備了C60植入介孔CdS/TiO2孔道內(nèi)的光催化劑材料（C60-CdS/TiO2）。采用XRD，TEM，BET，XPS等手段對(duì)催化劑材料進(jìn)行了表征。以Na2S-Na2SO3體系為犧牲劑，考察了催化劑材料在可見(jiàn)光（λ=420nm的LED燈為可見(jiàn)光光源）照射下的光解水制氫活性。結(jié)果表明，，制備的C60-CdS/TiO2復(fù)合型光催化劑材料較CdS/TiO2具有較高的制氫活性和穩(wěn)定性，主要原因可以歸結(jié)為C60優(yōu)異的電子傳導(dǎo)作用以及材料介孔結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)性能。當(dāng)C60含量為0.5wt.%時(shí)，催化劑材料活性最高。 （2）采用溶劑熱法，將CdS納米棒負(fù)載到C60修飾的GO片層，得到(C60-RGO)/CdS光催化材料。在可見(jiàn)光(λ=420nm)照射下，以甲醇為犧牲劑，考察了不同碳材料（C60，GO，C60-GO）修飾的CdS納米棒的光解水制氫性能。研究結(jié)果表明，C60修飾的石墨烯能夠有效的增強(qiáng)CdS納米棒的光解水制氫活性以及光穩(wěn)定性。由于C60加速光生電子的快速轉(zhuǎn)移以及石墨烯具有高比表面積，對(duì)反應(yīng)物分子有較強(qiáng)的吸附，這兩方面的原因，能夠大大提高產(chǎn)氫效率。 （3）采用孔道內(nèi)水解的方法，水解鈦酸四丁酯，把二氧化鈦負(fù)載在泡沫型氧化硅的孔道內(nèi)，制備出量子點(diǎn)TiO2負(fù)載SiO2光催化劑材料。通過(guò)一系列表征，可以得出負(fù)載體SiO2材料為大孔徑泡沫狀結(jié)構(gòu)，TiO2在5nm以下，為量子點(diǎn)尺寸，且均勻分散于泡沫SiO2孔道內(nèi)部。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高溫(900oC)焙燒下，TiO2晶型不變?nèi)阅鼙３咒J鈦礦結(jié)構(gòu)，且晶粒尺寸增大不明顯，保持在5-8nm，突出顯示了泡沫氧化硅材料的三維熱穩(wěn)定性，阻止了催化劑顆粒的團(tuán)聚。在TiO2負(fù)載量達(dá)到60mol%時(shí)，仍能顯示出較好的光解水制氫活性，體現(xiàn)了泡沫型氧化硅材料的高負(fù)載性特點(diǎn)。 （4）在第（3）部分制備的TiO2/SiO2雜化體系的基礎(chǔ)上，采用在NH3中進(jìn)行氮化的方法，目的是在泡沫狀SiO2體系內(nèi)獲得高度分散的TiN量子點(diǎn)，推進(jìn)TiN體系的研究工作。
【關(guān)鍵詞】：光催化材料 光解水制氫 C60 溶劑熱法 光穩(wěn)定性 孔道內(nèi)水解法 泡沫型氧化硅 熱穩(wěn)定性 TiN量子點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 研究背景10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光解水制氫的原理和反應(yīng)效率11-13
• 1.2.1 光解水制氫的原理11-12
• 1.2.2 光解水制氫的反應(yīng)效率12-13
• 1.3 光解水制氫的研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3.1 光催化材料的分類(lèi)14-18
• 1.3.2 光解水制氫亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題18
• 1.3.3 提高光解水制氫效率的途徑18-20
• 1.4 選題意義及研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑與試驗(yàn)方法22-27
• 2.1 試劑與藥品22-23
• 2.2 催化材料表征手段23-24
• 2.2.1 X 射線衍射儀（XRD）23
• 2.2.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）23
• 2.2.3 透射電子顯微鏡（TEM）23
• 2.2.4 N_2等溫吸附-脫附線分析儀（BET）23
• 2.2.5 X 射線光電子能譜（XPS）23
• 2.2.6 紫外-可見(jiàn)漫反射光譜（UV-Vis Diffuse Reflectance Spectrum）23-24
• 2.2.7 熒光光譜分析儀（PL spectra）24
• 2.2.8 紅外光譜儀（FT-IR）24
• 2.2.9 光電流測(cè)試24
• 2.3 光解水制氫活性測(cè)試24-27
• 第三章 介孔 CdS/TiO2孔道內(nèi)植入 C_60可見(jiàn)光催化劑材料的制備及其光解水制氫性能研究27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 催化劑材料的制備27-28
• 3.3 結(jié)果與討論28-37
• 3.3.1 XRD 圖譜分析28-30
• 3.3.2 樣品材料的形貌分析30-31
• 3.3.3 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析31-32
• 3.3.4 樣品材料的 UV-Vis 漫反射光譜分析32-33
• 3.3.5 XPS 能譜分析33-34
• 3.3.6 光電流測(cè)試34-35
• 3.3.7 熒光譜圖分析35
• 3.3.8 光解水制氫活性研究35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 C_60修飾的石墨烯用以增強(qiáng) CdS 光穩(wěn)定性的催化劑材料的制備及其光解水制氫性能研究38-47
• 4.1 引言38-39
• 4.2 催化劑材料的制備39-40
• 4.3 結(jié)果與討論40-46
• 4.3.1 XRD 表征40-41
• 4.3.2 樣品材料的形貌分析41-42
• 4.3.3 樣品材料的 UV-Vis 漫反射光譜分析42
• 4.3.4 光電流測(cè)試42-43
• 4.3.5 熒光分析43-44
• 4.3.6 光解水制氫活性研究44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 載體泡沫氧化硅孔道內(nèi)植入熱穩(wěn)定性量子點(diǎn) TiO_2材料的制備及其應(yīng)用于光解水制氫性能研究47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 催化劑材料的制備47-48
• 5.3 結(jié)果與討論48-56
• 5.3.1 XRD 表征分析49
• 5.3.2 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析49-51
• 5.3.3 樣品材料的形貌分析51-52
• 5.3.4 樣品材料的紅外光譜分析52-53
• 5.3.5 樣品材料的 UV-Vis 漫反射光譜分析53
• 5.3.6 XPS 能譜分析53-54
• 5.3.7 光解水制氫活性研究54-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第六章 氮化物(TiN)量子點(diǎn)材料的制備、表征及電化學(xué)性能測(cè)試57-63
• 6.1 引言57-58
• 6.2 催化劑材料的制備58
• 6.3 結(jié)果與討論58-62
• 6.3.1 XRD 表征58-59
• 6.3.2 樣品材料的形貌分析59-60
• 6.3.3 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析60-61
• 6.3.4 樣品材料的電化學(xué)性能測(cè)試61-62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 第七章 總結(jié)與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 致謝72-74
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷及研究成果74

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：高效光催化材料的設(shè)計(jì)及其在光解水制氫中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：424428