本文關(guān)鍵詞：鐵氧化物光、電催化水和有機物氧化反應(yīng)的研究

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【摘要】：將太陽能通過光驅(qū)動水分解轉(zhuǎn)化為氫能是解決全球能源危機和環(huán)境問題的理想方案。由于在熱力學(xué)上需要大量的能量,且涉及到4個質(zhì)子和4個電子轉(zhuǎn)移的復(fù)雜動力學(xué)過程,水氧化半反應(yīng)被認為是整個水分解反應(yīng)的瓶頸。開發(fā)高效穩(wěn)定的水氧化催化劑至關(guān)重要。考慮到未來大規(guī)模應(yīng)用,催化劑應(yīng)廉價易得,合成簡單,在溫和的對環(huán)境友好的溶液中操作,且易于負載在光陽極上。本論文采用簡單的電沉積方法,從含有Fe2+的中性碳酸鹽緩沖溶液中制備出高效的基于鐵的電催化水氧化催化劑。該催化劑(Fe-Ci)在pH為9.75的0.2 mol/L的碳酸鹽緩沖溶液中產(chǎn)生10 mA/cm2電流的過電位為560 mV。在1.30 V vs. NHE偏壓,不加電阻補償?shù)臈l件下進行恒電位電解,催化電流密度可在至少18小時內(nèi)穩(wěn)定保持在4mA/cm2左右。此外,Fe-Ci的Tafel斜率僅有34 mV/dec,顯著低于以往報道的基于鐵的電催化劑。電化學(xué)動力學(xué)分析表明,Fe-Ci在決速步驟前涉及到一個2質(zhì)子2電子轉(zhuǎn)移的擬平衡過程。將Fe-Ci負載在α-Fe2O3上可在一定程度上增加α-Fe2O3的光電催化活性。將有機物的選擇性氧化與質(zhì)子還原產(chǎn)氫偶合是另一種將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的方案。相對于直接水分解,這一反應(yīng)不僅在熱力學(xué)和動力學(xué)上更容易實現(xiàn),而且在制氫的同時可制備有用的化工產(chǎn)品。結(jié)合半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定性和分子催化劑的高選擇性,本論文以帶有羧酸吸附基團的分子釕催化劑負載的α-Fe2O3作為復(fù)合催化劑。在可見光的驅(qū)動和電子受體的存在下,可近100%地將苯甲硫醚選擇性地氧化為苯甲亞砜。相對于不帶吸附基團的釕催化劑和α-Fe2O3,復(fù)合催化劑的催化效果均有明顯提高,其中對芐醇脫氫反應(yīng)的效果可提升5倍。在半反應(yīng)的基礎(chǔ)上,本論文進一步組裝了負載釕催化劑的光電化學(xué)電池用于芐醇和苯甲硫醚的氧化,相對于未負載催化劑的α-Fe2O3,光電流密度有了顯著提升。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

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1 周明華,吳祖成,汪大，

本文編號：1297278