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

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【摘要】：將太陽(yáng)能通過(guò)光驅(qū)動(dòng)水分解轉(zhuǎn)化為氫能是解決全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)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(gè)質(zhì)子和4個(gè)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過(guò)程,水氧化半反應(yīng)被認(rèn)為是整個(gè)水分解反應(yīng)的瓶頸。開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的水氧化催化劑至關(guān)重要�？紤]到未來(lái)大規(guī)模應(yīng)用,催化劑應(yīng)廉價(jià)易得,合成簡(jiǎn)單,在溫和的對(duì)環(huán)境友好的溶液中操作,且易于負(fù)載在光陽(yáng)極上。本論文采用簡(jiǎn)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(guò)電位為560 mV。在1.30 V vs. NHE偏壓,不加電阻補(bǔ)償?shù)臈l件下進(jìn)行恒電位電解,催化電流密度可在至少18小時(shí)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(bào)道的基于鐵的電催化劑。電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析表明,Fe-Ci在決速步驟前涉及到一個(gè)2質(zhì)子2電子轉(zhuǎn)移的擬平衡過(guò)程。將Fe-Ci負(fù)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(jī)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能的方案。相對(duì)于直接水分解,這一反應(yīng)不僅在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上更容易實(shí)現(xiàn),而且在制氫的同時(shí)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(tuán)的分子釕催化劑負(fù)載的α-Fe2O3作為復(fù)合催化劑。在可見(jiàn)光的驅(qū)動(dòng)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(duì)于不帶吸附基團(tuán)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(duì)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(jìn)一步組裝了負(fù)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(duì)于未負(fù)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36

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1 周明華,吳祖成,汪大，

本文編號(hào)：1297278