本文選題：氧化鋅　切入點(diǎn)：氧缺陷　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能長期以來都是一個(gè)熱門研究話題,研究者們致力于合成可調(diào)控的材料來滿足實(shí)際需求。相對于理想晶體,具有結(jié)構(gòu)缺陷的晶體具有不同的物理、化學(xué)性質(zhì),因此如何利用缺陷得到所需的材料吸引了研究者們廣泛的關(guān)注。缺陷的產(chǎn)生可以通過不同的方法,得到的缺陷也具有不同的類型。設(shè)計(jì)合成缺陷并有效地控制缺陷濃度,可以得到改性的材料或者是復(fù)合材料并將其應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。本文著重研究了三種以不同方式合成的具有氧缺陷的氧化鋅材料,這些缺陷氧化鋅材料都具有高可見光催化降解活性,形成復(fù)合材料以后,可分別應(yīng)用于可見光制氫催化、氨硼烷水解催化和苯乙烯加氫催化。具體而言,本文取得的研究結(jié)果如下:首先,本文研制了灰色氧缺陷納米氧化鋅可見光降解催化劑。氧化鋅是最重要的寬帶隙半導(dǎo)體之一,卻不能被可見光激發(fā)。本文提出了一種精巧且簡單的方法用于制備具有氧缺陷的氧化鋅納米片,這種灰色粉末具有優(yōu)異的可見光催化活性。本文通過固體紫外-可見吸收光譜、電子順磁共振光譜和穩(wěn)態(tài)熒光圖譜分析后證明了合成的氧化鋅納米材料中具有氧缺陷的存在。引入氧缺陷后在禁帶中形成孤立能級是該氧化鋅材料具有可見光響應(yīng)的關(guān)鍵原因。因此,獲得的具有氧缺陷的氧化鋅材料展現(xiàn)出在可見光下降解染料甲基橙的活性�；疑难趸\納米片表面的高濃度的羥基自由基具有強(qiáng)氧化性,提高了材料的光催化性能。同時(shí)制備的缺陷氧化鋅納米片具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,使用五個(gè)循環(huán)后性能沒有明顯的降低。這個(gè)結(jié)果顯示了缺陷結(jié)構(gòu)的引入對納米材料是一個(gè)有利的工具,可以用來提高光催化活性。其次,本文研制了 ZnO1-x/Zn0.2Cd0.8SZ-scheme可見光制氫催化劑。全球能源危機(jī)持續(xù)加劇,研究潔凈可再生能源來替代化石燃料是非常重要的。光催化制氫或者是光化學(xué)分解水制備氫氣可從水中獲得氫氣和氧氣,是一個(gè)充滿潛力的制氫方式。本文研制了一種優(yōu)異的Z-scheme可見光制氫體系,該體系是由具有氧缺陷的氧化鋅和鋅鎘硫固溶體復(fù)合而成。ZnO1-x(10wt%)/Zn0.2Cd0.8S直接Z-scheme可見光催化劑的制氫效率可以達(dá)到2518μmol·h-1,并且在波長為420nm時(shí)量子效率高達(dá)49.5%,是單獨(dú)鋅鎘硫固溶體的20倍,是單獨(dú)缺陷氧化鋅的25倍。通過光電流響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)熒光圖譜發(fā)現(xiàn),該材料具有高的可見光制氫活性的原因是在Z-scheme體系中缺陷氧化鋅和鋅鎘硫固溶體之間的異質(zhì)結(jié)作用。本文設(shè)計(jì)的直接Z-scheme可見光催化劑中存在高效的電子轉(zhuǎn)移和強(qiáng)還原能力,因而增加了催化制氫活性。同時(shí)由于氧缺陷的存在,該材料可以用于可見光范圍內(nèi)制氫。這些優(yōu)點(diǎn)使得ZnO1-x/Zn0.2Cd0.8SZ-scheme可見光制氫催化劑呈現(xiàn)出高量子效率和可見光制氫活性。本文提供了一個(gè)新的思路,在可見光制氫材料中引入缺陷結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出帶隙合適的材料應(yīng)用于環(huán)境、能源領(lǐng)域。然后,本文將Pd-ZnO1-x催化劑應(yīng)用于催化氨硼烷分解。為此,本文首先制備了具有氧缺陷的氧化鋅,該氧缺陷氧化鋅材料對于可見光下分解染料亞甲基藍(lán)具有催化活性。然后將貴金屬鈀的氯化物溶液與缺陷氧化鋅粉末混合后,與氫氣/氬氣混合氣中煅燒,并將得到的Pd-ZnO1-x應(yīng)用于氨硼烷在常溫常壓下的催化水解。實(shí)驗(yàn)顯示加入的鈀納米顆粒含量為1.0wt%時(shí),Pd-ZnO1-x催化劑使得氨硼烷可以在常溫常壓下水解1mol氨硼烷生成2.99mol的氫氣,TOF高達(dá)538.3molH2molca1th-1。值得關(guān)注的是當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到333K時(shí),僅需三十秒即可以獲得5400mol H2 molcat-1h-1。本文設(shè)計(jì)的Pd-ZnO1-x催化劑不僅高效還具有良好的穩(wěn)定性,使用丙酮/水(4:1)作為反應(yīng)溶劑這一方案,使催化劑的回收性得到了較大的提高。最后,本文將Pd-ZnO1-x催化劑應(yīng)用于催化還原對硝基苯酚和催化苯乙烯加氫。為此,本文提出一種新的用于合成具有氧缺陷的氧化鋅的方法,該合成方法得到的氧化鋅在可見光下僅需五分鐘即可以降解甲基橙,高濃度的羥基自由基是可見光降解活性的關(guān)鍵所在。本文將鈀納米顆粒負(fù)載到缺陷氧化鋅納米棒上,用于室溫下還原對硝基苯酚,采用硼氫化鈉作為溶劑,鈀納米顆粒的含量僅為0.05 wt%時(shí),對硝基苯酚還原成對氨基苯酚的速率即可以達(dá)到k=16.98 min-1。然后將貴金屬的負(fù)載量提高到1.0 wt%,Pd-ZnO1-(1.0 wt%Pd)催化劑用來在常溫下催化苯乙烯完全氫化生成乙基苯,TOF達(dá)到5237 h-1。本文設(shè)計(jì)的Pd-Zn1-x材料的高效、穩(wěn)定的催化性能源于貴金屬鈀和缺陷氧化鋅載體之間形成肖特基結(jié),在界面間形成了強(qiáng)的相互作用力。實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)簡單、可行度高的合成形貌性質(zhì)可控納米材料負(fù)載貴金屬顆粒的方法提供了新思路,從而得到高效的、便捷的、穩(wěn)定的催化劑。
[Abstract]:In this paper , we have studied three kinds of zinc oxide nano - sheets with oxygen deficiency , which have different physical and chemical properties . In this paper , Pd - ZnO1 - x catalyst is used as solvent and the Pd - ZnO1 - ( 1.0 wt % Pd ) catalyst is used as solvent , and the Pd - ZnO1 - ( 1.0 wt % Pd ) catalyst is used as solvent . The Pd - ZnO1 - ( 1.0 wt % Pd ) catalyst is used to catalyze the complete hydrogenation of styrene to produce ethylbenzene at room temperature .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

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本文編號：1712204