本文選題：光催化水氧化 + 電催化水氧化　； 參考：《蘭州大學》2017年碩士論文

【摘要】：為了能夠解決人類目前面臨的嚴峻的能源危機問題和因化石燃料的燃燒導致的環(huán)境污染問題,科學家認為通過人工模擬光合作用進行水裂解制備氫氣和氧氣從而實現(xiàn)太陽能到化學能的轉化過程是一項行之有效的解決方案。其中,水氧化過程動力學緩慢,成為水裂解研究的瓶頸,因此大量研究投入到開發(fā)高效,廉價,穩(wěn)定的水氧化催化劑。第一過渡金屬氧化物是一類極具潛力的水氧化催化劑,受到研究工作者的廣泛關注。但隨著對這類材料的探索,研究者將重點集中在機理的研究上,以便理論指導實踐,進一步提高其催化活性,實現(xiàn)工業(yè)化。另一方面,過渡金屬取代的多酸金屬氧酸鹽作為穩(wěn)定的均相分子催化劑,在機理研究方面的潛力被研究者們廣泛關注。因為它們具有全無機的配位結構,因而可以承受水氧化反應過程中的強氧化環(huán)境。Co、Ni、Cu等過渡金屬原子由于受到缺位雜多酸配體的影響會表現(xiàn)出特有的物理化學性質。本文則主要在Co/Cu過渡金屬氧化物作為光催化水氧化催化劑和電催化水氧化催化劑的開發(fā)方面展開了研究工作,對含Co,Cu,Ni,Mn,Zn的過渡金屬取代的POM的光催化水氧化性能也做了初步探索。主要包括以下幾個方面:1.合成、表征了一系列以MOF為犧牲模板劑的多孔Co_3O_4/Cu O中空多面體納米籠復合材料,并優(yōu)化了Co/Cu比例。在Visible-light/Ru(bpy)3~(2+)/Na_2S_2O_8光催化水氧化體系中,測試了上述材料的催化活性。研究結果發(fā)現(xiàn),多孔Co_3O_4/Cu O中空多面體納米籠具有異質結通過形成內(nèi)在電場加強了電子空穴的分離,在光驅動水氧化中增強了光催化產(chǎn)氧活性。2.合成、表征了一系列具有相同形貌的多孔中空多面體納米籠材料:Cu-ZIF-T(Cu_(0.2)Co_(2.8)O_4),Cu O/Co_3O_4和Co_3O_4,來探究不同修飾方法對于光催化、電催化產(chǎn)氧催化劑活性的影響。將Cu~(~(2+))摻雜到Co_3O_4晶格中的催化劑Cu-ZIF-400和將Cu O負載到Co_3O_4上的催化劑Cu O/Co_3O_4具有比Co_3O_4更好的電、光催化產(chǎn)氧性能。并且探索了不同煅燒溫度對于催化劑Cu-ZIF-T活性的影響。3.合成、表征了一系列不同過渡金屬取代的雜多酸鹽水氧化催化劑[M_2(B-β-Si W_8O_(31))_2]16-(M=Cu~(~(2+))/Co~(2+)/Mn~(2+)/Ni~(2+)/Zn~(2+))。在Ru(bpy)3~(2+)/visible-light/Na_2S_2O_8光催化水氧化體系中,對上述各個POM的水氧化催化活性進行了研究。研究結果發(fā)現(xiàn),不同的過渡金屬取代的雜多酸具有不同的水氧化催化性能。
[Abstract]:In order to solve the serious energy crisis facing mankind and the environmental pollution caused by the burning of fossil fuels, Scientists believe that the conversion of solar energy to chemical energy by artificial simulation of photosynthesis to produce hydrogen and oxygen by water cracking is an effective solution. Among them, the kinetics of water oxidation process is slow, which becomes the bottleneck of water cracking research, so a lot of research is devoted to the development of efficient, cheap and stable water oxidation catalyst. The first transition metal oxide (TO) is a kind of water oxidation catalyst with great potential. However, with the exploration of this kind of materials, the researchers will focus on the study of mechanism, in order to guide the theory and practice, further improve its catalytic activity and realize industrialization. On the other hand, transition metal substituted polyoxometalate as a stable homogeneous molecular catalyst has attracted much attention in mechanism research. Because of their total inorganic coordination structure, they can withstand the strong oxidation environment during the water oxidation reaction. The transition metal atoms, such as Coannion Cu, exhibit unique physical and chemical properties due to the influence of the absence of heteropoly acid ligands. In this paper, the development of Co/Cu transition metal oxide as photocatalytic water oxidation catalyst and electrocatalytic water oxidation catalyst has been studied, and the photocatalytic water oxidation performance of transition metal substituted POM containing CoCU / NiMn-Mn-Zn has also been preliminarily explored. Mainly include the following aspects: 1. A series of porous Co_3O_4/Cu O hollow polyhedron nanocomposites with MOF as sacrificial template were synthesized and characterized. The Co/Cu ratio was optimized. The catalytic activity of the above mentioned materials was tested in the photocatalytic water oxidation system of Visible-light/Ru(bpy)3~(2 / Na _ 2s _ 2O _ 8. The results show that porous Co_3O_4/Cu O hollow polyhedron nanorages have heterojunctions which enhance the separation of electron holes through the formation of internal electric field and enhance the photocatalytic oxygen-producing activity of photocatalytic oxidation. A series of porous hollow polyhedron nanocages with the same morphology have been synthesized and characterized. The effects of different modification methods on the activity of photocatalytic and electrocatalytic oxygen-producing catalysts have been investigated. The catalyst Cu-ZIF-400 doped in Co_3O_4 lattice and Cu O/Co_3O_4 doped with CuO on Co_3O_4 have better electrocatalytic and photocatalytic oxygen-producing properties than Co_3O_4. The effect of calcination temperature on the Cu-ZIF-T activity of the catalyst was investigated. A series of heteropoly acid salt water oxidation catalysts with different transition metal substitutions have been synthesized and characterized. The results show that a series of different transition metal substituted heteropoly acid brine oxidation catalysts [M _ 2H _ 2B _ (- 尾 -Si W_8O_(31))_2)] 16-(M=Cu~(2 / Co ~ (2 / 2) / mn ~ (2 / N) / Ni ~ (2 / N) / Zn ~ (2 / O) ~ (2 / In the Ru(bpy)3~(2 / visible-light- / Na2S2O8 photocatalytic water oxidation system, the water oxidation catalytic activity of the above mentioned POM was studied. The results show that different transition metal substituted heteropoly acids have different catalytic properties of water oxidation.
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

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本文編號：1845327