發(fā)布時間：2018-10-09 16:49

【摘要】：本論文以光催化制氫體系中敏化劑和催化劑上的電子轉(zhuǎn)移為研究的切入點,通過引入二甲基亞砜(DMSO)有效地抑制了激發(fā)態(tài)虎紅(RB*)的非輻射過程并延長了激發(fā)態(tài)RB*的熒光壽命。同時,通過原位光還原Cu_2O/TiO_2制備了Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑,對氧化銅和氧化亞銅作為光催化劑的制氫機理進行了研究,發(fā)現(xiàn)夾層金屬銅在該催化劑中傳導(dǎo)電子的重要作用。本論文主要內(nèi)容如下:1.DMSO對抑制激發(fā)態(tài)RB~*非輻射過程和提高光催化制氫效率作用的研究在RB敏化Pt催化制氫體系中,引入少量DMSO能夠有效地抑制質(zhì)子誘發(fā)引起的激發(fā)態(tài)RB~(ˉ*)非輻射過程,從而提高光催化制氫效率。在可見光激發(fā)下,激發(fā)態(tài)RB*很容易跟水分子發(fā)生分子間質(zhì)子轉(zhuǎn)移形成激發(fā)態(tài)RB~(ˉ*),這種激發(fā)態(tài)RB~(ˉ*)很容易與H+結(jié)合而被猝滅,造成激發(fā)態(tài)RB~(ˉ*)的光生電子損失從而導(dǎo)致制氫效率下降。研究發(fā)現(xiàn)少量DMSO加入該反應(yīng)體系,減弱了水分子與激發(fā)態(tài)RB~*之間的氫鍵作用,同時抑制了激發(fā)態(tài)RB*與水分子間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移,進而降低了激發(fā)態(tài)RB~(ˉ*)的非輻射過程。制氫測試結(jié)果表明DMSO的引入使RB敏化Pt催化體系的制氫量在120 min內(nèi)達到1410.7μmol,是沒有DMSO引入的4.48倍。在550nm處,RB敏化Pt催化劑制氫體系達到最大的制氫量子效率,其值為44.3%。2.Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑中夾層金屬銅對可見光催化制氫的重要作用通過原位光還原Cu_2O/TiO_2制備了Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2夾層結(jié)構(gòu)的光催化劑。研究發(fā)現(xiàn)夾層金屬Cu在Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑中起著非常重要的作用,夾層金屬Cu在制氫過程中為TiO_2導(dǎo)帶上的電子向Cu_2O的轉(zhuǎn)移提供了便捷的通道,使得光電子的壽命得到極大延長。此外,通過調(diào)節(jié)Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑中的夾層金屬Cu與Cu_2O的摩爾比可顯著改善催化劑的制氫活性,當(dāng)夾層金屬Cu和Cu_2O的摩爾比是0.99時,Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑表現(xiàn)出最高的瞬態(tài)光電流和較長的熒光壽命(0.365 ns)。在相同條件下,Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2催化劑的制氫活性是Cu/TiO_2催化劑的三倍,并且具有較好的制氫穩(wěn)定性。
[Abstract]:In this paper, the electron transfer between sensitizer and catalyst in photocatalytic hydrogen production system is taken as the starting point. By introducing dimethyl sulfoxide (DMSO), the non-radiation process of excited tiger red (RB*) is effectively suppressed and the fluorescence lifetime of excited RB* is prolonged. At the same time, Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2 catalyst was prepared by in situ photoreduction of Cu_2O/TiO_2. The hydrogen production mechanism of copper oxide and cuprous oxide as photocatalysts was studied. The important role of interlayer metal copper in conducting electrons in the catalyst was found. The main contents of this thesis are as follows: 1. The effect of DMSO on the inhibition of excited RB~* nonradiative process and the improvement of photocatalytic hydrogen production efficiency in RB sensitized Pt catalytic hydrogen production system. The introduction of a small amount of DMSO can effectively suppress the non-radiative process of proton induced excited state RB~ (RB~ *) and thus improve the efficiency of photocatalytic hydrogen production. Excited by visible light, excited state RB* can easily transfer with water molecule to form excited state RB~ (RB~ *). This excited state RB~ (RB~ *) is easily quenched with H, resulting in photoelectron loss of excited state RB~ (RB~ *), which leads to the decrease of hydrogen production efficiency. It is found that the addition of a small amount of DMSO to the reaction system weakens the hydrogen bond between the water molecule and the excited RB~*, and at the same time inhibits the proton transfer between the excited RB* and the water molecule, thus reducing the non-radiative process of the excited RB~. The hydrogen production test results show that the hydrogen production of RB sensitized Pt catalyst system can reach 1410.7 渭 mol, within 120 min with the introduction of DMSO, which is 4.48 times as high as that without DMSO. The hydrogen production system of RB sensitized Pt catalyst at 550nm achieves the maximum hydrogen production quantum efficiency. The value of the interlayer metal copper in the 44.3%.2.Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2 catalyst plays an important role in the visible light catalytic hydrogen production. The Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2 interlayer photocatalyst was prepared by in situ photoreduction of Cu_2O/TiO_2. It is found that interlayer metal Cu plays a very important role in the Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2 catalyst. The interlayer metal Cu provides a convenient channel for the transfer of electrons from TiO_2 conduction band to Cu_2O in the process of hydrogen production, which greatly prolongs the lifetime of photoelectrons. In addition, by adjusting the molar ratio of interlayer metal Cu to Cu_2O in Cu/Cu_2O/Cu/TiO_2 catalyst, the hydrogen production activity of the catalyst can be significantly improved. When the molar ratio of interlayer metal Cu to Cu_2O is 0.99, the catalyst Cu / Cu _ 2O / Cu / TIO _ 2 exhibits the highest transient photocurrent and longer fluorescence lifetime (0.365 ns). Under the same conditions, the catalytic activity of Cu- / TiO-2 catalyst is three times as high as that of Cu/TiO_2 catalyst, and the catalyst has better hydrogen production stability.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;TQ116.2

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本文編號：2260060