【摘要】：隨著人類對于化石能源需求的快速增長,環(huán)境和能源問題日益突出。利用太陽能進行人工光合作用催化還原二氧化碳,生成具有高附加值的碳氫化合物是解決能源和環(huán)境問題可行的途徑。目前,利用太陽能進行光催化還原二氧化碳體系和光電催化還原二氧化碳體系均取得了一定的進展,但仍存在著催化效率低、成本高、太陽能利用率低、環(huán)境不友好等問題。為了實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,應(yīng)著力于開發(fā)具有高催化活性和穩(wěn)定性的非貴金屬催化劑以及能對可見光響應(yīng)的非貴金屬半導(dǎo)體材料。這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題,以此為出發(fā)點,本論文對利用太陽能催化還原二氧化碳的兩種體系開展了相應(yīng)的研究工作。構(gòu)建Co(bpy)_2Cl_2/TEOA/Ru(bpy)_3Cl_2三組分均相光催化還原二氧化碳體系,以Co(bpy)_2Cl_2為催化劑。該催化劑結(jié)構(gòu)簡單,易于合成,成本低廉,同時具有良好的催化活性和穩(wěn)定性�？梢姽庹丈�4 h,可生成一氧化碳62.3μmol,TON值達到6230,氫氣的產(chǎn)量達到69.9μmol,TON值為6990。在450 nm單色光波長的照射下,體系最大光量子效率達到2.04%。在長時間可見光照射下,光敏劑Ru(bpy)_3Cl_2分解生成[Ru(bpy)_2]~(2+),而催化劑Co(bpy)_2Cl_2在三次循環(huán)實驗中仍然保持較高的活性。根據(jù)電化學(xué)實驗和淬滅實驗的結(jié)果,我們推斷出激發(fā)態(tài)Ru(bpy)_3Cl_2的淬滅途徑應(yīng)該為氧化淬滅,并推測了相應(yīng)的反應(yīng)機理。在開發(fā)具有高活性和高穩(wěn)定性的二氧化碳還原催化劑的基礎(chǔ)上,可以進一步將其負載在光陰極上以實現(xiàn)太陽能光電催化還原二氧化碳。我們設(shè)想,通過吸附力較強的磷酸基團把分子催化劑Co(bpy)_2Cl_2和光敏劑Ru(bpy)_3Cl_2連接在空穴傳輸材料NiO上。在實驗過程中,發(fā)現(xiàn)激發(fā)態(tài)的光敏劑發(fā)生嚴重電子空穴復(fù)合,電子無法有效地傳遞到催化劑。因此,我們改變思路,尋找到合適的半導(dǎo)體材料CuFe_2O_4,既能滿足光催化還原二氧化碳的氧化還原電勢,又能對可見光有很好的響應(yīng)。我們通過刮涂法制備了CuFe_2O_4/FTO薄膜電極,組裝成光陰極器件用于光電催化還原二氧化碳。CuFe_2O_4/FTO薄膜電極的禁帶寬度為1.64 eV,對可見光有很好的響應(yīng)。在-0.6 V vs.Ag/AgCl的偏壓下、0.5 M的碳酸氫鉀水溶液中,組裝的光陰極器件在可見光照射下光電流密度達到120μA/cm~(-2),可以穩(wěn)定4000 s,并產(chǎn)生了深度還原產(chǎn)物甲醇和乙醇。
【圖文】：

圖 1.1 綠色植物光合作用原理示意圖Fig. 1.1 Photosynthesis principle diagram of green plants.綠色植物的光合作用原理中我們可以看出，要想模擬綠色植物的光合作用利用動催化二氧化碳還原，，體系中必須有能夠吸收可見光的吸光物質(zhì)（光敏劑）[9金屬配合物、有機染料或者 P 型半導(dǎo)體；還須有能使吸光物質(zhì)得以再生的電子

- 6 -圖 1.2 光催化還原二氧化碳催化體系概念圖The concept diagram of photocatalytic CO2reduction in homogeneous s
【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】：2018
【分類號】：O643.32

【參考文獻】

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1 吳改;程軍;張夢;周俊虎;岑可法;;太陽能光電催化還原CO_2的最新研究進展[J];浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2013年04期

本文編號：2607549