【摘要】：光催化技術(shù)作為一種綠色環(huán)保的技術(shù),在解決能源危機(jī)和治理環(huán)境污染方面具有廣泛的應(yīng)用前景,如何制備高性能的光催化劑成為近些年的熱點(diǎn)話題。經(jīng)過幾十年的研究,對于有機(jī)半導(dǎo)體光催化機(jī)理的研究已經(jīng)比較成熟,并且推導(dǎo)出的一些結(jié)論也得到了驗(yàn)證。雖然半導(dǎo)體光催化取得了巨大的成就,然而卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想的狀況。目前光催化技術(shù)面臨的主要問題是太陽能利用率低、光催化量子效率低、穩(wěn)定性差等。這些問題可以通過染料敏化、調(diào)節(jié)催化劑尺寸、貴金屬沉積、提高催化劑比表面積等方式解決。本論文的主要研究內(nèi)容:(1)采用廉價易得的酞菁作為原料,用簡單的超聲法制備了粒徑7nm左右的球狀磺化酞菁鈷(CoPcS)納米粒子,用更換溶劑法制備了粒徑4nm左右的球形酞菁鈷(CoPc)納米粒子,尺寸均一且穩(wěn)定性好。將酞菁做成納米粒子,不但可以發(fā)揮酞菁在可見光區(qū)有吸收、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),還可以發(fā)揮納米粒子比表面積大、催化位點(diǎn)多、光生載流子易分離的優(yōu)越性。以酞菁納米粒子為催化劑,熒光素(FL)為光敏劑,三乙胺(TEA)為犧牲劑,完全不含貴金屬的非均相催化體系展現(xiàn)出優(yōu)異的光解水制氫活性。本論文先后探討了催化劑的濃度、光敏劑的濃度、犧牲劑的種類和濃度以及pH對催化效率的影響,優(yōu)化各個變量的條件來盡可能的達(dá)到最佳效果。優(yōu)化完成后,CoPcS催化體系的產(chǎn)氫壽命長達(dá)20小時,轉(zhuǎn)化率TON達(dá)到206(相對于催化劑),相應(yīng)的TOF達(dá)到36h~(-1)。CoPc催化系統(tǒng)在10h內(nèi)保持較高的產(chǎn)氫活性,TON達(dá)到147,相應(yīng)的TOF達(dá)到21.9 h~(-1)。重元素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證明了催化過程中氫氣中氫質(zhì)子的來源是水,光催化過程中的確是將水分解了。并且最后用高斯軟件計(jì)算了酞菁納米粒子的催化原理。(2)以雙氰胺為原料,尿素為軟模板,采用微波快速加熱的方法制備了多孔g-C_3N_4光催化材料。微波法解決了傳統(tǒng)的高溫加熱法費(fèi)時耗力的問題,提高了制備催化劑的效率,可以在短時間內(nèi)合成大批量的g-C_3N_4。通過透射電鏡可知,本實(shí)驗(yàn)用微波法制備的g-C_3N_4是由少量片層堆疊而成的二維片狀結(jié)構(gòu)。通過BET測試g-C_3N_4的孔容孔徑和比表面積,發(fā)現(xiàn)多孔g-C_3N_4的比表面積增加了3倍。分析g-C_3N_4的紅外光譜并發(fā)現(xiàn)制備的多孔g-C_3N_4仍然保存著其特征官能團(tuán),說明其結(jié)構(gòu)框架沒有被破壞。且由UV-vis光譜可知,微波法合成的催化劑紫外吸收邊由460nm紅移到600nm,提高了其對可見光的利用率。通過可見光照射下光解水產(chǎn)氫和光降解羅丹明B的實(shí)驗(yàn)來檢測g-C_3N_4的催化能力。以鉑為助催化劑、三乙醇胺為犧牲劑,多孔g-C_3N_4的產(chǎn)氫量高達(dá)1425?mol·g~(-1)·h~(-1)。
【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】：O643.36;O644.1

【參考文獻(xiàn)】

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10 徐承天,陳碧欽,彭芳,陳邦林;介紹物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)-硫磺溶膠的制備及其Zeta電勢的測定[J];實(shí)驗(yàn)室研究與探索;2004年08期

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本文編號：2651458