NH₃是社會(huì)生產(chǎn)中不可或缺的化工產(chǎn)品。目前,工業(yè)合成氨仍然以耗能巨大,污染嚴(yán)重Haber-Bosch法為主,急需開發(fā)一種低能耗、低污染的固氮新工藝來替代。光催化固氮因?yàn)槠涔?jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)引起了科研人員的廣泛關(guān)注。通過構(gòu)筑活性位點(diǎn)提高N₂的吸附能力,是提高半導(dǎo)體材料光催化固氮性能的重要研究方向。Mo因?qū)₂的選擇性較高,吸附和活化能力較強(qiáng)成為本文的研究對(duì)象。通過CASTEP對(duì)MoO₂和MoO₃進(jìn)行了密度泛函理論理論計(jì)算,計(jì)算結(jié)果肯定了MoO₂作為光催化固氮材料的可行性且指出其氫化過程遵循遠(yuǎn)端/交替結(jié)合機(jī)制。通過原位碳還原法制備了MoO₂和MoO₃材料,對(duì)合成的材料進(jìn)行了物相分析,結(jié)構(gòu)與形貌表征和光學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明MoO₂呈現(xiàn)粗糙表面結(jié)構(gòu)的立方體外貌,粒徑在1.5-2μm之間,具有較低的載流子復(fù)合率和較強(qiáng)的光響應(yīng)能力。在不加入任何犧牲劑的情況下,利用靛酚藍(lán)比色法檢測(cè)MoO_2... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光催化固氮機(jī)理示意圖[13]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-2-1.2.1光催化固氮機(jī)理光催化固氮技術(shù)是利用半導(dǎo)體催化劑對(duì)光的響應(yīng)能力，通過把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氨的一種新技術(shù)（光催化固氮機(jī)理見圖1-1）。N2還原（NRR）的光催化過程可分為幾個(gè)步驟[12]。首先，半導(dǎo)體催化劑接受光照產(chǎn)生光生電子，光生電子被激發(fā)后躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中留下空穴。之后，一些電子和空穴重新復(fù)合；同時(shí)，其他電子和空穴則會(huì)遷移到催化劑的表面并參與表面發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。具體來講，H2O可以通過空穴氧化成O2。在連續(xù)多步結(jié)合光生電子和水裂解產(chǎn)生的質(zhì)子氫之后N2被還原成NH3[13]。圖1-1光催化固氮機(jī)理示意圖[13]實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論（DFT）計(jì)算揭示了各種催化劑上的N2還原機(jī)制[14]。如上文所述，在光催化合成NH3的情況下，第一次質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移時(shí)，吸附在催化劑表面上的N2（*N≡N）從環(huán)境中獲得一個(gè)質(zhì)子（H+），從催化劑獲得一個(gè)光生電子（e-）產(chǎn)生吸附化學(xué)物（*N=NH），如圖1-2所示：圖1-2幾種不同路徑的光催化固氮加氫機(jī)制過程圖[15]

乖?縹桓?怯跋齏呋??實(shí)囊蛩豙18]。最后，不同的反應(yīng)條件也會(huì)對(duì)光催化固氮性能產(chǎn)生影響。本文從以下幾個(gè)方面討論光催化固氮性能的影響因素：（1）氮?dú)馕侥芰Φ挠绊慬19]。在光催化固氮反應(yīng)中，首先要確保催化劑的表面具有吸附氮?dú)獾哪芰�。光生電子遷移到催化劑的表面后，將與在催化劑表面吸附的氮?dú)獍l(fā)生氮還原反應(yīng)。催化劑對(duì)于氮?dú)獾奈侥芰υ綇?qiáng)，就會(huì)有更多的氮?dú)獗惠d流子活化，還原反應(yīng)中參與的活潑氮也會(huì)越多，從而提高光催化固氮的活性。因此，影響光催化固氮性能強(qiáng)弱的決定性因素是催化劑對(duì)于氮?dú)獾奈侥芰�。圖1-3常見光催化固氮半導(dǎo)體的帶隙結(jié)構(gòu)示意圖[20]（2）半導(dǎo)體能帶的影響[20]。光催化固氮反應(yīng)中重要的一步是光激發(fā)，半導(dǎo)體光催化劑從太陽光中獲取能量，產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)。其中最關(guān)鍵的因

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于硫化物半導(dǎo)體的高效光催化固氮催化劑研究[D]. 高祥.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2019
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本文編號(hào)：3049611