本文關(guān)鍵詞：若干含Ga、In硼酸鹽的光催化性能優(yōu)化

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【摘要】：半導(dǎo)體材料光催化分解水制氫具有體系簡單、成本低的優(yōu)點,被認(rèn)為是制備清潔能源最為綠色的途徑。尋找新的高效催化劑和通過改性提高已有催化劑的效率是目前光解水研究領(lǐng)域的主要內(nèi)容。本課題以d10電子構(gòu)型的鎵,銦的硼酸鹽為研究目標(biāo),一方面尋找前人尚未研究的半導(dǎo)體材料,拓展能夠光解水制氫的催化劑種類;另一方面,通過優(yōu)化催化劑,逐步理解制約催化活性的因素,從機理層面上探索出優(yōu)化催化性能的普適方法,供他人參考。此外本文對幾種鎵硼酸鹽進行了光催化降解亞甲基藍測試,并對d0電子構(gòu)型的Nb,Ta硼酸鹽進行了光解水初步測試。本論文主要結(jié)論如下:1.對MGa2B_2O_7(M=Ba,Sr),CaGaBO_4,MBiGaB_2O_7(M=Ca,Cd),YGa_3(BO_3)_4等鎵硼酸鹽進行了合成,表征和光催化性質(zhì)研究,這幾種鎵硼酸鹽降解亞甲基藍活性普遍較低,且只有YGa_3(BO_3)_4具有紫外分解水制氫活性。2.研究了PbGaBO_4光催化性質(zhì)。PbGaBO_4帶寬3.8eV,價帶主要由O p構(gòu)成,導(dǎo)帶主要由Ga s和Pb p構(gòu)成。紫外,20%甲醇水體系中,高溫固相法合成的PbGaBO_4溶液雙負(fù)載1%Pt+1%Ru后催化速率相對母體提高約4倍(分別為41.9μmol/g/h,10.1μmol/g/h),活化鎵法合成的PbGa BO_4溶液雙負(fù)載1%Pt+1%Ru后催化速率相對母體提高約4.5倍(分別為36.4μmol/g/h,8.1μmol/g/h)。雙負(fù)載是一種較好的優(yōu)化方法,能夠促進光生電荷的分離,減少復(fù)合,有效提高催化活性。此外,PbGaBO_4在水中輕微分解,而Pt,Ru負(fù)載不僅能夠提高光催化性能,還能保證樣品穩(wěn)定不分解。3.研究了YGa_3(BO_3)_4光催化性質(zhì)。YGa_3(BO_3)_4 20%甲醇水體系中母體制氫速率1.5μmol/g/h,光負(fù)載2%Pt后制氫速率4.4μmol/g/h,催化劑在光催化體系中穩(wěn)定不分解。雖然母體活性較低,但有望通過多種負(fù)載,摻雜金屬離子等改性手段優(yōu)化其光催化性能,拓寬其應(yīng)用范圍。4.水熱法合成的InBO_3形貌較好,帶寬5.2eV,價帶頂端主要由O 2p構(gòu)成,導(dǎo)帶底端主要由In 5s構(gòu)成,紫外、甲醇水體系(20ml甲醇,50ml蒸餾水)HY-InBO_3-240℃產(chǎn)氫速率18.2μmol/g/h,350℃氧氣條件退火處理5h改善表面缺陷狀況后,活性提高至29.5μmol/g/h,通過NiOx浸漬負(fù)載可進一步提高到56.1μmol/g/h,是母體的3倍。通過等改性措施,InBO_3的紫外光解水制氫能力提高了。此外,嘗試在In位摻雜10%～30%的Ga調(diào)節(jié)帶寬和載流子濃度,實驗結(jié)果表明隨著摻雜濃度的增大,制氫速率下降了。5.研究了K_3Nb_3B_2O_(12)和KTaB_2O_6的光催化性質(zhì),20%甲醇水體系這兩種硼酸鹽制氫速率分別為11.9μmol/g/h和1.9μmol/g/h,雖然活性較低,但為鈮,鉭硼酸鹽的光催化性質(zhì)研究及后續(xù)實驗提供了思路。
【關(guān)鍵詞】：鎵硼酸鹽 銦硼酸鹽 光解水制氫 助催化劑
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 硼酸鹽概述10
• 1.2 硼酸鹽的制備方法10-11
• 1.2.1 高溫固相法11
• 1.2.2 溶膠-凝膠法11
• 1.2.3 水熱法11
• 1.2.4 硼酸熔融法11
• 1.3 硼酸鹽的的性質(zhì)及研究現(xiàn)狀11-17
• 1.4 半導(dǎo)體光催化分解水簡介17-20
• 1.4.1 研究背景17-18
• 1.4.2 基本原理18-19
• 1.4.3 光解水材料研究進展19-20
• 1.5 提高半導(dǎo)體光解水效率的措施20-25
• 1.5.1 晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、形貌20-21
• 1.5.2 氧缺陷21
• 1.5.3 犧牲劑21-22
• 1.5.4 助催化劑22-23
• 1.5.5 摻雜23-24
• 1.5.6 固溶體24-25
• 1.5.7 復(fù)合半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)25
• 1.6 本論文選題的目的和意義25-28
• 2 樣品的表征及性能測試28-34
• 2.1 試劑及規(guī)格28
• 2.2 主要分析測試儀器28-30
• 2.2.1 X-射線多晶粉末衍射28-29
• 2.2.2 掃描電鏡29
• 2.2.3 紫外-可見漫反射光譜29
• 2.2.4 測定固體比表面積29
• 2.2.5 理論計算29-30
• 2.2.6 氣相色譜儀30
• 2.3 負(fù)載方法30
• 2.4 樣品光催化性能測試30-34
• 2.4.1 亞甲基藍光催化脫色30-31
• 2.4.2 光解水制氫31-34
• 3 PbGaBO_4的優(yōu)化及光催化性質(zhì)34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 母體合成，表征及光催化35-39
• 3.2.1 合成35-36
• 3.2.2 表征36-37
• 3.2.3 母體樣品光解水測試37-39
• 3.3 退火優(yōu)化39-41
• 3.4 負(fù)載優(yōu)化41-48
• 3.5 小結(jié)48-50
• 4 水熱合成InBO_3的改性及光催化性質(zhì)50-66
• 4.1 引言50-52
• 4.2 母體合成，，表征及光催化52-55
• 4.2.1 合成52
• 4.2.2 表征52-54
• 4.2.3 母體樣品光解水測試54-55
• 4.3 退火優(yōu)化55-58
• 4.4 負(fù)載優(yōu)化58-61
• 4.5 摻雜61-65
• 4.5.1 合成61-62
• 4.5.2 表征62-64
• 4.5.3 摻雜樣品光解水測試64-65
• 4.6 小結(jié)65-66
• 5 其他幾種含鎵硼酸鹽的合成，表征及光催化測試66-80
• 5.1 引言66
• 5.2 BaGa_2B_2O_7的合成，表征及光催化66-71
• 5.2.1 催化劑的結(jié)構(gòu)及樣品制備66-67
• 5.2.2 表征67-68
• 5.2.3 光催化測試68-71
• 5.3 CdBiGaB_2O_7的合成，表征及光催化71-74
• 5.3.1 催化劑的結(jié)構(gòu)及樣品制備71-72
• 5.3.2 表征72-73
• 5.3.3 光催化測試73-74
• 5.4 YGa_3(BO_3)_4 的合成，表征及光催化74-78
• 5.4.1 催化劑的結(jié)構(gòu)及樣品制備74-75
• 5.4.2 表征75-76
• 5.4.3 光催化測試76-78
• 5.5 小結(jié)78-80
• 6 Ta，Nb硼酸鹽的合成與光催化性質(zhì)80-86
• 6.1 引言80-81
• 6.2 實驗部分81
• 6.3 結(jié)果與討論81-85
• 6.3.1 K_3Nb_3B_2O_(12)表征及光催化結(jié)果81-83
• 6.3.2 KTaB_2O_6表征及光催化結(jié)果83-85
• 6.4 小結(jié)85-86
• 7 結(jié)論與展望86-88
• 致謝88-90
• 參考文獻90-98
• 附錄98-118
• 附錄一 負(fù)載助催化劑優(yōu)化In_2TiO_5光催化性能98-106
• 附錄二 Ba_2InTaO_6的合成、改性及紫外光催化全分解水性質(zhì)106-118
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文118

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