發(fā)布時間：2020-03-24 02:40

【摘要】：能源危機與環(huán)境污染已成為中國乃至全球都面臨的重大挑戰(zhàn)。采用太陽能光催化分解水獲取氫能是解決能源危機與環(huán)境污染問題的一種有效途徑。單純的光催化劑由于顆粒表面沒有足夠的活性位點、產生的光生電子與空穴對不能有效地分離,因此光催化產氫活性較低。負載貴金屬助催化劑可以促進光生電子與空穴對的分離,增加活性位點數量,能夠大大提高了光催化劑的光催化產氫活性。但由于資源匱乏、價格昂貴,限制了貴金屬助催化劑的廣泛應用。本論文嘗試開展磷化物基非貴金屬助催化劑的研制,通過實驗篩選出幾種高活性非貴金屬磷化物基助催化劑,如WP,Fe_xCo_(1-x)P,NiCoP等,大幅提高硫化鎘光解水制氫的活性與穩(wěn)定性。主要得到以下研究成果:(1)采用濕化學法合成出WP納米顆粒,隨后采用球磨方法將合成的WP納米顆粒負載到商業(yè)CdS表面,形成WP/CdS復合光催化劑。所制備的WP/CdS復合光催化劑表現出了很高的可見光分解水制氫活性。當CdS表面負載4.0 wt.%的WP時光解水制氫活性最高,約為純CdS制氫活性的11.67倍。電化學分析表明WP具有很高的電解水制氫性能,并且WP/CdS復合材料界面間存在有效的電荷傳遞。這些結果表明WP是一種優(yōu)良的制氫光催化助催化劑,將其負載與光催化劑表面,可以大幅提高硫化鎘光解水制氫活性。(2)采用化學共沉淀的方法合成出三元Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒,通過機械攪拌的方法將其負載到商業(yè)CdS表面形成Fe_xCo_(1-x)P/CdS復合光催化劑。制備的Fe_xCo_(1-x)P/CdS復合光催化劑表現出了很高的可見光分解水制氫活性。研究發(fā)現,當Fe與Co的比例為4:6時光解水制氫活性最高,大約是純CdS的5.85倍,達到了Pt/CdS的75.8%。Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒的電化學分析表明Fe_xCo_(1-x)P具有很高的電解水制氫性能,并且Fe_xCo_(1-x)P/CdS復合材料界面之間存在有效的電荷傳遞。這些結果表明三元Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒是一種高效穩(wěn)定的制氫光催化助催化劑,將其負載到光催化劑表面可以大幅提高光解水產氫活性。(3)采用水熱的方法一步合成出三元NiCoP納米顆粒,用乙醇蒸發(fā)的方法將其負載到商業(yè)CdS表面形成NiCoP/CdS復合光催化劑。超聲剝離之后的NiCoP/CdS復合光催化劑表現出了很高的可見光分解水制氫活性。研究發(fā)現,超聲剝離之后的NiCoP/CdS的光解水制氫活性是超聲剝離前的1.62倍,是純CdS的10.86倍,甚至達到了Pt/CdS的96%。NiCoP納米顆粒的電化學分析表明NiCoP具有很高的電解水制氫性能,并且NiCoP/CdS復合材料界面存在有效的電荷傳遞。這些結果表明三元NiCoP納米顆粒是一種可以替代貴金屬Pt的高效穩(wěn)定的制氫光催化助催化劑,將其負載到硫化鎘表面大幅提高了光解水產氫活性。
【圖文】：

上海電力學院碩士學位論文穴。受到光激發(fā)的電子和空穴遷移到半導體光催化劑的表反應。電子帶負電，具有還原能力，與水中的氫離子結合產具有氧化能力，與水中的氫氧根離子結合產生氧氣。水是其分解產生氫氣和氧氣是一個吉布斯自由能減小的非自發(fā)準狀態(tài)下，，將 1 摩爾的水分解為氫氣和氧氣，需要 237 kJ光催化分解水產氫，半導體光催化劑的禁帶寬度至少大于

圖 1-2 部分半導體材料的導帶和價帶位置及與水的分解電位之間的相對關系[1]1.2.3 提高半導體光催化劑活性的途徑光催化劑雖然具有無毒無害等優(yōu)點，但是能量利用率低，活性不高等缺點限制了光催化制氫的廣泛應用，因此需要尋找改進方法，提高光催化制氫活性。常見的提高光催化制氫活性的方法有以下幾種。(1)金屬離子摻雜；(2)非金屬離子摻雜；(3)光敏化；(4)復合半導體；(5)助催化劑1.3 助催化劑的研究進展1.3.1 助催化劑原理純的半導體光催化劑在光解水過程中的光催化活性很低，要提高半導體催化劑的光催化活性，可以在半導體上負載助催化劑從而提高催化劑的光催化活性。在半導體光催化劑上負載助催化劑的原理圖如下圖 1-3 所示。在光催化分解水過程中，光照射到半導體催化劑上產生電子和空穴，光生電子與空穴分離，通過遷
【學位授予單位】：上海電力學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2

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本文編號：2597665