【摘要】：光催化產(chǎn)氫是解決能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的理想途徑,助催化劑是影響光催化產(chǎn)氫的重要因素,因此,開(kāi)發(fā)高效廉價(jià)的助催化劑具有重要的意義。太西煤是全國(guó)之冠的優(yōu)質(zhì)煤,若將太西煤作為碳源合成碳化物類(lèi)助催化劑,將有效地降低光催化成本,提高太西煤的附加值。本論文結(jié)合寧夏當(dāng)?shù)刎S富的煤炭資源特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一條以太西煤基作為碳源通過(guò)一步鍛燒法直接合成W-WC復(fù)合物的方法,并將W-WC復(fù)合物作為產(chǎn)氫助催化劑與CdS復(fù)合應(yīng)用在光催化分解水產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)中,且對(duì)W-WC/CdS復(fù)合光催化劑的產(chǎn)氫機(jī)理進(jìn)行了研究。首先,我們以四種不同的煤種作為碳源,研究了煤基碳源制備W-WC復(fù)合物的工藝條件,通過(guò)對(duì)比不同碳源的灰分、不同鎢碳的質(zhì)量比、不同煅燒溫度、不同鍛燒時(shí)間下合成的產(chǎn)物,確定其最優(yōu)條件是:最優(yōu)碳源是太西煤,合適的鎢碳質(zhì)量比是0.725:1,生成W-WC復(fù)合物的溫度范圍是1000 ℃到1200℃之間和最短時(shí)間3小時(shí)。發(fā)現(xiàn)鎢源和碳源在高溫煅燒過(guò)程中的反應(yīng)過(guò)程是:WO3 → WO2 → W → W2C → WC。其次,我們采用共沉淀法將太西煤基合成的W-WC復(fù)合物與CdS復(fù)合,并研究了 W-WC/CdS的光催化產(chǎn)氫性能。發(fā)現(xiàn)W-WC是一種有效的光催化產(chǎn)氫非貴金屬助催化劑,其催化性能不僅比單純的W和單純的WC更高,甚至比貴金屬Pt更優(yōu)。以在最優(yōu)煅燒溫度1000℃下合成的W-WC為助催化劑,在最優(yōu)擔(dān)載量為8%時(shí),W-WC/CdS的光催化產(chǎn)氫活性最高,達(dá)331.4μmol·h-1,是單純 CdS 的 17.4 倍,是 Pt/CdS 的 2.6倍。最后,通過(guò)(光)電化學(xué)性能測(cè)試研究了W-WC的助催化劑性質(zhì)和W-WC/CdS的光催化產(chǎn)氫機(jī)理。通過(guò)循環(huán)伏安,恒電流充放電實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了 WC具有最大的比電容(Cw=9.13F/g、Cw.wc=14.33F/g、Cwc=28.04F/g),說(shuō)明WC具有最佳的儲(chǔ)存電子的性能。通過(guò)線性伏安掃描實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)W-WC具有最高的產(chǎn)氫催化能力,其次是W,再次是WC(在陰極電流密度為-30 mA/cm2時(shí),W-WC、W、WC的活性電位分別為-1.327 V、-1.366 V、-1.375V)。通過(guò)電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)W和W-WC的電化學(xué)阻抗曲線的半徑幾乎相等,說(shuō)明W-WC具有與W同樣小的電阻值,而WC的電化學(xué)阻抗曲線的半徑比另兩種材料大很多,說(shuō)明WC的電阻最大(W-WC、W、WC的曲線拐點(diǎn)橫坐標(biāo)分別為14.16Ω/cm2、13.46Ω/cm2、18.92Ω/cm2)。通過(guò)光電流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)W-WC具有最強(qiáng)的光電流(W-WC的電流密度為15.87μA/cm2)。高分辨電鏡表征發(fā)現(xiàn)W-WC形成了異質(zhì)結(jié)。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明W-WC具有高的光催化產(chǎn)氫性能的原因是:W-WC不僅擁有類(lèi)似于W較高的催化產(chǎn)氫能力,同時(shí)具備了類(lèi)似于WC較高的儲(chǔ)存電子能力,并且W-WC具備較小的電阻,以方便光生電子的傳輸。W-WC/CdS的光催化產(chǎn)氫機(jī)理是:在光照條件下CdS的光生電子轉(zhuǎn)移到W-WC上,在W-WC上發(fā)生光催化產(chǎn)氫反應(yīng),CdS表面發(fā)生光催化氧化反應(yīng)。W-WC中的不同組分在光催化產(chǎn)氫中起不同的作用,通過(guò)W-WC中形成的異質(zhì)結(jié),在W中的光生電子可以向WC轉(zhuǎn)移,WC具有儲(chǔ)存電子性能且表面主要發(fā)生催化產(chǎn)氫(抑制了 CdS中光生電子的復(fù)合),W主要起傳輸電子的作用,最終W-WC/CdS的光催化產(chǎn)氫得到大幅度提高。
【圖文】：

圖１－３邋ＺｎＯ邋／邋Ｓｎ０２復(fù)合光催化劑電荷分離和光催化反應(yīng)的機(jī)理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｃｈａｒｇｅ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｐｈｏｔｏｃａｉａｌｙｔｉｃ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ＺｎＯ邋／邋ＳｎＯ：邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ逡逑圖１是ＺｎＯ／ＳｎＯ：復(fù)合光催化劑電荷分離和光催化反應(yīng)的機(jī)理。如圖所示，當(dāng)光催化劑被具逡逑－３－逡逑

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本文編號(hào)：2612079