【摘要】：在能源問題日益突出的今天,可再生能源的使用已成為人們廣泛關(guān)注的問題。其中,氫能是最受關(guān)注的清潔能源之一。通過光催化裂解水制氫的方法,在制氫過程中既不消耗化石能源,亦不產(chǎn)生污染,是最理想的制氫方法。然而,光催化產(chǎn)物中氫氣提純的問題,以及化學(xué)儲氫過程中裂解氫氣的能源消耗問題,都是制約氫能利用的絆腳石。為此,我們提出一種新的方法,有望在光催化分解水的過程中直接將氫原子儲存在儲氫材料中。為了驗(yàn)證這一方法的可行性,我們從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了探索。發(fā)現(xiàn)了可以用儲氫材料直接存儲光催化中產(chǎn)生的原子態(tài)氫。主要研究和結(jié)果如下:(1)實(shí)驗(yàn)中通過光誘發(fā)沉積的方法在TiO_2(P25)表面附著了貴金屬助催化劑Pt,通過透射電鏡觀察到Pt均勻分布在TiO_2顆粒表面,含量約為4 wt%。構(gòu)建了Pt負(fù)載TiO_2顆粒進(jìn)行高效光催化分解水的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。(2)設(shè)計并實(shí)施了Pd箔片在甲醇水溶液的TiO_2(Pt)光催化分解水系統(tǒng)中原位儲氫實(shí)驗(yàn)。通過XRD的表征發(fā)現(xiàn),Pd箔片在水溶液中儲氫數(shù)小時后轉(zhuǎn)化為H_(0.706)Pd。Pd箔片的成功儲氫,證明了通過儲氫材料原位儲存光催化分解水中產(chǎn)生的氫氣這一方法是可行的。(3)通過氣相運(yùn)輸沉積方法成功制備了二氧化釩納(微)米線,并對其由熱觸發(fā)引起的本征相變行為進(jìn)行了觀察,證實(shí)了這些二氧化釩納(微)米線在68℃的瞬時金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變行為;還通過在透射電鏡中對其電觸發(fā)相變行為的研究印證了載流子濃度對其相變溫度的影響。(4)設(shè)計并實(shí)施了二氧化釩納(微)米線在甲醇水溶液的TiO_2(Pt)光催化分解水系統(tǒng)中原位儲氫實(shí)驗(yàn)。通過光鏡、透射電鏡和拉曼光譜的結(jié)構(gòu)表征,發(fā)現(xiàn)在二氧化釩中實(shí)現(xiàn)了由于氫摻雜而導(dǎo)致其相變溫度降低;還發(fā)現(xiàn)氫摻雜后的二氧化釩納(微)米線在加熱冷卻相變過程中存在很大過冷度。又通過對原位儲氫處理后的納米線進(jìn)行電學(xué)性能的表征,進(jìn)一步證實(shí)了二氧化釩中的氫摻雜。此外還發(fā)現(xiàn),即使在二氧化釩中摻雜的氫濃度較低,不足以引發(fā)金屬-絕緣體相變,但由于氫摻雜帶來的載流子濃度上升仍會使其電阻明顯下降。(5)由于氫氣在無催化劑的條件下無法進(jìn)入二氧化釩晶格,因而利用只有氫原子可以直接進(jìn)入二氧化釩晶格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計證明:光催化分解水過程中確實(shí)有原子態(tài)的氫存在于水中,并且通過在水中擴(kuò)散到達(dá)二氧化釩納(微)米線表面實(shí)現(xiàn)二氧化釩儲氫。(6)二氧化釩儲氫后,室溫M_1相放氫很慢,而被加熱至R相后放氫迅速。這一特性使其具備了成為儲能材料的潛力。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ116.2;O643.36;O644.1
【圖文】：

圖 1-3 典型含氫材料和儲氫材料的性能[6]Fig 1-3 Properties of representative materials for hydrogen distribution, generation and on-boardstorage[6].1.3 二氧化釩及其儲氫特性1.3.1 二氧化釩的晶體結(jié)構(gòu)二氧化釩（VO2）是一種典型的相變材料，當(dāng)升溫至 341K 時，二氧化釩發(fā)生由低溫單斜相向高溫四方相的可逆金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變（Metal-insulatorTransition，MIT）。伴隨著相變的發(fā)生，二氧化釩的許多物理性質(zhì)發(fā)生迅速的變化，包括電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)等。因此，二氧化釩在半導(dǎo)體器件、智能開關(guān)、光存儲材料、智能電阻等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[34]。二氧化釩存在著多種晶體結(jié)構(gòu)。通過不同的反應(yīng)條件可以制備不同晶型的二氧化釩，主要包含以下幾種：四方相的 VO2（R）和 VO2（A），單斜相的 VO2

圖 1-4 VO2不同晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig 1-4 Transformational relationships of different VO2structures.二氧化釩的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。變材料(Phase Change Material, PCM)是指隨溫度變化而改變物質(zhì)狀熱的物質(zhì)。其中，物理性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程稱為相變過程，通常會熱量變化以及相變材料聲、光、電、磁性質(zhì)方面的變化。渡金屬元素是電子 d 軌道未填滿的金屬元素。其中，3d 過渡金屬構(gòu)中電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，其氧化物常常具備一些特殊的電子相[46,47]，屬的氧化物表現(xiàn)出與眾不同的物理學(xué)性質(zhì)。金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變就是的性質(zhì)之一。1959 年，Morin[48]率先報道了關(guān)于釩、鈦、錳的氧化屬-絕緣體轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。此后，這個領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多的研究報道，同的 3d 過渡金屬氧化物也具備金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變特性。圖 1-5 列出

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 林克英;馬保軍;蘇f惞

本文編號：2722511