【摘要】：氫能是一種二次能源,具有清潔高效、安全環(huán)保、熱能集中等特點,是一種十分理想的再生能源。研究和開發(fā)氫能是一條有前景的發(fā)展道路。光催化分解水實現(xiàn)產(chǎn)氫,其原理是將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲存的、隨時可用的化學能。光電化學池就是實現(xiàn)分解水產(chǎn)氫的一種有效裝置。本論文旨在研究光電化學池的組成-光陽極和光陰極材料,對所制備的材料分別進行制備和測試。光陽極基底材料選用小帶隙的n型半導體a-Fe2O3以及大帶隙的Zn O納米粒子,光陰極選取p型半導體NiO作為主要催化材料。在此基礎上通過進行摻雜,負載等修飾方法,提高催化劑的光電轉(zhuǎn)化效率和光催化性能。此研究為開發(fā)高性能的太陽光響應型催化劑,拓寬光電化學池在太陽能轉(zhuǎn)換領域的應用提供新的思路,主要內(nèi)容概括如下:(1)通過水熱法分別制備了一種新型的紡錘體狀的Sn4+摻雜的a-Fe2O3納米粒子以及Ca Mn2O4納米線,進一步通過低溫混合法實現(xiàn)了二者的復合。研究結(jié)果表明,摻雜Sn4+能夠增強催化劑的導電性,同時也能增強對模擬自然光的光吸收。當Sn4+的摻雜量為3%時,光響應效果最佳。負載Ca Mn2O4能夠促進電子-空穴的轉(zhuǎn)移,有利于提高光催化反應的效率。當Ca Mn2O4的負載量達到10%的時候,復合物的光催化效果最好。利用太陽光模擬器光照2 h,外電路施加電壓1 V vs.RHE,光解水產(chǎn)生的氧氣產(chǎn)量可達到2μmol。研究結(jié)果為以后二組分非貴金屬光催化劑的光陽極材料的設計提供了新的思路。(2)通過簡單的化學沉淀法以及煅燒法制備了Zn O/In2O3復合物,低溫混合法制備了Ca Mn2O4修飾的Zn O/In2O3的三組分納米復合物。通過TEM,XPS以及UV-vis absorption等手段對所制備的樣品進行了表征。結(jié)果表明合成的球狀Zn O粒徑屬于納米級別,摻入In3+對樣品的形貌幾乎沒有影響。同時成功負載了納米線狀的Ca Mn2O4,用來提高其光催化分解水性能。制得的復合物在紫外-可見光下光照2 h,外加電壓1 V vs.RHE,光解水產(chǎn)生的氧氣產(chǎn)量最大,可達到3.8μmol。(3)通過低溫固態(tài)法制備了黑色的NiO/Cu2O納米粒子。結(jié)果表明合成的NiO粒徑屬于納米級別,負載Cu2O對NiO的形貌幾乎沒有影響,但是能提高光催化分解水產(chǎn)氫性能。通過簡單的方法,同時只需要負載少量的Cu2O就可以使催化劑的光催化性能得到顯著的提高。當負載Cu2O的質(zhì)量分數(shù)達到6%時,只需要加-0.0455V vs.RHE的外電壓,光照2 h,復合物光催化分解水產(chǎn)生的氫氣量可達到17.6μmol,而純的NiO電極在此反應條件下沒有產(chǎn)氫性能。
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【圖文】：

系植物中，光合作用主要的吸光物質(zhì)是鎂卟出電子和空穴，電子通過醌類物質(zhì)進行質(zhì)醌上二氧化碳被還原成碳水化合物。而實現(xiàn)分解水。從原理上看，是模擬了光合、電荷轉(zhuǎn)移以及氧化還原反應等。2011 年基的芳香環(huán)大配體合成了含有 Mn3CaO4催化活性[9]。但是總的來說，光助絡合催，還需要添加其他消耗性物質(zhì)如電子犧牲催化劑來提高接觸效率。此外，金屬絡成污染。

復合材料的制備、結(jié)構(gòu)及其光分解水性能研究 體催化體系光催化是將有光催化活性的半導體粒子例如過渡金屬氧化物碳化物粒子直接分散在水中進行分解水的反應，分散開的半懸浮在水中的微電極，光照時溶液中同時產(chǎn)生氫氣和氧氣。生的氫氣量和氧氣量足夠多的時候，容易達到爆炸限而存在產(chǎn)生氫氣或氧氣的半反應。對于半反應，反應物除了光催化體或者電子受體來消耗空穴或者電子。加入的犧牲劑通常會一個本來的上行反應轉(zhuǎn)變成一個下行反應，這是個吸熱過程熱的物質(zhì)[11]。而光電化學池通過 nafion 膜可以分隔開同時產(chǎn)氣氧氣的混合，也不需要加入電子犧牲劑。

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3 莊林,陸君濤;New ESR-Electrochemical Cell Designs for Coaxial Microwave Cavity[J];電化學;1998年02期

4 文孟良,王昌益;界面電化學池新方法測定維生素C[J];云南大學學報(自然科學版);1988年02期

5 林祥欽,劉殿駿,汪爾康;電極體插入式長光程可見-紫外薄層光譜電化學池設計——二茂鐵在二氯乙烷及苯甲烷中的行為[J];物理化學學報;1989年06期

6 肖以金,楊漢西,馮子剛,付亞平;簡易多功能光譜電化學池設計[J];光譜學與光譜分析;1993年06期

7 黃瑋;孫艷;閆康平;王貴欣;王偉;;光電化學池降解苯酚溶液制氫[J];高校化學工程學報;2009年01期

8 文孟良;王昌益;;一種新的酸堿滴定的電化學池[J];化學試劑;1987年06期

9 焦奎,任立清,楊濤;一種鉑網(wǎng)柵薄層光譜電化學池的制作及表征[J];分析化學;2001年11期

10 江奇,葉芝祥,楊迎春,成英,蔡鐸昌;紫外-可見多功能光譜電化學池的研制[J];光譜實驗室;1999年06期

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本文編號：2739503