煤、石油、天然氣等不可再生資源的消耗導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴重,開發(fā)和使用清潔的可再生能源迫在眉睫。利用太陽能光催化分解水制氫被認為是解決化石能源緊缺和環(huán)境污染問題的有效途徑之一。光催化分解水制氫體系非常復(fù)雜,光催化劑和助催化劑的選擇是影響催化劑光催化效率的兩個關(guān)鍵因素。選擇適當(dāng)?shù)墓獯呋w系,提高光催化劑的光生載流子的分離效率可以有效提高催化劑的光催化活性和氫氣產(chǎn)生速率。因此開發(fā)廉價高效的光催化體系已逐漸成為本領(lǐng)域的研究熱點。本文首先結(jié)合光催化分解水制氫原理,簡要介紹了光催化劑和其助催化劑的種類和作用,分析了幾類重要的光催化劑和助催化劑的特點及作用機理。在研究部分,本文首先制備了穩(wěn)定性較高的三元硫化物CaIn_2S_4,以具有類金屬性的Ni_2P為助催化劑,制備了Ni_2P修飾的CaIn_2S_4復(fù)合物。研究結(jié)果表明,Ni_2P可以有效提高CaIn_2S_4的光催化產(chǎn)氫活性,當(dāng)其負載量達10%時,復(fù)合物具有最佳的產(chǎn)氫活性,其活性甚至高于Pt修飾的CaIn_2S_4。表征結(jié)果顯示,Ni_2P具有一定的類金屬性,其對CaIn_2S_4的修飾可以形成類金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。在光催化產(chǎn)氫過程中,由于Ni_2P的類金屬性,促進了CaIn_2S_4表面光生電子的轉(zhuǎn)移,同時Ni_2P良好的還原能力促進了光生電子的消耗,因此Ni_2P/CaIn_2S_4復(fù)合物的光催化產(chǎn)氫活性有了明顯提升。催化劑的形貌、表面態(tài)等會直接影響到其在電催化產(chǎn)氫過程中的過電勢。光催化與電催化過程類似,光催化過程中助催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)、表面態(tài)等也會影響到其光生載流子的分離與傳輸。因此,本文分別制備了具有不同形貌特征的Ni_2P納米材料,研究了材料形貌特征對其在酸性電解液中的電催化分解水制氫性能的影響。結(jié)果顯示,具有超薄片狀結(jié)構(gòu)的Ni_2P納米材料表現(xiàn)出更高的催化活性,其具有良好的穩(wěn)定性�；谝陨涎芯�,在論文的最后一部分,選擇了具有超薄片狀結(jié)構(gòu)的Ni_2P為助催化劑,以同樣具有超薄片結(jié)構(gòu)的ZnIn_2S_4為光催化劑,實現(xiàn)了二維下Ni_2P/Zn In_2S_4復(fù)合物的制備,并研究了Ni_2P形貌對復(fù)合物光催化產(chǎn)氫活性的影響。結(jié)果表明,二維-二維Ni_2P/ZnIn_2S_4復(fù)合物相比于零維-二維的Ni_2P/Zn In_2S_4復(fù)合物具有更高的光生載流子分離效率和產(chǎn)氫效率。其中10%的二維-二維Ni_2P/ZnIn_2S_4復(fù)合光催化劑在420±20 nm下的量子效率高達7.7%。這主要是因為二維助催化劑的修飾可以有效增大光催化劑和助催化劑的電子傳輸面積,從而更為有效的提高了復(fù)合材料的光催化活性。
【學(xué)位單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

圖 1-1 光催化分解水作用原理[14]解水制氫過程中的光催化劑光催化分解水制氫半導(dǎo)體材料包括紫外光區(qū)和可譜的組成來看，可見光區(qū)達 50%以上，而紫外光率的可見光響應(yīng)裂解水制氫催化劑具有實際應(yīng)用點。研究表明可用于光解水制氫的材料種類很多：化劑的氧化物，它們具有合適的氧化-還原電位和較反應(yīng)過程中具有良好的穩(wěn)定性。但是此類光催化吸收和利用率低[16]。屬離子摻雜可有效提高光催化產(chǎn)氫活性，比如：TiOu 共摻雜[19]，與純 TiO2相比，對光的吸收范圍明

第 1 章 緒 論。在催化劑表面負載助催化劑可以有效捕獲光生的復(fù)合。同時，在光催化產(chǎn)氫催化劑表面復(fù)合助性位起到降低反應(yīng)活化能或產(chǎn)氫過電勢的作用。中助催化劑的作用原理和種類這兩方面為重點，究現(xiàn)狀進行綜述�；瘎┦悄壳笆褂米顝V、催化活性較高的一類助催化劑[助催化劑主要包括單獨貴金屬、雙貴金屬、過渡金Au[47-48]、Ag[49]、Pd[50, 51]）的費米能級通常要低在半導(dǎo)體的表面時，貴金屬助催化劑能夠捕獲光催化劑內(nèi)，從而實現(xiàn)了光生電子空穴對的有效分[52]。

具有合金特征的核-殼或亞簇結(jié)構(gòu)的雙金屬和協(xié)同效應(yīng)。雙金屬助催化劑可以修飾主催化劑的電子和面已經(jīng)較多的文獻報道，比如 Au–Ag[58, 59]，Au–Pd[60-62]，Ad–Pt[67, 68]，Au-Ni[69]助催化劑等等。Ding[70]采用原位光還原選擇性的沉積在 CaIn2S4的邊緣位點形成等離子光催化劑 0.5 wt%Au–Pt/CaIn2S4催化劑具有最高的產(chǎn)氫效率。其高一方面 Au 的 SPR 峰和 CaIn2S4固有的吸收峰表面發(fā)生重產(chǎn)生更多的電子參加光催化還原反應(yīng)；另一方面 Au 的置氧化性強，且 Au 和 Pt 功函之間存在的差別，導(dǎo)致 Au 的 CaIn2S4的光生電子更傾向于傳遞給 Pt，以 Pt 作為產(chǎn)氫活增強了金屬之間的相互支撐，使得氫氣從表面活性位點更流子的復(fù)合過程，并且促進電荷在 Au–Pt 和 CaIn2S4之間
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 林培賓;楊俞;陳威;高寒陽;陳小平;袁堅;上官文峰;;NiS-PdS/CdS 光催化劑的水熱法合成及其可見光分解水產(chǎn)氫性能[J];物理化學(xué)學(xué)報;2013年06期

2 楚婷婷;王慧;馮彩霞;毛立群;;可見光分解水制氫催化劑研究進展[J];化工進展;2012年10期

3 張曉杰;儲國海;李樹本;呂功煊;;以葡萄糖為電子給體光催化還原水制氫的研究[J];分子催化;2007年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張立靜;CdS基半導(dǎo)體光催化劑的光解水產(chǎn)氫活性和光生電荷特性的研究[D];吉林大學(xué);2015年

本文編號：2857404