本文關鍵詞：基于二氧化鈦基材料的光熱化學循環(huán)分解水制氫實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氫能因其具有清潔、高效等優(yōu)點,被認為是最具潛力的化石燃料替代能源。利用太陽能分解水制氫是一種理想的氫氣制備方法。直接太陽能熱分解水需要很高的溫度,難以實現。利用熱化學循環(huán)分解水能夠有效降低溫度并且避免氫氣和氧氣的分離問題�；诮饘傺趸锏膬刹绞綗峄瘜W循環(huán)是研究最多的循環(huán)之一包含兩步,第一步,金屬氧化物在高溫下還原,這一步通常采用太陽能聚光驅動；第二步,還原后的金屬氧化物與水在相對較低的溫度下反應,產生氫氣,同時生成的金屬氧化物用于第一步,如此循環(huán)。總反應就是水分解生成氫氣和氧氣。該循環(huán)面臨的最大問題是金屬氧化物分解需要極高的溫度,一般的單金屬氧化物在1500℃以上。目前國際上普遍采用的方法是對金屬氧化物摻雜其他金屬離子,形成二元或多元的金屬氧化物。該方法在一定程度上降低了溫度,然而想要達到理想的氫氣產量,依然需要1400℃左右的高溫。本課題組將光化學反應引入熱化學循環(huán),提出了新型光熱化學循環(huán)。在該循環(huán)中,高溫的金屬氧化物分解反應被光化學反應替代,在常溫下即可進行；而水分解制氫反應仍采用熱化學的方法。這樣循環(huán)的最高溫度極大地降低了(本論文為600℃)。本文首先以Ti02作為光熱化學的循環(huán)物質,通過一系列對比循環(huán)實驗,初步驗證了光熱化學循環(huán)的可行性。對光照時間、加熱時間、溫度對氫氣產量的影響進行了探究。然后以光反應中光照時間為40 min,熱反應中溫度為600℃,時間1h為條件,做了連續(xù)五個循環(huán),發(fā)現TiO2具有很好的循環(huán)性能,在五個循環(huán)中氫氣產量比較穩(wěn)定,平均每個循環(huán)產生的氫氣量為0.421 mL/g。通過XPS和EPR分析,建立了光熱化學循環(huán)的初步機理。對比了循環(huán)前后TiO2的晶型和比表面積,沒有明顯的變化,這是TiO2具有良好循環(huán)性能的原因。在TiO2中摻雜了0.5%的Fe,通過TEM、SEM、UV-VIS、PL等手段對摻雜了Fe的TiO2和純TiO2做了對比。通過TEM, SEM發(fā)現摻雜了Fe后的TiO2顆粒更加分散；通過UV-VIS對比發(fā)現,摻雜了Fe后,吸收光譜發(fā)生了紅移,并且在300-500nm波段內吸收率提高了；通過PL對比發(fā)現摻雜了Fe后,電子空穴復合率降低了。對光照時間、加熱時間、溫度對氫氣產量的影響進行了探究。然后以光反應中光照時間30 min,熱反應中溫度600℃,時間1h為條件,做了連續(xù)五個循環(huán),發(fā)現摻雜了0.5% Fe的TiO2同樣具有很好的循環(huán)性能,平均每個循環(huán)的氫氣產量為0.747 mL/g,是TiO2的1.77倍。
【關鍵詞】：熱化學循環(huán) 光熱化學循環(huán) 分解水 制氫 氧空位
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 緒論12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 氫能制備方法13-17
• 1.2.1 化石燃料制氫13-14
• 1.2.2 生物質制氫14-15
• 1.2.3 水制氫15-17
• 1.3 熱化學循環(huán)分解水制氫17-19
• 1.4 基于金屬氧化物的兩步式熱化學循環(huán)分解水制氫19-27
• 1.4.1 兩步式熱化學循環(huán)分解水簡介19-20
• 1.4.2 兩步式熱化學循環(huán)分解水進展20-27
• 1.4.3 兩步式熱化學循環(huán)分解水的總結27
• 1.5 光熱化學循環(huán)簡介27-29
• 1.6 本文研究內容29-31
• 2 實驗系統(tǒng)及方法31-39
• 2.1 實驗器材31-35
• 2.1.1 實驗所用試劑及儀器與設備31-32
• 2.1.2 主要儀器及實驗設備介紹32-35
• 2.2 光熱化學循環(huán)性能測試方法35-36
• 2.3 催化劑表征36-39
• 3 基于TiO_2/TiO_(2-x)的光熱化學循環(huán)分解水制氫39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗部分39-46
• 3.2.1 TiO_2樣品制備39-40
• 3.2.2 材料表征40-42
• 3.2.3 光熱化學循環(huán)性能評價42-46
• 3.3 光熱化學循環(huán)機理探究46-49
• 3.3.1 XPS表征47-48
• 3.3.2 EPR表征48
• 3.3.3 光熱化學循環(huán)初步機理48-49
• 3.4 循環(huán)前后的TiO_2對比49-51
• 3.5 本章小結51-53
• 453-65
• 4.253-62
• 4.2.2 材料表征53-58
• 4.2.3 光熱化學循環(huán)性能評價58-62
• 4.3 循環(huán)前后的0.5% Fe-TiO_2樣品對比62-63
• 4.4 本章小結63-65
• 5 全文總結與工作展望65-69
• 5.1 全文總結65-67
• 5.2 本文的創(chuàng)新之處67
• 5.3 對未來工作的展望67-69
• 參考文獻69-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文79

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1 許孫曲;金屬熱化學循環(huán)關系式[J];科學通報;1986年20期

2 肖增錄;熱化學循環(huán)技術的新進展[J];化工進展;1986年02期

3 張應q;;熱化學循環(huán)法制氫[J];低溫與特氣;1988年01期

4 嚴宣申;;熱化學循環(huán)[J];化學教育;2010年04期

5 馮林永;楊顯萬;蔣訓雄;汪勝東;;太陽能金屬熱化學循環(huán)制氫現狀[J];有色金屬;2008年04期

6 鄺生魯 ,貢長生;熱化學循環(huán)制氫的進展[J];現代化工;1984年03期

7 孫賢祥;;用熱化學循環(huán)法計算(?)的兩點討論[J];教材通訊;1989年06期

8 王善樝,翁珍慧;玻恩-哈伯熱化學循環(huán)及其在無機化學中的應用[J];杭州師范學院學報(自然科學版);1990年03期

9 劉清亮;鄭能武;;熱化學循環(huán)及其在無機化學中的應用[J];化學教育;1982年05期

10 張平,于波,陳靖,徐景明;熱化學循環(huán)分解水制氫研究進展[J];化學進展;2005年04期

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1 張彥威;周俊虎;陳云;王智化;劉建忠;岑可法;;熱化學硫碘制氫中Bunsen反應分層現象及副反應的實驗研究[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

2 童金輝;蔣青青;陳真盤;蔣宗軒;李燦;;鋯摻雜的鐵酸鈷復合氧化物兩步法熱化學循環(huán)分解二氧化碳研究[A];第十四屆全國青年催化學術會議會議論文集[C];2013年

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1 陳晶澈;基于二氧化鈦基材料的光熱化學循環(huán)分解水制氫實驗研究[D];浙江大學;2016年

2 李南岐;碘硫熱化學循環(huán)本森逆反應表觀動力學研究[D];清華大學;2011年

3 王書婕;硫碘循環(huán)制氫系統(tǒng)流程模擬及本生反應試驗研究[D];浙江大學;2013年

4 徐澤民;熱化學循環(huán)中Zn還原CO_2反應的基礎研究[D];浙江大學;2014年

  本文關鍵詞：基于二氧化鈦基材料的光熱化學循環(huán)分解水制氫實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：374831