光催化固氮是一種十分具有前景的綠色合成氨的方法。目前工業(yè)合成氨的手段雖然能基本滿足人類生產(chǎn)需要,但在反應(yīng)過(guò)程中排放的碳?xì)浠衔飼?huì)加劇地球的溫室效應(yīng)。目前現(xiàn)有的光催化劑存在合成手段復(fù)雜,性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。因此,開(kāi)發(fā)一種高效的光催化催化劑是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。在本論文中,我們首先用水熱的方法合成了MoO_3-x納米帶,并將其第一次應(yīng)用于在純水中實(shí)現(xiàn)光催化固氮的反應(yīng)。在反應(yīng)的過(guò)程中沒(méi)有利用任何助催化劑,并且始終保持著常溫、常壓的狀態(tài)。該催化劑結(jié)構(gòu)和性能都十分穩(wěn)定,可以持續(xù)催化反應(yīng)24小時(shí)以上,展現(xiàn)了良好的光催化固氮能力。此外,我們還通過(guò)對(duì)STEM的分析,發(fā)現(xiàn)了該材料的氧缺陷(O_VS)位于它的(001)面和(100)面上。而后通過(guò)進(jìn)一步的計(jì)算和實(shí)驗(yàn),證明了這些氧缺陷是合成氨反應(yīng)過(guò)程中氮?dú)夥肿拥奈街行暮突罨行?并且氮?dú)夥肿訒?huì)分別以兩端吸附和單端吸附的方式吸附于(001)面和(100)面上。同時(shí),當(dāng)?shù)獨(dú)夥肿游皆诖呋瘎┍砻娴难跞毕萆蠒r(shí),它的鍵長(zhǎng)將會(huì)被拉長(zhǎng),這表明了氧缺陷在光催化氮?dú)夤潭ㄖ衅鸬降臎Q定性作用。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為利用材料的原生氧缺陷開(kāi)發(fā)新的光催...

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1氨的電子式和三維模型

2圖1.1氨的電子式和三維模型。從圖1.1可知，氨分子是一種三角錐型的極性分子，其中N原子以sp3雜化軌道成鍵。NH3分子中氮的化學(xué)價(jià)為-3價(jià)，可以發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌邇r(jià)的化合物。氨氣相關(guān)的常見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)通常有燃燒反應(yīng)，工業(yè)制硝酸的反應(yīng)等等。在生物方面，氨對(duì)生命體至關(guān)重要，因....

圖1.2以催化劑種類分類，每年關(guān)于合成氨的文章數(shù)量

3圖1.2以催化劑種類分類，每年關(guān)于合成氨的文章數(shù)量。[9]第一篇關(guān)于合成氨的文章是由印度土壤研究相關(guān)的科學(xué)家于19世紀(jì)40年代發(fā)表的，但是由于戰(zhàn)爭(zhēng)和工業(yè)革命的影響，這個(gè)研究并沒(méi)有得到足夠的重視。[8]后來(lái)到了1970年至1980年左右，Schrauzer和Guth兩位科學(xué)家基于....

圖1.3半導(dǎo)體催化劑在光照下將N2轉(zhuǎn)化為NH3原理示意圖（左側(cè)為在pH=0的條件下的氧化

5圖1.3半導(dǎo)體催化劑在光照下將N2轉(zhuǎn)化為NH3原理示意圖（左側(cè)為在pH=0的條件下的氧化還原電位）。[26]表1.1與N2轉(zhuǎn)化為NH3相關(guān)的氧化還原電位（pH=0）。[23,24]反應(yīng)式E0(V)HO→0.5O+2H+2e0.81a2H+2e→H-0.42aN+e→N-4.16....

圖1.4通過(guò)DFT理論簡(jiǎn)單計(jì)算后的氧化鉬固氮示意圖：（a）在無(wú)缺陷的半導(dǎo)體表面氮?dú)鉄o(wú)法吸附

6由于太陽(yáng)光譜大部分光的波長(zhǎng)都處于可見(jiàn)光范圍（即大于420nm），因此在滿足N2轉(zhuǎn)化為NH3的熱力學(xué)的條件下，讓半導(dǎo)體盡可能保持窄的能帶帶隙，才能夠讓催化劑在可見(jiàn)光下仍然保持著活性。此外，為了提高反應(yīng)的量子效率（AQY），也需要通過(guò)改變材料表面的結(jié)構(gòu)來(lái)抑制光生電子和空穴的重組。關(guān)....

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