本文關(guān)鍵詞：非貴金屬鈷配合物的制備及催化水分解性質(zhì)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前能源短缺已成為影響世界各國可持續(xù)發(fā)展的重要問題。氫能作為最重要的可再生清潔能源之一,其大規(guī)模的開發(fā)利用是解決當前能源危機的重要途徑之一。利用電能和太陽能制氫是兩種非常有效的途徑,電解水可以實現(xiàn)大規(guī)模制氫；而太陽能由于具有取之不竭、潔凈無污染等特點,將是未來新能源開發(fā)制備的主要來源。貴金屬催化劑用于催化水分解制氫展現(xiàn)出很高的活性和穩(wěn)定性,但貴金屬具有的低儲量、高成本等缺點,大大限制了其大規(guī)模生產(chǎn),故急需尋找高效、廉價的催化水分解制氫的催化劑取代傳統(tǒng)貴金屬催化劑。近年來,因非貴金屬具有高儲量、低成本等優(yōu)點,由非貴金屬制備的電催化劑或光催化劑受到極大地關(guān)注。通過制備合成不同形貌和結(jié)構(gòu)的催化劑改變催化活性,可以提高催化效率和催化穩(wěn)定性。本文主要以Co的金屬配合物為催化劑用于催化水分解：(1) Co-salen配合物在電催化水分解中作為催化劑前驅(qū)體,沉積CoOx納米顆粒于工作電極氟摻雜氧化錫(FTO)上,表現(xiàn)出較高的催化水分解性能；(2)在光催化實驗中,將Co-salen作為助催化劑與半導體CdS納米棒結(jié)合,極大提高了光催化水分解制氫速率；(3)Co-卟啉與CdS納米棒結(jié)合使用,同樣表現(xiàn)出較好的光催化水還原制氫的性質(zhì)。催化水氧化產(chǎn)氧是水分解制氫中的重要步驟,是一個涉及四電子轉(zhuǎn)移的過程,實現(xiàn)水氧化通常需要較大的過電勢,導致水分解過程較難進行,高效催化劑則可大大降低水氧化產(chǎn)氧的過電勢。以Co-salen配合物作為前驅(qū)體原位沉積CoOx催化劑,催化劑顆粒較小可暴露大量催化活性位點,與電極表面緊密接觸有利于電子的傳輸,從而體現(xiàn)出較高的催化活性。此外,通過SEM、XPS、EDX等表征手段對催化劑納米顆粒進行了表征。催化結(jié)果顯示通過配合物沉積的納米顆粒,性質(zhì)穩(wěn)定且活性高于鈷鹽制備的催化劑材料,水分解產(chǎn)氧的法拉第效率達到90%以上。將Co-salen配合物作為助催化劑,與CdS納米棒結(jié)合構(gòu)建了光催化制氫體系。在Na2S與Na2SO3犧牲劑的作用下,最大產(chǎn)氫速率可達到106μmol·h-1·mg-1,產(chǎn)氫量子效率為-29%。同時,對實驗樣品進行了穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜及時間分辨光譜的測試,發(fā)現(xiàn)了此體系可以使電子有效的從CdS轉(zhuǎn)移到Co-salenl配合物中。另外,Co-卟啉在pH值為4的抗壞血酸溶液中也表現(xiàn)出了良好的光催化制氫性質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】：鈷配合物 鈷卟啉 CdS納米棒 電催化 光催化
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2;O641.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 引言11-13
• 1.2 模擬光合作用13-15
• 1.2.1 光合作用原理13-14
• 1.2.2 人工模擬光合作用原理14-15
• 1.3 電催化水分解研究15-18
• 1.3.1 電催化水分解發(fā)展歷程15-16
• 1.3.2 基于金屬Co的電催化16-18
• 1.4 光催化水分解研究18-23
• 1.4.1 光催化水分解發(fā)展18-20
• 1.4.2 半導體光催化制氫原理20-22
• 1.4.3 半導體光解水制氫中基于Co催化劑的發(fā)展22-23
• 1.5 本文開題思路及主要工作23-25
• 1.5.1 本文開題思路23
• 1.5.2 主要工作內(nèi)容23-25
• 參考文獻25-31
• 第二章 Co-salen配合物作為催化劑前驅(qū)體用于電催化水氧化研究31-49
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實驗部分32-34
• 2.2.1 實驗材料32
• 2.2.2 合成Salen配體32
• 2.2.3 合成Co-salen配合物32
• 2.2.4 催化劑薄膜的制備32-33
• 2.2.5 電化學方法33
• 2.2.6 表征方法33-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-43
• 2.3.1 Co-salen作為前驅(qū)體電化學性質(zhì)表征34-36
• 2.3.2 電沉積CoO_x催化劑SEM、EDX、XRD測試36-39
• 2.3.3 電沉積CoO_x催化劑XPS測試39-41
• 2.3.4 電沉積CoO_x不同pH下的循環(huán)伏安曲線測試41
• 2.3.5 電沉積CoOx水氧化的Tafel曲線及法拉第效率41-43
• 2.4 總結(jié)43-45
• 參考文獻45-49
• 第三章 Co-salen配合物作為助催化劑用于光催化產(chǎn)氫49-71
• 3.1 前言49-50
• 3.2 實驗部分50-53
• 3.2.1 實驗材料50
• 3.2.2 合成Co(Ⅲ)-salen配合物1-650-51
• 3.2.3 制備硫化鎘納米棒(CdS NRs)51
• 3.2.4 光催化析氫過程51-52
• 3.2.5 光電化學實驗52
• 3.2.6 量子效率(AQY)檢測52
• 3.2.7 物理表征方法52-53
• 3.3 實驗結(jié)果與討論53-63
• 3.3.1 實驗樣品的物理表征53-54
• 3.3.2 Co-salen與CdS的催化產(chǎn)氫性質(zhì)54-56
• 3.3.3 犧牲劑濃度對產(chǎn)氫性質(zhì)的影響56-57
• 3.3.4 Co-salen與CdS催化產(chǎn)氫量子效率與穩(wěn)定性57-58
• 3.3.5 樣品穩(wěn)定性的TEM、EDX、XPS測試58-60
• 3.3.6 Co-salen與CdS光催化PL及TRPL檢測60-61
• 3.3.7 Co-salen與CdS的光電測試61
• 3.3.8 Co-salen與CdS光催化機理的初步推測61-63
• 3.4 結(jié)論63-65
• 參考文獻65-71
• 第四章 Co-卟啉配合物作為助催化劑用于光催化產(chǎn)氫71-87
• 4.1 前言71-72
• 4.2 實驗部分72-74
• 4.2.1 實驗材料72
• 4.2.2 合成CoTCPP以及CoTPP72
• 4.2.3 制備CdS NRs72-73
• 4.2.4 光催化析氫過程73
• 4.2.5 光電化學測試73
• 4.2.6 量子效率測試73-74
• 4.2.7 物理表征74
• 4.3 結(jié)果與討論74-80
• 4.3.1 樣品XRD、TEM、UV-vis的表征74-75
• 4.3.2 Co-卟啉與CdS產(chǎn)氫性質(zhì)75-77
• 4.3.3 反應(yīng)后樣品穩(wěn)定性檢測77-79
• 4.3.4 樣品光電化學性質(zhì)及產(chǎn)氫效果比較79-80
• 4.4 結(jié)果80-81
• 參考文獻81-87
• 第五章 總結(jié)和展望87-89
• 5.1 總結(jié)87
• 5.2 展望87-89
• 致謝89-91
• 碩士期間已發(fā)表學術(shù)論文91

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