本文關鍵詞：椰殼納米炭粉的電催化與光催化性能研究

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【摘要】：椰子殼是一種可再生的生物質資源,以其為原料制備的活性炭具有空隙發(fā)達、吸附性能好、強度高、易再生、經濟耐用等優(yōu)點,主要用于飲用水、制酒、飲料、工業(yè)污水的吸附凈化處理。椰殼中含有豐富的木質素、纖維素和戊聚糖,為椰殼炭帶來豐富的含氧基團和獨特的炭結構。椰殼炭的結構、性能及其應用,是生物質化工領域中一個有待進一步開發(fā)的領域。本文嘗試將椰殼納米炭(CSC)材料拓展應用于電催化和光催化反應。所制備的CSC納米片狀粉末具有典型的sp2雜化碳網絡結構,富含多種含氧基團以及孔徑4nm以下的納米孔,BET比表面積高達2500 m2g-1以上。利用CSC制作碳糊電極,分別用于無水茶堿(2,4-二氧四氫蝶啶或2,4-二羥基蝶啶)的還原反應和酸性溶液中的析氫還原反應。CSC對無水茶堿沒有明顯的吸附作用,不能增強無水茶堿的還原峰及再氧化峰的法拉第電流,但顯著增強電勢掃描過程中的背景電流。而CSC對析氫反應有很強的電催化作用,與石墨碳糊電極相比,交流電流密度顯著增大,電荷傳遞電阻顯著減小�？梢�,CSC材料因其表面豐富的含氧基團和納孔,無助于無水茶堿分子中負電性基團的吸附及還原反應,而有利于帶正電且小粒徑的水合氫離子的還原反應,這可為選擇CSC可能適用的催化反應體系提供借鑒。將CSC用于硫化鎘量子點(CdS QDs)和鉑納米顆粒的載體,制成可見光驅動水制氫的復合光催化劑(Pt/CdS/CSC)。該復合光催化劑的產氫速率達到1679.5μmol h-1,遠高于未引入CSC的Pt/CdS催化劑的產氫速率636.2μmol h-1。 Pt/CdS/CSC催化劑在460 nm波長下具有最高的量子效率(39.4%)。這種優(yōu)良的光催化性能可歸因于電子能快速跨越CdS/CSC界面,顯著促進了CdS QDs上電子-空穴對的分離。CSC表面可以加速電子傳遞可能是因為其表面存在大量直徑小于4 nm的納米孔和豐富的羥基、羧基和烷氧基等含氧基團。本論文的研究結果將有助于拓展椰殼納米炭材料的開發(fā)和應用,并為開發(fā)基于生物質炭的電催化和可見光催化劑提供有益的見解。
【關鍵詞】：椰殼納米炭 電催化 光催化 制氫 電子轉移
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-25
• 1. 生物質炭的加工與利用15-17
• 1.1 生物質炭的概述15
• 1.2 生物質炭的加工15-17
• 1.3 生物質炭的應用17
• 2. 椰炭活性炭的加工和利用17-18
• 2.1 椰殼活性炭的加工17
• 2.2 椰殼活性炭的利用17-18
• 3. 無水茶堿的性質和功能18-19
• 3.1 無水茶堿的性質18-19
• 3.2 無水茶堿的藥用價值19
• 3.3 無水茶堿的電化學研究19
• 4. 電催化析氫19-22
• 4.1 氫能的概述19-20
• 4.2 電催化析氫概述20
• 4.3 析氫電化學理論及計算20-22
• 5. 光催化產氫22-23
• 5.1 光催化產氫的原理22
• 5.2 光催化水解產氫的影響因素22
• 5.3 光催化劑的催化效率的提高22-23
• 6. 本課題的研究思路與方案設計23-25
• 6.1 研究思路23
• 6.2 方案設計23-25
• 第二章 椰殼納米炭粉的制備與表征25-31
• 1. 引言25
• 2. 實驗25-26
• 2.1 椰殼納米炭粉的制備25
• 2.2 各種表征方法25-26
• 3. 椰殼納米炭表征結果分析26-30
• 3.1 X射線衍射(XRD)分析26-27
• 3.2 拉曼光譜(Raman)的分析27
• 3.3 光電子能譜(XPS)分析27-28
• 3.4 紅外光譜(FT-IR)分析28
• 3.5 比表面積(BET)和DFT孔隙大小分布測試28-29
• 3.6 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)的分析29-30
• 4. 本章結論30-31
• 第三章 椰殼納米炭的電催化性能研究31-59
• 1. 引言31
• 2. 實驗部分31-38
• 2.1 實驗試劑與儀器31-32
• 2.2 溶液的配制32
• 2.3 石墨碳糊電極(GPE)和椰殼炭糊電極(CSCPE)的制備32-33
• 2.4 薄層光譜電化學池的設計與裝置33-35
• 2.5 實驗方法35-38
• 3. 結果與討論38-57
• 3.1 無水茶堿在石墨碳糊電極上的還原及再氧化38-49
• 3.2 無水茶堿在石墨-椰殼炭混合碳糊電極(MCPE)上的還原49-53
• 3.3 椰殼炭糊電極上的電催化析氫53-57
• 4. 本章結論57-59
• 第四章 椰殼納米炭的光催化性能研究59-70
• 1. 引言59-60
• 2. 實驗60-62
• 2.1 光催化劑的制備60-61
• 2.2 光催化劑的表征61
• 2.3 光電化學和熒光光譜測量61
• 2.4 可見光催化產氫的測試61-62
• 3. 結果與討論62-68
• 3.1 光催化劑的表征62-64
• 3.2 可見光催化析氫速率的影響因素分析64-67
• 3.3 光電化學和熒光光譜測量67-68
• 4. 本章結論68-70
• 第五章 全文結論70-73
• 參考文獻73-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文83

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1 崔紅芳;張彥春;王海燕;;氨茶堿注射液中無水茶堿含量的不確定度評定[J];光譜實驗室;2013年05期

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1 查達偉;椰殼納米炭粉的電催化與光催化性能研究[D];合肥工業(yè)大學;2016年

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本文編號：796635