本文關(guān)鍵詞：鎳基化合物參與的分解水制氫體系構(gòu)建及作用機(jī)制

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【摘要】：開發(fā)清潔無(wú)污染的新型能源,成為滿足能源需求、減少環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。氫能因其無(wú)碳排放、產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),成為極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�。其�?分解水制氫的原料是水,而氫氣的燃燒產(chǎn)物又是水,從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)展,被認(rèn)為是最理想最環(huán)保的制氫途徑。然而目前分解水產(chǎn)氫催化劑性能最好的是貴金屬Pt,含量較少而成本極高。綜合考慮催化性能及成本,高效、低廉的鎳基化合物的催化劑具有更良好的應(yīng)用前景。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.NiS/CdTe/NiO光電催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用光電化學(xué)分解水制氫是充分利用太陽(yáng)光進(jìn)行分解水的一類反應(yīng)。其中,對(duì)于光電陰極的研究相對(duì)較少。相對(duì)于Si類、Cu2O類光電陰極,NiO類的光電陰極穩(wěn)定性較好。目前,對(duì)于NiO基的光電陰極的研究主要集中在以染料分子為吸光物質(zhì)。因染料分子自身的限制,使得其太陽(yáng)光利用效率較低。為提高太陽(yáng)光的利用效率特別是可見光的利用率,本實(shí)驗(yàn)中采用量子點(diǎn)敏化NiO制備光電陰極。結(jié)合形貌表征,發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)均勻地吸附到NiO表面。通過考察CdTe/NiO光電陰極的光電化學(xué)性能及穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)CdTe/NiO光電陰極實(shí)現(xiàn)可見光的吸收且穩(wěn)定性較好。在此基礎(chǔ)上,加入Ni_2+構(gòu)建NiS/CdTe/NiO光電陰極催化產(chǎn)氫體系,考察光電催化產(chǎn)氫的影響因素及產(chǎn)氫性能,發(fā)現(xiàn)過電勢(shì)、可見光、MPA-CdTe量子點(diǎn)、Ni_2+是該體系進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫必不可少的條件,在過電勢(shì)為92 mV下,產(chǎn)氫達(dá)10.38μmol,法拉第效率近100%。對(duì)NiS/CdTe/NiO光電陰極催化產(chǎn)氫的工作機(jī)理進(jìn)行探究,NiS能有效促進(jìn)光生電荷的分離,提高光電流密度,增強(qiáng)光電催化產(chǎn)氫性能。2.自支撐Ni-P/NF電催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用電化學(xué)分解水是目前較為普遍的分解水的一類反應(yīng)。與硫化物相比,磷化物的適用范圍更廣、穩(wěn)定性更好。在眾多的以磷化物為催化劑的電催化產(chǎn)氫體系中,其催化產(chǎn)氫性能十分優(yōu)越,但是催化劑與電極的結(jié)合方式大多是機(jī)械結(jié)合或依靠導(dǎo)電膠,限制了催化劑的性能。本實(shí)驗(yàn)中通過電沉積法制備自支撐磷化鎳電極,實(shí)現(xiàn)與基底的牢固連接,增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,促進(jìn)電荷的快速傳輸。采用電化學(xué)表征考察Ni-P/NF電極在不同環(huán)境下的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)Ni-P/NF電極在中性環(huán)境中電流密度為-10 mA·cm-2時(shí),過電勢(shì)為54 mV,在堿性環(huán)境中電流密度-50 mA·cm-2時(shí),過電勢(shì)為235 mV。對(duì)自支撐磷化鎳電極的穩(wěn)定性進(jìn)行考察,發(fā)現(xiàn)該電極在不同環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間電催化反應(yīng),電流密度基本不變。對(duì)自支撐磷化鎳電極的產(chǎn)氫機(jī)理進(jìn)行探究,結(jié)合電化學(xué)阻抗表征,發(fā)現(xiàn)磷化鎳降低了電極與電解液界面的電阻,增強(qiáng)電極表面與電解液之間的導(dǎo)電性。通過極化曲線的表征,表明磷化鎳電極內(nèi)含有的微量Ni3(PO4)2與溶液中的磷酸根離子產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使得溶液中的質(zhì)子快速的轉(zhuǎn)移至電極表面的活性位點(diǎn)。3.g-C_3N_4/Ni_2P光催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用無(wú)金屬半導(dǎo)體g-C_3N_4因其熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)被作為光催化劑進(jìn)行催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn),然而單一g-C_3N_4的光生電荷復(fù)合率較高,導(dǎo)致光催化性能較差�；诹谆噧�(yōu)越的產(chǎn)氫性能及穩(wěn)定性,首次將磷化鎳與g-C_3N_4結(jié)合應(yīng)用于光催化產(chǎn)氫反應(yīng)中,構(gòu)建適合寬pH范圍的光催化產(chǎn)氫體系。本實(shí)驗(yàn)通過煅燒的方法結(jié)合g-C_3N_4與Ni_2P,制備gC_3N_4/Ni_2P光催化產(chǎn)氫催化劑。通過形貌結(jié)構(gòu)等的表征得知Ni_2P作為助催化劑附著在gC_3N_4納米片表面。對(duì)g-C_3N_4/Ni_2P催化劑進(jìn)行一系列的穩(wěn)定性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該體系的穩(wěn)定性良好,實(shí)現(xiàn)了寬pH范圍的分解水制氫應(yīng)用,且具有一定的實(shí)用價(jià)值。g-C_3N_4/Ni_2P光催化反應(yīng)48 h的產(chǎn)氫量達(dá)27.75 mmol·g-1且光催化活性沒有下降。結(jié)合PL、電化學(xué)表征,探究g-C_3N_4/Ni_2P光催化產(chǎn)氫的機(jī)理,發(fā)現(xiàn)Ni_2P作為助催化劑,降低光生電子與空穴的復(fù)合,促進(jìn)光生電荷的分離,提高光催化產(chǎn)氫性能。
【關(guān)鍵詞】：分解水 氫氣 硫化鎳 磷化鎳
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 前言9
• 1.2 制氫技術(shù)9-10
• 1.3 電解水制氫10-11
• 1.4 光解水制氫技術(shù)11-16
• 1.4.1 光催化分解水制氫12-14
• 1.4.2 光電催化分解水制氫14-16
• 1.5 分解水制氫中的催化劑16-17
• 1.5.1 氧化鎳16
• 1.5.2 硫化鎳16-17
• 1.5.3 磷化鎳17
• 1.6 課題意義及研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 NiS/CdTe/NiO光電催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用19-33
• 2.1 引言19-20
• 2.1.1 研究背景19
• 2.1.2 本章創(chuàng)新點(diǎn)19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑20
• 2.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器20
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法20-23
• 2.4.1 MPA-CdTe量子點(diǎn)的制備20-21
• 2.4.2 NiO電極的制備21
• 2.4.3 CdTe/NiO光電陰極的制備21
• 2.4.4 測(cè)試與表征方法21-23
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論23-31
• 2.5.1 CdTe/NiO光電陰極的表征23-26
• 2.5.2 CdTe/NiO光電陰極的制氫測(cè)試26-29
• 2.5.3 NiS/CdTe/NiO光電陰極的表征29-30
• 2.5.4 NiS/CdTe/NiO光電陰極催化產(chǎn)氫的機(jī)理探究30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第三章 自支撐Ni-P/NF電催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用33-43
• 3.1 引言33
• 3.1.1 研究背景33
• 3.1.2 本章創(chuàng)新點(diǎn)33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)試劑33-34
• 3.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器34
• 3.4 實(shí)驗(yàn)方法34
• 3.4.1 Ni-P/NF電極的制備34
• 3.4.2 測(cè)試與表征方法34
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論34-41
• 3.5.1 Ni-P/NF電極的表征34-36
• 3.5.2 Ni-P/NF電極的電化學(xué)測(cè)試36-40
• 3.5.3 Ni-P/NF電極的電催化產(chǎn)氫的機(jī)理研究40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-43
• 第四章 g-C_3N_4/Ni_2P光催化復(fù)合材料的制備及產(chǎn)氫應(yīng)用43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.1.1 研究背景43
• 4.1.2 本章創(chuàng)新點(diǎn)43-44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)試劑44
• 4.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器44
• 4.4 實(shí)驗(yàn)方法44-46
• 4.4.1 g-C_3N_4的制備44-45
• 4.4.2 Ni_2P的制備45
• 4.4.3 g-C_3N_4/Ni_2P的制備45
• 4.4.4 測(cè)試與表征方法45-46
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論46-54
• 4.5.1 g-C_3N_4/Ni_2P的表征46-49
• 4.5.2 g-C_3N_4/Ni_2P的制氫性能測(cè)試49-52
• 4.5.3 g-C_3N_4/Ni_2P光催化產(chǎn)氫的機(jī)理研究52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 全文總結(jié)與展望55-57
• 5.1 全文總結(jié)55-56
• 5.2 展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-67
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間所完成的論文67

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本文編號(hào)：813878