本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦基光催化劑的制備及其在燃料電池和光降解中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 光催化 二氧化鈦 石墨烯 聚苯胺 復(fù)合材料 燃料電池

【摘要】：化石能源枯竭和環(huán)境污染,嚴(yán)重危害了人類(lèi)健康和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在過(guò)去的幾十年中,清潔的可再生新能源的開(kāi)發(fā)利用以及環(huán)境的修復(fù)吸引了大量的研究。在各種新能源中,太陽(yáng)能最具有開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用前景。TiO_2具有豐富、無(wú)毒、高穩(wěn)定性、高反應(yīng)活性等優(yōu)勢(shì),是最為理想和高效的光催化劑至于。本文通過(guò)調(diào)控形貌、負(fù)載石墨烯或包覆聚苯胺,制備了性能優(yōu)良的二氧化鈦復(fù)合材料,并探究了其催化性能。進(jìn)一步,我們提出發(fā)展基于TiO_2復(fù)合材料的光電化學(xué)甲醇燃料電池,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能和化學(xué)能到電能的協(xié)同轉(zhuǎn)化;另外還利用TiO_2新型復(fù)合材料,降解水中有機(jī)污染物,從而實(shí)現(xiàn)了TiO_2光催化劑在新能源利用和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用。(1)利用水熱法及高溫還原技術(shù),制備了三維的石墨烯負(fù)載二氧化鈦納米棒陣列。相較于單純二氧化鈦納米棒,光催化性能提高了近7倍,360 nm紫外光照下,在含有1.0 M甲醇的0.5 M Na2SO4溶液中,光催化電流可達(dá)2μA?cm-2。此外,我們利用該材料作陽(yáng)極、甲醇作燃料、氧還原催化劑作陰極構(gòu)建了光電化學(xué)甲醇燃料電池,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)光輔助下的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化。60 mW自然光照下,該電池開(kāi)路電壓和功率密度可分別達(dá)到0.615 V和1.1μW?cm-2。該工作不僅提供了制備可控形貌及性能的功能材料的思想,而且提供了一種新的能源技術(shù)——光電化學(xué)燃料電池。(2)利用靜電紡絲技術(shù)制備了介孔二氧化鈦納米纖維,并通過(guò)化學(xué)氧化聚合的方法包覆了聚苯胺。靜電紡絲過(guò)程中,我們引入造孔劑,制備出介孔結(jié)構(gòu)的TiO_2納米纖維。隨后,我們又探究了不同負(fù)載量的聚苯胺對(duì)介孔二氧化鈦納米纖維光催化性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),適量聚苯胺的包覆可使其光催化性能提高3倍。50 mW自然光照下,在含0.3 M甲酸的0.5 M H2SO4中,光響應(yīng)電流可達(dá)5μA?cm-2。另外,本實(shí)驗(yàn)還探究了聚苯胺-二氧化鈦復(fù)合材料光催化降解甲酸的應(yīng)用,當(dāng)甲酸濃度由0.2 M增加到0.3 M時(shí),光電流由2.5μA?cm-2增加到了5μA?cm-2。本論文通過(guò)對(duì)TiO_2的改性、調(diào)控,使其光催化性能得到顯著提高,并且拓展了TiO_2基復(fù)合光催化劑的合理應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：光催化 二氧化鈦 石墨烯 聚苯胺 復(fù)合材料 燃料電池
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 二氧化鈦簡(jiǎn)介及其光催化機(jī)理11-12
• 1.3 二氧化鈦改性研究12-16
• 1.4 1D結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米材料16-17
• 1.5 石墨烯及其與二氧化鈦的復(fù)合17-20
• 1.6 聚苯胺及其與二氧化鈦的復(fù)合20-22
• 1.7 本課題研究意義22-24
• 第2章 基于石墨烯負(fù)載的二氧化鈦納米棒陣列的光電化學(xué)甲醇燃料電池24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備與藥品25-26
• 2.2.2 G-TNRs及TNRs的制備26-27
• 2.3 G-TNRs及TNRs形貌結(jié)構(gòu)表征27-33
• 2.3.1 表征方法27-29
• 2.3.2 結(jié)果及分析29-33
• 2.4 G-TNRs及TNRs光催化性能測(cè)試33-36
• 2.4.1 電化學(xué)測(cè)試方法33
• 2.4.2 光催化性能測(cè)試結(jié)果及分析33-36
• 2.5 G-TNRs及TNRs用于光電化學(xué)甲醇燃料電池36-37
• 2.5.1 光電化學(xué)甲醇燃料電池的制備36
• 2.5.2 測(cè)試結(jié)果及分析36-37
• 2.6 光電化學(xué)甲醇燃料電池機(jī)理探究37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第3章 聚苯胺包覆介孔二氧化鈦納米纖維用于光催化降解甲酸40-55
• 3.1 引言40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備與藥品41-42
• 3.2.2 P-Tnfs的制備42
• 3.3 P-Tnfs-N形貌結(jié)構(gòu)表征42-49
• 3.3.1 表征方法42-44
• 3.3.2 結(jié)果及分析44-49
• 3.4 P-Tnfs-N光催化性能測(cè)試49-52
• 3.4.1 電化學(xué)測(cè)試方法49-50
• 3.4.2 光催化性能測(cè)試結(jié)果及分析50-52
• 3.5 光催化降解甲酸機(jī)理探究52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單69-70
• 致謝70

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 王昭;毛峰;黃祥平;黃應(yīng)平;馮笙琴;易佳;張昌遠(yuǎn);劉栓;;TiO_2/石墨烯復(fù)合材料的制備及其光催化性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年02期

2 袁文輝,畢懷慶,韋朝海;鋅摻雜對(duì)納米TiO_2光催化活性的影響[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

3 馮良榮,呂紹潔,邱發(fā)禮;過(guò)渡元素?fù)诫s對(duì)納米TiO_2光催化劑性能的影響[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2002年03期

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本文編號(hào)：661140