甲烷是礦井瓦斯的主要成分,瓦斯事故會(huì)導(dǎo)致窒息、火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害,造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。目前,我國(guó)煤礦瓦斯防治主要通過(guò)通風(fēng)、抽放等物理方法,但該類方法無(wú)法滿足防治煤礦瓦斯災(zāi)害的安全要求。同時(shí)甲烷也是一種溫室氣體,其排放在一定程度上造成了全球變暖和氣候變化。因此甲烷的轉(zhuǎn)化和利用多年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。本文基于半導(dǎo)體能級(jí)理論以及載流子運(yùn)移理論對(duì)納米ZnO及其復(fù)合催化劑進(jìn)行了設(shè)計(jì)與制備,并對(duì)其光電催化氧化甲烷的性能及機(jī)理展開(kāi)研究,探索常溫常壓下甲烷的綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化方式�；诎雽�(dǎo)體能級(jí)理論及熱力學(xué)理論展開(kāi)量子化學(xué)相關(guān)計(jì)算,對(duì)各半導(dǎo)體催化劑及甲烷氧化進(jìn)行能級(jí)匹配,確定納米ZnO作為光電催化氧化甲烷的基礎(chǔ)催化劑。建立了納米ZnO光電催化氧化甲烷光生載流子運(yùn)移模型,探明了此過(guò)程中光生載流子運(yùn)移機(jī)制。基于納米ZnO光生載流子行為調(diào)控界面工程,制定了對(duì)ZnO修飾等離子體金屬納米粒子、插入高導(dǎo)電層以及構(gòu)筑p-n結(jié)等優(yōu)化方法。搭建了甲烷光電催化氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),制備了納米ZnO以及ZnO/Au、ZnO/石墨烯(GR)、ZnO/聚苯胺(PANI)復(fù)合催化劑。開(kāi)展了納米ZnO及其復(fù)合催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)及...

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 研究背景與意義
        2.1.1 課題來(lái)源
        2.1.2 研究背景與意義
    2.2 甲烷的催化燃燒研究現(xiàn)狀
    2.3 甲烷直接催化氧化研究概況與進(jìn)展
        2.3.1 甲烷均相催化氧化
        2.3.2 甲烷多相催化氧化
    2.4 甲烷電催化氧化研究概況與進(jìn)展
        2.4.1 電催化氧化甲烷反應(yīng)機(jī)理
        2.4.2 電催化氧化甲烷研究進(jìn)展
    2.5 甲烷光催化氧化研究概況與進(jìn)展
        2.5.1 氣相體系中的甲烷光催化
        2.5.2 多相體系中的甲烷光催化
    2.6 半導(dǎo)體納米光催化材料
        2.6.1 ZnO納米材料
        2.6.2 等離子體Au納米顆粒
        2.6.3 石墨烯納米材料
        2.6.4 聚苯胺納米材料
    2.7 研究?jī)?nèi)容及方法
        2.7.1 研究?jī)?nèi)容
        2.7.2 研究方法及技術(shù)路線
3 納米ZnO與甲烷氧化的能級(jí)匹配及光生載流子運(yùn)移機(jī)制研究
    3.1 半導(dǎo)體催化劑與甲烷氧化的能級(jí)匹配
    3.2 納米ZnO光電催化氧化甲烷光生載流子運(yùn)移機(jī)制
    3.3 納米ZnO催化劑的界面調(diào)控
        3.3.1 ZnO光陽(yáng)極-電解質(zhì)之間固-液界面調(diào)控
        3.3.2 ZnO光電極內(nèi)部固-固界面調(diào)控
    3.4 小結(jié)
4 納米ZnO及其復(fù)合催化劑的制備
    4.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法
    4.3 納米ZnO及其復(fù)合催化劑的制備
        4.3.1 納米ZnO催化劑的制備
        4.3.2 納米ZnO/Au復(fù)合催化劑的制備
        4.3.3 納米ZnO/GR復(fù)合催化劑的制備
        4.3.4 納米ZnO/PANI復(fù)合催化劑的制備
    4.4 小結(jié)
5 納米ZnO及其復(fù)合催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)及光吸收性能研究
    5.1 微觀形貌分析
        5.1.1 納米ZnO單一催化劑微觀形貌分析
        5.1.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑微觀形貌分析
    5.2 晶體結(jié)構(gòu)分析
        5.2.1 納米ZnO單一催化劑晶體結(jié)構(gòu)分析
        5.2.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑晶體結(jié)構(gòu)分析
    5.3 光吸收性能分析
        5.3.1 納米ZnO單一催化劑光吸收性能分析
        5.3.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光吸收性能分析
    5.4 小結(jié)
6 納米ZnO及其復(fù)合催化劑催化甲烷光電化學(xué)性能研究
    6.1 催化劑表面微觀反應(yīng)過(guò)程研究
        6.1.1 納米ZnO單一催化劑表面微觀反應(yīng)過(guò)程研究
        6.1.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑表面微觀反應(yīng)過(guò)程研究
    6.2 光響應(yīng)性能及強(qiáng)度研究
        6.2.1 納米ZnO單一催化劑光響應(yīng)性能及強(qiáng)度研究
        6.2.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光響應(yīng)性能及強(qiáng)度研究
    6.3 光生載流子傳輸阻抗研究
        6.3.1 納米ZnO單一催化劑光生載流子傳輸阻抗
        6.3.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光生載流子傳輸阻抗
    6.4 光生載流子濃度研究
        6.4.1 納米ZnO單一催化劑載流子濃度研究
        6.4.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑載流子濃度研究
    6.5 電化學(xué)活性面積研究
        6.5.1 納米ZnO單一催化劑電化學(xué)活性面積研究
        6.5.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑電化學(xué)活性面積研究
    6.6 小結(jié)
7 納米ZnO及其復(fù)合催化劑光電催化氧化甲烷產(chǎn)物及機(jī)理研究
    7.1 甲烷光電催化氧化反應(yīng)產(chǎn)物研究
        7.1.1 納米ZnO單一催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)產(chǎn)物研究
        7.1.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)產(chǎn)物研究
    7.2 甲烷光電催化氧化反應(yīng)效率研究
        7.2.1 納米ZnO單一催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)效率研究
        7.2.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)效率研究
    7.3 甲烷光電催化氧化反應(yīng)機(jī)理研究
        7.3.1 納米ZnO單一催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)機(jī)理研究
        7.3.2 納米ZnO基復(fù)合催化劑光電催化氧化甲烷反應(yīng)機(jī)理研究
    7.4 甲烷光電催化氧化反應(yīng)路徑研究
        7.4.1 甲烷光電催化氧化轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)路徑研究
        7.4.2 甲烷光電催化氧化轉(zhuǎn)化為甲酸反應(yīng)路徑研究
    7.5 小結(jié)
8 結(jié)論
    8.1 結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號(hào)：3815553