微生物络合法制备C掺杂钙钛矿及其光催化还原二氧化碳的研究

摘要

CO2作为一种主要的温室气体，对其进行化学固定有很重要的研究价值。光催化反应由于其对太阳能的有效利用，可以在常温常压下反应等优点已经逐渐引起了人们的重视。钙钛矿光催化剂具有可见光的活性，在光催化反应中有了很多的应用。本文以改性钙钛矿型化合物LaBO3(B=Fe，Co，Ni)为光催化剂，对光催化还原二氧化碳反应进行了系统研究。考察了负载Pt，A，B掺杂和微生物法碳掺杂等改性方法对催化剂性能的影响，借助XRD，XPS，SEM，DRS和IR等表征手段对催化剂进行表征。主要研究结果如下： 1．利用光还原铂负载对钙钛矿LaCoOa进行改性，可以的有效的减少光生电子与空穴的复合提高光催化性能，通过对光沉积铂过程研究表明，加入空穴捕获剂，可以提高铂的还原效率，有利于在催化剂表面形成铂的团簇结构，从而提高催化剂光催化还原二氧化碳的活性。 2．由于微生物地衣芽孢杆菌(R08)含有大量的羧基和氨基等络合还原性基团，利用R08部分取代柠檬酸作为络合掺杂剂，制备了掺碳钙钛矿型C—LaBOa(B=Fe，Co，Ni)光催化剂。碳的掺杂利于催化剂的吸收带边发生红移，表面氧缺陷量增加，但过量的掺杂会引起光生电子与空穴进一步复合，使催化剂的光催化活性降低。 3．用柠檬酸络合法制备了A位掺杂Sr，B位分别掺杂Fe和Cu后La1—xSrxCoO3，LaCo1—xFexO3和LaCo1—xCuxO3催化剂，用微生物络合掺杂C后制备了一系列催化剂C—La1—xSrxCoO3，C—LaCo1—xFexO3和C—LaCo1—xCuxO3。研究了不同的掺杂条件对催化剂晶体结构，吸收带边移动和B位Co离子的价态，以及掺杂前后催化剂活性的影响。研究表明，单独在A位掺杂Sr，B位掺杂Fe或Cu，能够改善催化剂的活性，而在掺杂C后催化剂的活性进一步提高。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1 CO2的危害及固定

1.2半导体光催化还原的原理

1.3半导体光催化剂的改性方法

1.3.1半导体修饰

1.3.2染料敏化

1.3.3金属沉积

1.3.4金属掺杂

1.3.5非金属的掺杂

1.4钙钛矿的结构和应用

1.5钙钛矿改性方法的研究

1.5.1 A,B位元素的选择

1.5.2 A位或者B位的金属取代

1.5.3制备方法的改进

1.5.4非金属掺杂

1.6钙钛矿的光催化研究进展

1.7光催化还原C02的研究进展

1.8本课题的研究目的和设想

第二章实验

2.1化学试剂

2.2实验设备

2.2.1主要操作设备

2.2.2表征仪器

2.3光催化剂的制备

2.3.1钙钛矿的制备

2.3.2 Pt-LaCo03催化剂的制备

2.3.3地衣芽孢杆菌的预处理

2.3.4不同C掺杂量的催化剂C-LaCo03的制备

2.3.5微生物络合掺杂C-LaBO2(B=Co,Fe,Ni)的制备

2.3.6催化剂C-LaCO1-xBxO3的制备

2.4光催化还原实验

第三章钙钛矿LaCo03催化活性的研究

3.1反应时间的影响

3.2催化剂用量的影响

3.3光源的影响

3.4空穴捕获剂的影响

3.5反应气氛的影响

3.6本章小结

第四章Pt沉积对LaCo02光催化还原二氧化碳活性的影响

4.1结果与讨论

4.1.1 XRD分析

4.1.2 XPS分析

4.1.3 SEM分析

4.1.4光催化活性评价

4.2本章小结

第五章微生物络合掺杂制备C—LaBO2(B=Co,Fe,Ni)的研究

5.1不同掺杂量的催化剂C-LaCo03的表征与分析

5.1.1 XRD分析

5.1.2 IR分析

5.1.3 UV-vis DRS分析

5.1.4 XPS分析

5.1.5TG-DTG分析

5.1.6光催化活性评价

5.2微生物络合制备C-LaBO2，(B=Fe,Co,Ni)的表征和评价

5.2.1XRD分析

5.2.2 UV-vis DRS 分析

5.2.3 EDS分析

5.2.4 XPS分析

5.2.5光催化活性评价

5.3本章小结

第六章微生物络合双掺杂制备钙钛矿催化活性的研究

6.1微生物络合法制备C-LaCo1-xFexO3的表征和评价

6.1.1 XRD分析

6.1.2 UV-vis DRS分析

6.1.3 EDS分析

6.1.4 XPS分析

6.1.5光催化活性评价

6.2微生物络合法制备C-LaCo1-xCuxO2的表征和评价

6.2.1 XRD分析

6.2.2 EDS分析

6.2.3 UV-vis DRS分析

6.2.4 XPS分析

6.2.5光催化活性评价

6.3微生物络合法制备C-La,-Sr,CoO2的表征和评价

6.3.1 XRD分析

6.3.2 EDS分析

6.3.3 UV-vis DRS分析

6.3.4 XPS分析

6.3.5光催化活性评价

6.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录：已发表文章