助催化剂的调控制备及其对光解水性能的影响

摘要

能源和环境已成为人类面临的两大重要问题。通过光催化技术将太阳能直接转化为洁净无污染、可持续利用的氢能，被认为是从根本上解决能源和环境问题的有效途径之一。在光催化过程中，助催化剂的对提高光催化活性具有重要作用。本研究主要考察了不同助催化剂对光催化活性的影响。
　　在光催化制氢的研究中，利用非贵金属代替贵金属助催化剂（如Pt、Rh）对降低光催化材料的成本具有重要意义。本研究通过光沉积法在TiO2上负载了非贵金属助催化剂Cu，利用XRD、DRS、TEM、BET等表征手段对Cu/TiO2光催化材料进行了表征，并对其光催化活性进行测试与比较。结果表明，在一定范围内，Cu在TiO2表面具有良好的分散性且颗粒均匀，当Cu负载量为2.4 wt％时光催化活性达到最高。高负载量会造成 Cu颗粒的团聚从而使得制氢活性下降。在相同Cu负载量下，光沉积法较浸渍法负载的Cu物种的颗粒更小，分散度更好，其活性也远高于浸渍法制备的样品。考察了不同 Cu源对活性的影响，结果表明以Cu(OAc)2作为Cu源负载的样品具有最好的光催化活性，可达贵金属Pt负载的TiO2制氢活性的94%。
　　为考察硫化物助催化剂 CdS对光催化活性的影响，本文通过水热制备响应可见光光催化剂CdS，并在CdS上共负载NiS及PdS分别作为还原活性位（产氢）和氧化活性位（氧化乳酸）以提高制氢活性。活性测试结果表明，共负载制氢活性高于单独负载，共负载后制氢活性达到未负载的25倍。进一步在实际太阳光下对其活性进行了测试，结果表明，NiS-PdS/CdS具有较高的产氢活性，且会受到太阳光的入射角度及光照强度的影响。
　　为了避免牺牲试剂的使用，降低制氢成本，尝试了利用Z型反应进行完全分解水试验。采用高温氨气氮化法制备了TaON，以Pt/TaON作为析氢催化剂，Pt/WO3作为产氧催化剂，NaI作为载流子传递介质构成的Z型反应体系，实现了分解水同时产生氢气与氧气。通过高温固相法制备了产氢光催化材料Bi0.5Y0.5VO4，采用BiVO4作为产氧光催化材料，以NaI为载流子传递介质，组成Z型体系，在可见光下（λ>400 nm）能分解水同时生成氢气（26.0μmol/h）与氧气（28.7μmol/h），氢氧比为1:1.1。

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上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2半导体光催化分解水制氢的基本原理

1.3半导体光催化分解水制氢的影响因素

1.4半导体光催化分解水制氢研究进展

1.5本文的选题思路及研究内容

第二章 实验方法

2.1化学试剂及实验仪器

2.2光催化材料的结构表征方法

2.3光催化剂的催化活性表征方法

2.4本章小结

第三章 非贵金属Cu助催化剂负载及其对光催化活性影响

3.1引言

3.2实验部分

3.3催化剂表征及结果分析

3.4本章小结

第四章 硫化物助催化剂负载及其对光催化活性影响

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 可见光催化剂制备及Z型反应探索

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 全文总结

6.1主要结论

6.2本论文主要创新点

6.3本论文主存在的问题及展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文