C3N4负载贵金属复合光催化剂应用于CO2还原反应中

摘要

将CO2通过光催化的方式转化为CH4有利于缓解全球变暖、推进低碳经济。然而，合成具有高效的二氧化碳转换效率的复合光催化剂始终面临着严峻的挑战，这是因为半导体中的光生电子-空穴对大部分在半导体内部进行了复合以及半导体表面上的二氧化碳分子的吸附和活化能力很低。同时，由于紫外光占太阳光的比率很低，因此，合成利用可见光或近红外光的半导体，然后负载贵金属的光催化剂是提高二氧化碳还原的光催化性能的有效途径。本文主要是通过引入高指数晶面的贵金属和具有孪晶缺陷的贵金属对助催化剂进行合理的修饰，提高助催化剂表面的催化活性位点，最终增强光催化CO2还原性能。主要的研究内容如下:
　　1、通过引入高指数晶面的助催化剂可大大提高CO2光催化还原成CH4的性能。在这项工作中，和PtCu nanocubes相比，PtCu concave(730)负载在C3N4纳米片上，作为助催化剂大大增强了光催化CO2还原的光催化活性和选择性。通过密度泛函理论计算得出，(730)高指数晶面具有更多的低配位金属活性位点来增强CO2的吸附和活化能力，而对Pt来说，引入Cu之后，由于双金属之间的协同效应，有利于CH4的选择性。这项工作突出了在CO2转化中助催化剂的合理晶面设计可以提高光催化性能。
　　2、通过负载孪晶缺陷的Pd助催化剂可以大大提高CO2还原反应的光催化性能。在这项工作中，将具有孪晶缺陷的Pd二十面体与没有孪晶缺陷的Pd纳米四面体均原位生长到C3N4纳米片上，前者有效地提高了CO2还原为CO和CH4的光催化性能。Pd助催化剂表面暴露的孪晶界面线是CO2还原反应的高催化活性位点。基于所提出的机理，进一步通过降低Pd二十面体助催化剂的尺寸和增加孪晶界面线的密度增强CO2的光催化活性和选择性。这项工作证明助催化剂表面的缺陷工程是实现高性能光催化的新途径。

目录

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2半导体光催化剂的概述

1．2．1半导体的光催化机理

1．2．2半导体的光催化过程优化

1．3半导体与贵金属的复合

1．3．1半导体-贵金属形成肖特基势垒分析

1．3．2贵金属助催化剂

1．4课题的研究目的与研究内容

1．4．1研究目的

1．4．2研究内容

第二章通过负载高指数晶面的PtCu助催化剂来提高光催化CO2还原性能的研究

2．1前言

2．2实验部分

2．2．1实验中主要使用药品

2．2．2样品的主要表征仪器

2．2．3样品制备

2．2．4样品的光催化性能测试

2．3结果与讨论

2．3．1样品的表征与分析

2．3．2动力学和光催化性能分析

2．3．3光催化机理分析

2．4本章小结

第三章负载孪晶缺陷的Pd助催化剂来提高CO2光催化还原性能的研究

3．1前言

3．2实验部分

3．2．1实验中主要使用的药品

3．2．2样品的主要表征仪器

3．2．3样品的制备

3．2．4样品的测试

3．3结果与讨论

3．3．1 C3N4-Pd NTs和C3N4-Pd NIs的性质表征

3．3．2电荷动力学和光催化性能分析

3．3．3光催化机理分析

3．3．4可能的光催化反应机理

3．3．5不同尺寸Pd的C3N4-Pd NIs样品的电荷动力学

3．4本章总结

第四章总结与展望

4．2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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