不同氧化物助催化剂对氧化物—碳纳米管—曙红体系光催化析氢性能的影响

论文摘要

21世纪以来,化石燃料的日益短缺需要我们寻找新的储量充分、可再生的能源；温室效应、水质污染等需要我们用清洁无污染的能源去进行日常的生产生活。将太阳能转化为氢能可以在很大程度上解决能源短缺和环境问题。在将太阳能转化为氢能的方法中,光催化方法因其简单、高效而受到研究者的广泛关注,而廉价、高活性催化剂的制备是其中的关键。基于此,本论文采用曙红（Eosin Y）作为响应太阳光谱中可见光的“天线分子”,通过简单的π-π相互作用使其吸附到具有大比表面积的多壁碳纳米管（MWNTs）上,以廉价易得的金属氧化物作为助催化剂,制备了多种具有可见光催化还原水制氢活性的氧化物-碳纳米管-曙红光催化剂。探讨了多种因素对这些光催化剂催化活性的影响,利用电化学方法初步探讨了该光催化反应的机理。主要研究内容如下：以酸化氧化的MWNTs （MWNTs-COOH）为催化剂的基质,选择CuO代替Pt等贵金属做助催化剂,曙红作为光敏剂,在牺牲剂存在的情况下,详细讨论了CuO的负载量、牺牲剂的种类及浓度、溶液的pH值、Eosin Y的投料量、反应温度等因素对此光催化反应的影响。对该催化剂可见光光催化还原水析氢的机理进行了简单的探讨。采用浸渍-热解法制备了CuO和Cr203共负载的MWNTs-COOH复合物。研究了该催化剂在Eosin Y敏化下的可见光光催化还原水析氢的活性。系统考察了CuO和Cr203的共负载量、CuO和Cr203的摩尔比,三乙醇胺（TEOA）的浓度、溶液的pH值、EosinY的投料量等因素对该光催化反应的影响。结果表明：在助催化剂CuO和Cr203中,起主导作用的是CuO。采用化学浸渍热分解法、静电吸附法以及溶胶凝胶法分别制备了五种负载不同金属氧化物的MWNTs复合物：CuO-MWNTs、NiO-MWNTs、CoO-MWNTs、AgxO-MWNTs和Ti02-MWNTs。比较了五种金属氧化物助催化剂负载的MWNTs的光催化活性。通过循环伏安（CV）和电化学阻抗（Eis）法初步探讨了光催化析氢反应的机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 光解水制氢的研究现状
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 光解水制氢的原理及过程
• 1.1.3 发展历程
• 1.1.3.1 紫外光响应的光催化剂
• 1.1.3.2 可见光响应的光催化剂
• 1.2 碳纳米管
• 1.2.1 碳纳米管的结构与分类
• 1.2.2 碳纳米管的性能与应用
• 1.2.3 碳纳米管的修饰及其表征
• 1.2.3.1 修饰方法
• 1.2.3.2 表征手段
• 1.3 本论文的选题思想和主要内容
• 第2章 实验试剂与仪器
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 第3章 曙红敏化CuO负载的MWNTs的可见光析氢活性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.1.1 碳纳米管的处理
• 3.2.1.2 CuO-MWNTs复合物的制备
• 3.2.1.3 Eosin Y工作曲线的测定
• 3.2.1.4 光解水析氢实验
• 3.2.2 测试与表征
• 3.2.3 CuO-MWNTs对TEOA水溶液中Eosin Y吸附性能的测试
• 3.2.4 表观量子效率的计算
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MWNTs和CuO-MWNTs的TEM表征
• 3.3.2 MWNTs和CuO-MWNTs的XRD表征
• 3.3.3 CuO-MWNTs的XPS表征
• 3.3.4 外表征
• 3.3.5 CuO-MWNTs-Eosin Y三元催化剂的可见光还原水析氢研究
• 3.3.5.1 CuO-MWNTs对Eosin Y的吸附性能
• 3.3.5.2 CuO-MWNTs-Eosin Y三元催化剂光催化还原水析氢最佳条件的选择
• 3.3.5.3 表观量子效率的计算
• 3.3.5.4 Eosin Y敏化的CuO-MWNTs光催化剂光解水析氢机理探讨
• 3.4 本章小结
• 2O₃共负载的MWNTs的可见光析氢活性研究'>第4章 曙红敏化CuO/Cr₂O₃共负载的MWNTs的可见光析氢活性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.1.1 碳纳米管的处理
• 2O₃-MWNTs复合物的制备'>4.2.1.2 CuO/Cr₂O₃-MWNTs复合物的制备
• 4.2.1.3 光解水析氢实验
• 4.2.2 测试与表征
• 4.2.2.1 透射电镜（TEM）
• 4.2.2.2 X射线光电子能谱（XPS）
• 4.3 结果与讨论
• 2O₃-MWNTs的TEM表征'>4.3.1 MWNTs-COOH和CuO/Cr₂O₃-MWNTs的TEM表征
• 2O₃/MWNTs的XRD表征'>4.3.2 MWNTs和CuO-Cr₂O₃/MWNTs的XRD表征
• 2O₃/MWNTs的XPS表征'>4.3.3 CuO-Cr₂O₃/MWNTs的XPS表征
• 2O₃-MWNTs-Eosin Y光催化剂的可见光还原水析氢性能研究'>4.3.4 CuO/Cr₂O₃-MWNTs-Eosin Y光催化剂的可见光还原水析氢性能研究
• 2O₃最佳共负载量的选择'>4.3.4.1 CuO/Cr₂O₃最佳共负载量的选择
• 2O₃最佳摩尔比的选择'>4.3.4.2 CuO/Cr₂O₃最佳摩尔比的选择
• 4.3.4.3 牺牲剂浓度的影响
• 4.3.4.4 pH值的影响
• 4.3.4.5 Eosin Y投料量的影响
• 2O₃-MWNTs光催化剂可见光还原水制氢的动力学曲线'>4.3.4.6 最佳条件下Eosin Y敏化的CuO/Cr₂O₃-MWNTs光催化剂可见光还原水制氢的动力学曲线
• 4.3.4.7 最佳条件下的表观量子效率
• 4.4 本章小结
• 第5章 氧化物-碳纳米管-曙红体系中氧化物助催化剂的作用机理初探
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 碳纳米管的处理
• 5.2.2 金属氧化物负载的多壁碳纳米管的制备
• 5.2.2.1 化学浸渍烧结法
• 5.2.2.2 溶胶-凝胶法
• 5.2.2.3 静电相互作用法
• 5.2.3 光解水析氢实验
• 5.2.4 样品的表征
• 5.2.5 电化学测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 TEM照片
• 5.3.2 XRD分析
• x-MWNTs催化剂可见光还原水析氢性能研究'>5.3.3 Eosin Y敏化MO_x-MWNTs催化剂可见光还原水析氢性能研究
• 5.3.4 MOx-MWNTs的电化学性质研究
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 卷内备考表