钴类化合物负载半导体催化剂的合成及光催化二氧化碳还原的研究

发布时间：2020-06-06 22:34

【摘要】：随着工业化进程的发展,以煤、石油、天然气等不可再生能源的需求与日俱增,在人类过度使用化石燃料的过程中,又会引发能源短缺、全球变暖、环境污染的重大问题。因此,利用清洁能源,减少二氧化碳的排放变得尤为重要。太阳能因具备分布广泛、可再生等优点而受到人们的关注,另外光催化二氧化碳还原可作为减少空气中二氧化碳含量的有效途径而引发了人们的兴趣。本文以开发新的非贵金属催化剂为出发点,制备了非贵金属的硼化物、碳三氮四负载的磷化钴、氮化钴等纳米材料,并且对光催化二氧化碳还原进行研究,研究结果如下:1.使用硝酸钴为钴源,氨硼烷为硼源,合成了Co_3B-CoB纳米材料,并且采用XRD、TEM、XPS、ICP对材料进行表征,再将制备的纳米材料运用于光催化二氧化碳还原体系中,分别从所选溶剂、所加催化剂的质量,牺牲剂的体积,加入水的体积四个方面进行优化,最终得出在最佳催化条件下,三个小时内,CO的生成速率高达28562 umol·h~(-1)·g~(-1),CO的选择性高达79%。2.使用硝酸钴为钴源,三聚氰胺为原料,制备了CoP@P-C_3N_4纳米材料并采用XRD、TEM、XPS、ICP对材料进行表征,再将制备的纳米材料运用于光催化二氧化碳还原体系中,分别从所选溶剂、所加催化剂的质量,牺牲剂的体积,加入水的体积四个方面进行优化,最终得出在最佳催化条件下,三个小时内,CO的生成速率高达28795 umol·h~(-1)·g~(-1),CO的选择性高达78.5%。3.使用硝酸钴为钴源,三聚氰胺为原料,制备了CoN@P-C_3N_4纳米材料,并且采用XRD、TEM、XPS、ICP对材料进行表征,再将制备的纳米材料运用于光催化二氧化碳还原体系中,分别从所选溶剂、所加催化剂的质量,牺牲剂的体积,加入水的体积四个方面进行优化,最终得出在最佳催化条件下,三个小时内,CO的生成速率高达28698 umol·h~(-1)·g~(-1),CO的选择性高达78%。
【图文】：

示意图,光合作用,示意图

第 1 章绪论合作用是自然活动的能量来源，它为自然界的发展提供物质和能量基础。光合作用是自然界中碳从无机物转换成有机物重要纽带，对自然界中的生物有着非常重大的意义[9],光合作用的反应过程如下[10-13]：6CO2+ 12H2O → C6H12O6+ 6O2+ 6H2O光反应：H2O→O2+4H（在光和叶绿体的色素催化下）（1ADP+Pi+能量→ATP（在酶的催化下）（2暗反应：C5+CO2→2C3（碳的固定）（32C3+[H]→（CH2O）+C5（在 ATP 供能和酶的催化下）（4

过程图,半导体表面,光催化,过程图

图 1.2 半导体表面的光催化过程图[54]其中光催化二氧化碳还原的过程如图 1.3，之前提到半导体拥有独特的能结构，即在导带和价带之间还存在一个能带，我们将从价带以上到导带以下能带称之为禁带。第一，半导体吸收高于禁带能量的光能，受到激发后从导上产生光生电子转移到价带上，，同时在导带上生成空穴，于是就在催化剂上成了许许多多的光生电子-空穴，需要强调的是在光生电子-空穴的生成的同时也伴随着光生电子-空穴的复合。Serpone 小组实验得出了在 10 纳秒时间内自复合的光生电子达到 90％以上的结论[55]。在发生光催化二氧化碳还原过程时水也可参与反应被价带生成的空穴氧化成氧气和氢离子，同时到带上的电子到氧化还原电位将二氧化碳还原成甲烷、一氧化碳、甲酸等。光催化反应发的条件是当半导体的能带必须满足反应所需的氧化还原电位。
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O644.1;O643.36;X701

【参考文献】