铁氧化物光、电催化水和有机物氧化反应的研究

发布时间：2017-12-16 20:05

  本文关键词：铁氧化物光、电催化水和有机物氧化反应的研究

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【摘要】：将太阳能通过光驱动水分解转化为氢能是解决全球能源危机和环境问题的理想方案。由于在热力学上需要大量的能量,且涉及到4个质子和4个电子转移的复杂动力学过程,水氧化半反应被认为是整个水分解反应的瓶颈。开发高效稳定的水氧化催化剂至关重要。考虑到未来大规模应用,催化剂应廉价易得,合成简单,在温和的对环境友好的溶液中操作,且易于负载在光阳极上。本论文采用简单的电沉积方法,从含有Fe2+的中性碳酸盐缓冲溶液中制备出高效的基于铁的电催化水氧化催化剂。该催化剂(Fe-Ci)在pH为9.75的0.2 mol/L的碳酸盐缓冲溶液中产生10 mA/cm2电流的过电位为560 mV。在1.30 V vs. NHE偏压,不加电阻补偿的条件下进行恒电位电解,催化电流密度可在至少18小时内稳定保持在4mA/cm2左右。此外,Fe-Ci的Tafel斜率仅有34 mV/dec,显著低于以往报道的基于铁的电催化剂。电化学动力学分析表明,Fe-Ci在决速步骤前涉及到一个2质子2电子转移的拟平衡过程。将Fe-Ci负载在α-Fe2O3上可在一定程度上增加α-Fe2O3的光电催化活性。将有机物的选择性氧化与质子还原产氢偶合是另一种将太阳能转化为氢能的方案。相对于直接水分解,这一反应不仅在热力学和动力学上更容易实现,而且在制氢的同时可制备有用的化工产品。结合半导体材料的稳定性和分子催化剂的高选择性,本论文以带有羧酸吸附基团的分子钌催化剂负载的α-Fe2O3作为复合催化剂。在可见光的驱动和电子受体的存在下,可近100%地将苯甲硫醚选择性地氧化为苯甲亚砜。相对于不带吸附基团的钌催化剂和α-Fe2O3,复合催化剂的催化效果均有明显提高,其中对苄醇脱氢反应的效果可提升5倍。在半反应的基础上,本论文进一步组装了负载钌催化剂的光电化学电池用于苄醇和苯甲硫醚的氧化,相对于未负载催化剂的α-Fe2O3,光电流密度有了显著提升。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36

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本文编号：1297278