酞菁纳米粒子和石墨相碳氮的光催化性能研究

发布时间：2020-05-06 15:03

【摘要】：光催化技术作为一种绿色环保的技术,在解决能源危机和治理环境污染方面具有广泛的应用前景,如何制备高性能的光催化剂成为近些年的热点话题。经过几十年的研究,对于有机半导体光催化机理的研究已经比较成熟,并且推导出的一些结论也得到了验证。虽然半导体光催化取得了巨大的成就,然而却远远没有达到理想的状况。目前光催化技术面临的主要问题是太阳能利用率低、光催化量子效率低、稳定性差等。这些问题可以通过染料敏化、调节催化剂尺寸、贵金属沉积、提高催化剂比表面积等方式解决。本论文的主要研究内容:(1)采用廉价易得的酞菁作为原料,用简单的超声法制备了粒径7nm左右的球状磺化酞菁钴(CoPcS)纳米粒子,用更换溶剂法制备了粒径4nm左右的球形酞菁钴(CoPc)纳米粒子,尺寸均一且稳定性好。将酞菁做成纳米粒子,不但可以发挥酞菁在可见光区有吸收、化学性质稳定等优点,还可以发挥纳米粒子比表面积大、催化位点多、光生载流子易分离的优越性。以酞菁纳米粒子为催化剂,荧光素(FL)为光敏剂,三乙胺(TEA)为牺牲剂,完全不含贵金属的非均相催化体系展现出优异的光解水制氢活性。本论文先后探讨了催化剂的浓度、光敏剂的浓度、牺牲剂的种类和浓度以及pH对催化效率的影响,优化各个变量的条件来尽可能的达到最佳效果。优化完成后,CoPcS催化体系的产氢寿命长达20小时,转化率TON达到206(相对于催化剂),相应的TOF达到36h~(-1)。CoPc催化系统在10h内保持较高的产氢活性,TON达到147,相应的TOF达到21.9 h~(-1)。重元素标记实验证明了催化过程中氢气中氢质子的来源是水,光催化过程中的确是将水分解了。并且最后用高斯软件计算了酞菁纳米粒子的催化原理。(2)以双氰胺为原料,尿素为软模板,采用微波快速加热的方法制备了多孔g-C_3N_4光催化材料。微波法解决了传统的高温加热法费时耗力的问题,提高了制备催化剂的效率,可以在短时间内合成大批量的g-C_3N_4。通过透射电镜可知,本实验用微波法制备的g-C_3N_4是由少量片层堆叠而成的二维片状结构。通过BET测试g-C_3N_4的孔容孔径和比表面积,发现多孔g-C_3N_4的比表面积增加了3倍。分析g-C_3N_4的红外光谱并发现制备的多孔g-C_3N_4仍然保存着其特征官能团,说明其结构框架没有被破坏。且由UV-vis光谱可知,微波法合成的催化剂紫外吸收边由460nm红移到600nm,提高了其对可见光的利用率。通过可见光照射下光解水产氢和光降解罗丹明B的实验来检测g-C_3N_4的催化能力。以铂为助催化剂、三乙醇胺为牺牲剂,多孔g-C_3N_4的产氢量高达1425?mol·g~(-1)·h~(-1)。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

【参考文献】

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4 唐健敏;史伟民;王林军;周文静;朱文清;夏义本;;CuPc/CuPc:C_(60)/Alq/Al结构的有机太阳能电池[J];上海大学学报(自然科学版);2010年01期

5 巩亚敏;马子川;李顺军;张洁;刘敬泽;;不同紫外光源下MnO_2对TiO_2光催化活性的影响[J];高等学校化学学报;2008年11期

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8 刘彩萍,吴克琛,洪涛,莽朝永,张明昕,韦永勤,周张锋,庄伯涛;过渡金属体系非线性光学性质计算的ECP基组研究[J];化学学报;2005年06期

9 余银霞,卞曙光,邵磊,陈建峰,李祥高;有机光导材料酞菁氧钛制备及应用[J];化工新型材料;2004年08期

10 徐承天,陈碧钦,彭芳,陈邦林;介绍物理化学实验-硫磺溶胶的制备及其Zeta电势的测定[J];实验室研究与探索;2004年08期

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本文编号：2651458