Mo氧化物及其含氧酸盐光催化固氮活性及影响因素的研究
发布时间：2021-02-24 16:00
NH3是社会生产中不可或缺的化工产品。目前,工业合成氨仍然以耗能巨大,污染严重Haber-Bosch法为主,急需开发一种低能耗、低污染的固氮新工艺来替代。光催化固氮因为其节能、绿色环保的优势引起了科研人员的广泛关注。通过构筑活性位点提高N2的吸附能力,是提高半导体材料光催化固氮性能的重要研究方向。Mo因对N2的选择性较高,吸附和活化能力较强成为本文的研究对象。通过CASTEP对MoO2和MoO3进行了密度泛函理论理论计算,计算结果肯定了MoO2作为光催化固氮材料的可行性且指出其氢化过程遵循远端/交替结合机制。通过原位碳还原法制备了MoO2和MoO3材料,对合成的材料进行了物相分析,结构与形貌表征和光学性能测试。测试结果表明MoO2呈现粗糙表面结构的立方体外貌,粒径在1.5-2μm之间,具有较低的载流子复合率和较强的光响应能力。在不加入任何牺牲剂的情况下,利用靛酚蓝比色法检测MoO2...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化固氮机理示意图[13]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-2-1.2.1光催化固氮机理光催化固氮技术是利用半导体催化剂对光的响应能力，通过把光能转化成化学能将氮气转化成氨的一种新技术（光催化固氮机理见图1-1）。N2还原（NRR）的光催化过程可分为几个步骤[12]。首先，半导体催化剂接受光照产生光生电子，光生电子被激发后跃迁到导带，并在价带中留下空穴。之后，一些电子和空穴重新复合；同时，其他电子和空穴则会迁移到催化剂的表面并参与表面发生的氧化还原反应。具体来讲，H2O可以通过空穴氧化成O2。在连续多步结合光生电子和水裂解产生的质子氢之后N2被还原成NH3[13]。图1-1光催化固氮机理示意图[13]实验和密度泛函理论（DFT）计算揭示了各种催化剂上的N2还原机制[14]。如上文所述，在光催化合成NH3的情况下，第一次质子耦合电子转移时，吸附在催化剂表面上的N2（*N≡N）从环境中获得一个质子（H+），从催化剂获得一个光生电子（e-）产生吸附化学物（*N=NH），如图1-2所示：图1-2几种不同路径的光催化固氮加氢机制过程图[15]
乖?缥桓?怯跋齑呋??实囊蛩豙18]。最后，不同的反应条件也会对光催化固氮性能产生影响。本文从以下几个方面讨论光催化固氮性能的影响因素：（1）氮气吸附能力的影响[19]。在光催化固氮反应中，首先要确保催化剂的表面具有吸附氮气的能力。光生电子迁移到催化剂的表面后，将与在催化剂表面吸附的氮气发生氮还原反应。催化剂对于氮气的吸附能力越强，就会有更多的氮气被载流子活化，还原反应中参与的活泼氮也会越多，从而提高光催化固氮的活性。因此，影响光催化固氮性能强弱的决定性因素是催化剂对于氮气的吸附能力。图1-3常见光催化固氮半导体的带隙结构示意图[20]（2）半导体能带的影响[20]。光催化固氮反应中重要的一步是光激发，半导体光催化剂从太阳光中获取能量，产生光生电子-空穴对。其中最关键的因
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3/TiO2纳米复合材料对304不锈钢的光生阴极保护性能[J]. 廖彤,马峥,李蕾蕾,马秀敏,王秀通,侯保荣. 中国腐蚀与防护学报. 2019(01)
[2]Single atom accelerates ammonia photosynthesis[J]. Pengcheng Huang,Wei Liu,Zhihai He,Chong Xiao,Tao Yao,Youming Zou,Chengming Wang,Zeming Qi,Wei Tong,Bicai Pan,Shiqiang Wei,Yi Xie. Science China（Chemistry）. 2018(09)
博士论文
[1]基于硫化物半导体的高效光催化固氮催化剂研究[D]. 高祥.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]钒酸铋基催化剂的设计及光/电催化性能研究[D]. 吕查德.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3049611
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化固氮机理示意图[13]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-2-1.2.1光催化固氮机理光催化固氮技术是利用半导体催化剂对光的响应能力，通过把光能转化成化学能将氮气转化成氨的一种新技术（光催化固氮机理见图1-1）。N2还原（NRR）的光催化过程可分为几个步骤[12]。首先，半导体催化剂接受光照产生光生电子，光生电子被激发后跃迁到导带，并在价带中留下空穴。之后，一些电子和空穴重新复合；同时，其他电子和空穴则会迁移到催化剂的表面并参与表面发生的氧化还原反应。具体来讲，H2O可以通过空穴氧化成O2。在连续多步结合光生电子和水裂解产生的质子氢之后N2被还原成NH3[13]。图1-1光催化固氮机理示意图[13]实验和密度泛函理论（DFT）计算揭示了各种催化剂上的N2还原机制[14]。如上文所述，在光催化合成NH3的情况下，第一次质子耦合电子转移时，吸附在催化剂表面上的N2（*N≡N）从环境中获得一个质子（H+），从催化剂获得一个光生电子（e-）产生吸附化学物（*N=NH），如图1-2所示：图1-2几种不同路径的光催化固氮加氢机制过程图[15]
乖?缥桓?怯跋齑呋??实囊蛩豙18]。最后，不同的反应条件也会对光催化固氮性能产生影响。本文从以下几个方面讨论光催化固氮性能的影响因素：（1）氮气吸附能力的影响[19]。在光催化固氮反应中，首先要确保催化剂的表面具有吸附氮气的能力。光生电子迁移到催化剂的表面后，将与在催化剂表面吸附的氮气发生氮还原反应。催化剂对于氮气的吸附能力越强，就会有更多的氮气被载流子活化，还原反应中参与的活泼氮也会越多，从而提高光催化固氮的活性。因此，影响光催化固氮性能强弱的决定性因素是催化剂对于氮气的吸附能力。图1-3常见光催化固氮半导体的带隙结构示意图[20]（2）半导体能带的影响[20]。光催化固氮反应中重要的一步是光激发，半导体光催化剂从太阳光中获取能量，产生光生电子-空穴对。其中最关键的因
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3/TiO2纳米复合材料对304不锈钢的光生阴极保护性能[J]. 廖彤,马峥,李蕾蕾,马秀敏,王秀通,侯保荣. 中国腐蚀与防护学报. 2019(01)
[2]Single atom accelerates ammonia photosynthesis[J]. Pengcheng Huang,Wei Liu,Zhihai He,Chong Xiao,Tao Yao,Youming Zou,Chengming Wang,Zeming Qi,Wei Tong,Bicai Pan,Shiqiang Wei,Yi Xie. Science China（Chemistry）. 2018(09)
博士论文
[1]基于硫化物半导体的高效光催化固氮催化剂研究[D]. 高祥.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]钒酸铋基催化剂的设计及光/电催化性能研究[D]. 吕查德.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3049611
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