界面位点调控光/电催化CO 2 还原性能研究
发布时间：2021-10-07 04:53
过度消耗不可再生化石燃料,引起了大气环境中的CO2浓度迅速升高。严重的能源危机和恶劣的生态环境问题引起了广泛的关注,大量的研究探索工作也对此而展开。通过太阳能驱动或电化学转化将CO2变成高附加值的产品,这对于遏制因人类活动排放的CO2和缓解能源危机则是一种有效方式。然而,在催化反应过程中催化剂普遍面临着有限的催化位点、高的载流子复合率以及缓慢的电荷转移动力学过程等问题,导致了CO2在还原转化中效率偏低。因此,寻找高活性催化剂对CO2还原的实际应用有着重要意义。本论文将尝试通过有效表面活性位点、异质界面以及单分散金属位点结构设计、构建,调节相应催化剂的物理、化学及电子特性,从而提升光/电CO2还原性能。主要研究内容如下:（1）控制合成具有锯齿状边缘的二维PbS纳米片（e-PbSNS）,用于光催化CO2还原转化。在光敏剂Ru（bpy）3Cl2的体系中,e-PbS NS表现出优异的光还原CO2到CO催化活性（11.3 umol/h）并且明显优于其体相结构的PbS（3.3 umol/h）。丰富边缘结构的e-PbS NS存在不饱和状态悬挂键,有利于暴露更多边缘位点,促进光生电子的转移,增强CO2...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１，１半导体材料光催化过程示意图??Ｆｕｒｅｓｃｅｍａｃａｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｈｏｔｏｃａｔａｃｒｏｃｅｓｓ?ｏｖｅｒ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｏｒ??
?第Ｉ章绪论???Ｚｈａｎｇ等研究人员报道采用原位化学气相沉积的方式将单层氮掺杂石墨烯（ＮＧ）??生长到ＣｄＳ空心球结构壳层上（图１．２），构造ＮＧ／ＣｄＳ复合结构有效地提升光??催化（：０２还原活性［３１１。氮掺杂石墨烯－ＣｄＳ复合结构拥有着ＣｄＳ空心内部构造增??强光的吸收、捕获，壳层石墨烯的薄层也减少电子迁移的距离，紧密接触的内外??连接结构便于电荷载流子分离、转移。同时表面薄层石墨烯也有助于Ｃ０２分子??吸附、活化作用。设计制备的无缝接触光催化剂（ＣｄＳ）与助催化剂（石墨烯）??提供了一个大面积的界面电荷转移平台，显著提升光还原ｃｏ２性能，其还原产??物活性分别是纯ＣｄＳ空心结构的４倍（ＣＯ）、５倍（ＣＨ４）。研究中发现层状助??催化剂与光催化剂的突出作用，为构造其他无缝衔接、大面积紧密接触的复合异??质结构提供有效方法。??（ａ）?，?ａ，ｉ？？?．??Ｓｉ０２?ＣｄＳ／５ｉ０２?ＮＧ／ＣｄＳ／Ｓｉ０２?ＮＧ／ＣｄＳ??ＥＬ＾ｄＪ?ｉｋＬｌ?１，??８８?Ｂ．３?ａ．６?８．＊?Ｔ－Ｂ?ｔＷ？?Ｉ３ＳＳ?Ｓ？Ｈ＞?ｔＳ６（＞?！＿?ｗ?Ｃ４Ｓ?Ｃ４Ｇ？?ｔ；？ＥＪ２?ＣｄＣ３??Ｒｄｉ？ｉｖ？?Ｗａｖｅａｕｒａｂ＾ｒ?（？？＇＊）?Ｓａｉａｐｆｃ＊??ｓ’：｜（ｅｔ，?ｐｒ￣ｊ?＾ｒｎ?Ｒｉｊ??１：?７／／／Ｉ—．．．Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｉ—??＼＾ｋＬＬＭ?１?ｌｇｌ?１?，??＊?ｉ?＊?＼ｉ?ｎ?２３ｆ?２９?￥９?ｉ５?Ｕ?ｆｆ?ｔｓ??Ｔｉｍ?｛ｂ》?ｏｆ＊??图１．２?（ａ）氮掺杂石墨烯／ＣｄＳ空心复合结构（ＮＧ／Ｃ
?第１章绪论???点，增强反应动力学行为［３４，３５］。??Ｋｈｏｊｉｎ等人研究报道层状堆垛的Ｍ０Ｓ２有着金属Ｍｏ终端边缘表现出最好的??Ｃ０２电催化活性优异的电催化性能可归因于Ｍ〇Ｓ２边缘Ｍｏ终端暴露（图１．３??ａ－ｂ），结合扫描透射电镜和理论计算揭示了?Ｍ〇Ｓ２边缘暴露的金属Ｍｏ由于其固??有的金属特性和高ｄ－带中心，使得成为催化中心，因而显现出良好的催化性能（图??１，３?ｃ）。为证实边缘位点作用的Ｍ０Ｓ２带来Ｃ〇２电还原快的反应速率，研究人员??进一步合成垂直排列的?Ｍ０Ｓ２?纳米片（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ?ａｌｉｇｎｅｄ?Ｍ０Ｓ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔ，ＶＡＭ０Ｓ２??ＮＳ）（图１．３ｄ），考察其垂直边缘结构特性。在ＣＯ２电还原过程中相同条件下??垂直排列Ｍ〇Ｓ２有着比体相结构更优的催化活性（图１．３?ｆ），高活性确实归因于??高密度垂直排列的ＭｏＳ２边缘位点金属Ｍｏ原子作用Ｃ０２催化还原。??（ａ）?ｆｂ）?（ｃ）?＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿??■?ｒ?／?；?＝ｒ：；；??／ｐｆ－０?０５?１０?１５?２０?２５?３０?－０．８?－０．４?０．０?０．４?０．８?１－２??＊ｒ?雄—．＇－Ｔ—?．■—，?，￣￣＿＿?ｌ１／?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?｛Ｖ?ｖｅｒｓｕｓ?ＲＨＥ）??＿幽幌??＾?爾娜－０．３?－０．４?０．０?０．４?０．８?１．２??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｅｒｓｕｓ?ＲＨＥ）??图１．３?（ａ）?ＭｏＳ２边缘的ＨＡＡＤＦ和ＨＡＡＤＦ像；（ｂ）线扫确定边缘终端为Ｍｏ原子；（ｃ）??Ｃ０２还原性能测试：（ｄ）垂直排列ＭｏＳ２的ＳＴＥＭ图，（ｅ）垂直排列Ｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于光电催化还原CO2为燃料的设计进展（英文）[J]. 张宁,龙冉,高超,熊宇杰. Science China Materials. 2018(06)
本文编号：3421395
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１，１半导体材料光催化过程示意图??Ｆｕｒｅｓｃｅｍａｃａｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｈｏｔｏｃａｔａｃｒｏｃｅｓｓ?ｏｖｅｒ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｏｒ??
?第Ｉ章绪论???Ｚｈａｎｇ等研究人员报道采用原位化学气相沉积的方式将单层氮掺杂石墨烯（ＮＧ）??生长到ＣｄＳ空心球结构壳层上（图１．２），构造ＮＧ／ＣｄＳ复合结构有效地提升光??催化（：０２还原活性［３１１。氮掺杂石墨烯－ＣｄＳ复合结构拥有着ＣｄＳ空心内部构造增??强光的吸收、捕获，壳层石墨烯的薄层也减少电子迁移的距离，紧密接触的内外??连接结构便于电荷载流子分离、转移。同时表面薄层石墨烯也有助于Ｃ０２分子??吸附、活化作用。设计制备的无缝接触光催化剂（ＣｄＳ）与助催化剂（石墨烯）??提供了一个大面积的界面电荷转移平台，显著提升光还原ｃｏ２性能，其还原产??物活性分别是纯ＣｄＳ空心结构的４倍（ＣＯ）、５倍（ＣＨ４）。研究中发现层状助??催化剂与光催化剂的突出作用，为构造其他无缝衔接、大面积紧密接触的复合异??质结构提供有效方法。??（ａ）?，?ａ，ｉ？？?．??Ｓｉ０２?ＣｄＳ／５ｉ０２?ＮＧ／ＣｄＳ／Ｓｉ０２?ＮＧ／ＣｄＳ??ＥＬ＾ｄＪ?ｉｋＬｌ?１，??８８?Ｂ．３?ａ．６?８．＊?Ｔ－Ｂ?ｔＷ？?Ｉ３ＳＳ?Ｓ？Ｈ＞?ｔＳ６（＞?！＿?ｗ?Ｃ４Ｓ?Ｃ４Ｇ？?ｔ；？ＥＪ２?ＣｄＣ３??Ｒｄｉ？ｉｖ？?Ｗａｖｅａｕｒａｂ＾ｒ?（？？＇＊）?Ｓａｉａｐｆｃ＊??ｓ’：｜（ｅｔ，?ｐｒ￣ｊ?＾ｒｎ?Ｒｉｊ??１：?７／／／Ｉ—．．．Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｉ—??＼＾ｋＬＬＭ?１?ｌｇｌ?１?，??＊?ｉ?＊?＼ｉ?ｎ?２３ｆ?２９?￥９?ｉ５?Ｕ?ｆｆ?ｔｓ??Ｔｉｍ?｛ｂ》?ｏｆ＊??图１．２?（ａ）氮掺杂石墨烯／ＣｄＳ空心复合结构（ＮＧ／Ｃ
?第１章绪论???点，增强反应动力学行为［３４，３５］。??Ｋｈｏｊｉｎ等人研究报道层状堆垛的Ｍ０Ｓ２有着金属Ｍｏ终端边缘表现出最好的??Ｃ０２电催化活性优异的电催化性能可归因于Ｍ〇Ｓ２边缘Ｍｏ终端暴露（图１．３??ａ－ｂ），结合扫描透射电镜和理论计算揭示了?Ｍ〇Ｓ２边缘暴露的金属Ｍｏ由于其固??有的金属特性和高ｄ－带中心，使得成为催化中心，因而显现出良好的催化性能（图??１，３?ｃ）。为证实边缘位点作用的Ｍ０Ｓ２带来Ｃ〇２电还原快的反应速率，研究人员??进一步合成垂直排列的?Ｍ０Ｓ２?纳米片（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ?ａｌｉｇｎｅｄ?Ｍ０Ｓ２?ｎａｎｏｓｈｅｅｔ，ＶＡＭ０Ｓ２??ＮＳ）（图１．３ｄ），考察其垂直边缘结构特性。在ＣＯ２电还原过程中相同条件下??垂直排列Ｍ〇Ｓ２有着比体相结构更优的催化活性（图１．３?ｆ），高活性确实归因于??高密度垂直排列的ＭｏＳ２边缘位点金属Ｍｏ原子作用Ｃ０２催化还原。??（ａ）?ｆｂ）?（ｃ）?＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿??■?ｒ?／?；?＝ｒ：；；??／ｐｆ－０?０５?１０?１５?２０?２５?３０?－０．８?－０．４?０．０?０．４?０．８?１－２??＊ｒ?雄—．＇－Ｔ—?．■—，?，￣￣＿＿?ｌ１／?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?｛Ｖ?ｖｅｒｓｕｓ?ＲＨＥ）??＿幽幌??＾?爾娜－０．３?－０．４?０．０?０．４?０．８?１．２??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｅｒｓｕｓ?ＲＨＥ）??图１．３?（ａ）?ＭｏＳ２边缘的ＨＡＡＤＦ和ＨＡＡＤＦ像；（ｂ）线扫确定边缘终端为Ｍｏ原子；（ｃ）??Ｃ０２还原性能测试：（ｄ）垂直排列ＭｏＳ２的ＳＴＥＭ图，（ｅ）垂直排列Ｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于光电催化还原CO2为燃料的设计进展（英文）[J]. 张宁,龙冉,高超,熊宇杰. Science China Materials. 2018(06)
本文编号：3421395
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3421395.html
教材专著
