MXene/半导体复合光催化剂的制备及其光催化分解水的研究

发布时间：2021-12-17 18:15

　　随着人类社会的高速发展,化石能源的过度消耗已经产生了严重的环境问题,寻找并生产可替代的可再生能源已经成为了当务之急。光催化分解水制氢能够将太阳能直接转化为化学能,已经成为了能源领域的研究热点。光催化技术的关键在于光催化剂,高效的光催化剂应具有较窄的禁带宽度和适合的能带结构,以满足光催化分解水的动力学和热力学要求。单一的光催化剂具有较高的光生电子-空穴复合率,从而影响了光催化反应的效率。采用助催化剂能够有效的促进光生电子和空穴的分离,开发高效廉价的非贵金属助催化剂是加快光催化剂大规模应用的有效策略之一。二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXene)具有良好的导电性、亲水性以及适合的氢吸附自由能等特点,可作为光催化剂的助催化剂。本文采用CO2一步氧化法或静电自组装法制备了 Nb2O5/C/Nb2C、Ti3C2/TiO2和2D/2D Ti3C2/g-C3N4复合光催化剂,并研究其光催化分解水制氢的性能。首先,本文通过控制反应时间,以Nb2C(MXene)为研究对象,采用C02一步氧化法制备了具有不同Nb2O5/Nb2C比例的Nb2O5/C/Nb2C复合光催化剂,并将其用于光催化分解水制氢...

【文章来源】： 广西大学广西壮族自治区 211工程院校

【文章页数】：123 页

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 半导体光催化剂光催化分解水的基本原理
    1.3 光催化分解水制氢催化剂
        1.3.1 金属氧化物光催化剂
        1.3.2 金属硫化物光催化剂
        1.3.3 非金属光催化剂
    1.4 提高光催化剂性能的方法
        1.4.1 杂原子掺杂
        1.4.2 晶面与形貌调控
        1.4.3 助催化剂的作用
        1.4.4 异质结在光催化反应中的作用
    1.5 MXene在光催化领域中应用的研究进展
    1.6 选题的依据和研究内容
第二章 Nb₂O₅/C/Nb₂C复合光催化剂的制备及其光催化性能
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 Nb₂CT_x的制备
        2.2.2 Nb₂O₅/C/Nb₂C的制备
        2.2.3 Nb₂O₅/Nb₂C比例的分析
        2.2.4 光催化反应评价
        2.2.5 光电化学性能评价
        2.2.6 表观量子效率的计算方法
        2.2.7 催化剂表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 Nb₂C的组成和结构
        2.3.2 Nb₂O₅/C/Nb₂C的组成和结构
        2.3.3 Nb₂O₅/C/Nb₂C的比表面积和孔结构分析
        2.3.4 N₂O₅/C/Nb₂C的形貌分析
        2.3.5 N₂O₅/C/Nb₂C的光吸收性能和荧光光谱分析
        2.3.6 N₂O₅/C/Nb₂C的X射线光电子能谱分析
        2.3.7 N₂O₅/C/Nb₂C的电荷转移与分离
        2.3.8 N₂O₅/C/Nb₂C的光催化分解水制氢性能
        2.3.9 N₂O₅/C/Nb₂C的光催化反应稳定性测试
        2.3.10 N₂O₅/C/Nb₂C光催化分解水制氢的机理
    2.4 本章小结
第三章 Ti₃C_/TiO₂复合光催化剂的制备及其光催化性能
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 单层和多层Ti₃C₂的制备
        3.2.2 Ti₃C₂/TiO₂的制备
        3.2.3 光催化反应评价
        3.2.4 光电化学性能评价
        3.2.5 催化剂表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 单层和多层Ti₃C₂的组成和结构
        3.3.2 单层和多层Ti₃C₂的的形貌分析
        3.3.3 Ti₃C₂/TiO₂的组成和结构
        3.3.4 Ti₃C₂/TiO₂的形貌分析
        3.3.5 Ti₃C₂/TiO₂的比表面积和孔结构分析
        3.3.6 Ti₃C₂/TiO₂的X射线光电子能谱分析
        3.3.7 Ti₃C₂/TiO₂的光吸收性能
        3.3.8 Ti₃C₂/TiO₂的荧光光谱分析
        3.3.9 Ti₃C₂/TiO₂的电荷转移与分离
        3.3.10 Ti₃C₂/TiO₂的光催化分解水产氢性能
        3.3.11 Ti₃C₂/TiO₂的光催化反应稳定性测试
        3.3.12 Ti₃C₂/TiO₂光催化分解水制氢的机理
    3.4 本章小结
第四章 2D/2D Ti₃C₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备及其光催化性能
    4.1 引言
    4.2 实验方法
        4.2.1 g-C₃N₄的制备
        4.2.2 Ti₃C₂/g-C₃N₄的制备
        4.2.3 光催化反应评价
        4.2.4 光电化学性能评价
        4.2.5 催化剂表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 g-C₃N₄的形貌分析
        4.3.2 单层Ti₃C₂的原子力显微镜分析及厚度统计
        4.3.3 Ti₃C₂/g-C₃N₄的组成和结构
        4.3.4 Ti₃C₂/g-C₃N₄的形貌分析
        4.3.5 Ti₃C₂/g-C₃N₄的比表面积和孔结构分析
        4.3.6 Ti₃C₂/g-C₃N₄的X射线光电子能谱分析
        4.3.7 Ti₃C₂/g-C₃N₄的光吸收性能
        4.3.8 Ti₃C₂/g-C₃N₄的荧光光谱分析
        4.3.9 Ti₃C₂/g-C₃N₄的电荷转移与分离
        4.3.10 Ti₃C₂/g-C₃N₄的光催化分解水制氢性能
        4.3.11 Ti₃C₂/g-C₃N₄的光催化反应稳定性测试
        4.3.12 Ti₃C₂/g-C₃N₄光催化分解水制氢的机理
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的获奖情况以及公开发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化钛基Z型光催化剂综述(英文) [J]. 戚克振,程蓓,余家国,Wingkei Ho.  催化学报. 2017(12)
[2]碱金属掺杂的石墨相氮化碳在可见光光催化制氢中的比较研究(英文) [J]. 江静,曹少文,胡成龙,陈春华.  催化学报. 2017(12)
[3]g-C3N4/BiVO4复合催化剂的制备及应用于光催化还原CO2的性能 [J]. 黄艳,傅敏,贺涛.  物理化学学报. 2015(06)



本文编号：3540671