NH 2 -UiO-66（Zr）有机官能团后修饰及其光催化还原CO 2 的性能研究
发布时间：2022-01-11 21:31
利用光催化技术将CO2还原成高附加值的化学品和燃料可缓解能源短缺和温室效应引起的环境问题,研发高效可见光响应的光催化材料是实现光催化固碳技术的关键。最近,金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks,MOFs）因具有:（1）组成与结构易于调控、修饰;（2）骨架上的金属团簇类似于分立的半导体量子点,反应过程中不易发生团聚,有利于保持催化剂的稳定性;（3）通过改变金属离子与有机配体的种类,可以调控配体到金属的电荷跃迁,使得该类材料具有可见光响应;（4）高比表面积,部分有机配体上拥有含氮官能团,有利于CO2的吸附等优势而受到科研工作者们的广泛关注。但是,MOF材料作为光催化固碳材料仍然面临着量子效率差、光生电荷分离不理想等缺点。本论文主要研究有机官能团后修饰对Zr基MOF材料NH2-UiO-66（Zr）可见光催化还原CO2性能的影响。选择吡啶-2-甲醛、水杨醛、苯甲醛以及三氟乙酸对NH2-UiO-66（Zr）有机配体的氨基官能团进行后合成修饰,考察不同有机官能团...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气中CO2浓度（ppm）（1958-2020）
第一章绪论2光催化还原CO2技术以可再生能源-太阳能作为能量输入，使光催化剂能够利用光子的能量来克服热力学障碍，将太阳能以化学键的形式转化为化学能，获得有价值的产物。1978年，Halmann首次模拟人工光合作用，在可见光下，利用无机半导体GaP将CO2转化为甲酸、甲醛等有机物[4]。至此，CO2光催化转化开始受到越来越多的研究者的关注，同时科学家们也尝试阐明光催化转化CO2的反应机理。光催化固碳技术将二氧化碳转化为其他高附加值的化学品和燃料，为发展绿色能源提供一种理想的道路，实现资源的高效和循环利用。这种固碳技术利用的是太阳能，资源丰富又不会产生二次污染，可以有效降低大气中CO2浓度，缓解温室效应带来的环境问题，有效实现碳循环。目前已经证明了许多不同的材料和装置可用于人工光合作用，而开发一种新型高效稳定的光催化剂仍是巨大挑战。金属有机骨架材料（MOF）作为一种新型的多孔材料，不仅具备类似于分子筛的性质，还具备半导体的特点，具有类似于半导体量子点的金属-氧单元，用于光催化的体系中具有巨大的潜力。除此之外，MOF具有较大的比表面积，以及部分MOF含有与CO2强相互作用的有机官能团，使MOF在光催化还原CO2的应用中有极大的优势。1.2光催化还原CO2技术1.2.1光催化还原CO2反应机理图1.2光催化还原CO2的机理图[5]图1.2为光催化还原CO2机理图。催化剂先受到光能（hν）大于或等于禁带宽
第一章绪论5能带结构是催化剂是否能够进行光催化反应的决定性条件。能带结构主要由导带、价带及禁带宽度三者构成。导带为最高的能级，是光生电子聚集的位置，决定催化剂还原的能力，导带的位置越高，则还原的能力越强；价带为最低的能级，是光生空穴聚集的位置，价带决定氧化能力。导带与价带之间的能量差则是禁带宽度，禁带宽度越小，则光吸收波长红移，有利于提高光利用率。1.2.4用于还原CO2的光催化材料（1）生物催化剂酶是一类极为重要的生物催化剂（biocatalyst），由活细胞产生的蛋白质或RNA，对其底物具有高度特异性和催化活性。酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整。酶具有以下特点：酶比无机类催化剂更能使反应速率加快；一种酶只能催化一种或一类反应物，如淀粉酶只能催化淀粉水解成葡萄糖；可通过不同方法调节活性，包括抑制剂、变构调节和共价修饰调节等；酶在生物体内的化学反应只有在极为温和的条件下进行，大多数酶会被高温、强酸、强碱等破坏而变性。植物、藻类和某些细菌的CO2的固定通过光合作用发生，如植物在太阳光的照射下，光激发电子用于将辅酶NADP+还原为NADPH并产生高能分子ATP，ATP用作能量，将CO2转化为有机化合物。（2）无机半导体图1.3常见的半无机导体的能带结构（pH=0）[13]图1.3为常见的无机导体的能带结构。自从Halmann报告使用p-GaP减少CO2以来，已经探索了许多无机半导体材料用作光催化剂[1]。这些材料是III-V半导体，
本文编号：3583493
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气中CO2浓度（ppm）（1958-2020）
第一章绪论2光催化还原CO2技术以可再生能源-太阳能作为能量输入，使光催化剂能够利用光子的能量来克服热力学障碍，将太阳能以化学键的形式转化为化学能，获得有价值的产物。1978年，Halmann首次模拟人工光合作用，在可见光下，利用无机半导体GaP将CO2转化为甲酸、甲醛等有机物[4]。至此，CO2光催化转化开始受到越来越多的研究者的关注，同时科学家们也尝试阐明光催化转化CO2的反应机理。光催化固碳技术将二氧化碳转化为其他高附加值的化学品和燃料，为发展绿色能源提供一种理想的道路，实现资源的高效和循环利用。这种固碳技术利用的是太阳能，资源丰富又不会产生二次污染，可以有效降低大气中CO2浓度，缓解温室效应带来的环境问题，有效实现碳循环。目前已经证明了许多不同的材料和装置可用于人工光合作用，而开发一种新型高效稳定的光催化剂仍是巨大挑战。金属有机骨架材料（MOF）作为一种新型的多孔材料，不仅具备类似于分子筛的性质，还具备半导体的特点，具有类似于半导体量子点的金属-氧单元，用于光催化的体系中具有巨大的潜力。除此之外，MOF具有较大的比表面积，以及部分MOF含有与CO2强相互作用的有机官能团，使MOF在光催化还原CO2的应用中有极大的优势。1.2光催化还原CO2技术1.2.1光催化还原CO2反应机理图1.2光催化还原CO2的机理图[5]图1.2为光催化还原CO2机理图。催化剂先受到光能（hν）大于或等于禁带宽
第一章绪论5能带结构是催化剂是否能够进行光催化反应的决定性条件。能带结构主要由导带、价带及禁带宽度三者构成。导带为最高的能级，是光生电子聚集的位置，决定催化剂还原的能力，导带的位置越高，则还原的能力越强；价带为最低的能级，是光生空穴聚集的位置，价带决定氧化能力。导带与价带之间的能量差则是禁带宽度，禁带宽度越小，则光吸收波长红移，有利于提高光利用率。1.2.4用于还原CO2的光催化材料（1）生物催化剂酶是一类极为重要的生物催化剂（biocatalyst），由活细胞产生的蛋白质或RNA，对其底物具有高度特异性和催化活性。酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整。酶具有以下特点：酶比无机类催化剂更能使反应速率加快；一种酶只能催化一种或一类反应物，如淀粉酶只能催化淀粉水解成葡萄糖；可通过不同方法调节活性，包括抑制剂、变构调节和共价修饰调节等；酶在生物体内的化学反应只有在极为温和的条件下进行，大多数酶会被高温、强酸、强碱等破坏而变性。植物、藻类和某些细菌的CO2的固定通过光合作用发生，如植物在太阳光的照射下，光激发电子用于将辅酶NADP+还原为NADPH并产生高能分子ATP，ATP用作能量，将CO2转化为有机化合物。（2）无机半导体图1.3常见的半无机导体的能带结构（pH=0）[13]图1.3为常见的无机导体的能带结构。自从Halmann报告使用p-GaP减少CO2以来，已经探索了许多无机半导体材料用作光催化剂[1]。这些材料是III-V半导体，
本文编号：3583493
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