多金属氧酸盐基复合纳米材料的设计及光催化固氮性能研究

发布时间：2025-01-19 11:45

　　自然界中,固定氮气合成氨是将氮源输入全球生物化学循环的非常重要的化学过程。氨是必不可少的清洁能源,是人类生活生产重要的工业产品,也是氮肥的原料之一。Haber-Bosch法是目前工业上采用的合成氨技术,但是面临的问题是高耗能、反应条件苛刻、污染严重。光催化合成氨具有绿色、安全、可持续等优点,被认为是一种理想的合成氨技术。因此,寻求高效的光催化剂实现在常温常压下持续的合成氨,彻底解决工业合成氨所涉及的问题至关重要。多金属氧酸盐,简称多酸,是一类由丰产元素组成的无机金属氧簇,具有均一的纳米尺寸、可调的能带结构、宽的吸收光谱、强的电子接受给予性能、可逆的多电子氧化还原等性质。催化是多酸重要的研究领域之一,本论文以多酸为分子预组装平台,根据光催化固氮反应对催化剂的活性需求,构筑一系列源于多酸复合纳米材料,实现了多酸在非均相光催化还原氮气中催化性能显著提高,且稳定性增强。通过对这些复合纳米材料的研究,为设计和合成高效,稳定的多酸基催化剂提供了前所未有的机遇和挑战,并为进一步拓展多酸在光催化还原氮气中的应用研究提供了重要的参考依据。具体工作如下:1、我们首次报道了三种还原性的多酸和氧化石墨烯(GO)...

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.3提出的光催化氮气还原反应机理的路线[50]

在光驱动还原氮气合成氨的情况下,基本的电化学反应可以用来帮助更详细地解释加氢过程。例如,在第一次质子耦合电子转移时,吸附在光催化剂表面的氮气(*N≡N),从环境中获得一个质子,同时催化剂产生一个光生电子,形成一种被吸附的化学物质(*N=NH),即*N≡N+H++e-→*N=NH●....

图1.4提出的光催化氮气氧化反应机理的三种途径[51]

图1.3提出的光催化氮气还原反应机理的路线[50]同时另一种被广泛认可的光催化还原氮气机制也被提出,即结合和分离机制。传统的Haber–Bosch方法反应被认为遵循分离机制,在反应过程中,吸附的氮气分子中的N≡N三键在高的裂解能介导下,在加氢过程之前被破坏(图1.5a)。[54]....

图1.5提出的光催化剂还原氮气的反应机理(a)分离途径;(b)交替途径;(c)远端途径;(d)酶促途径[54]

同时另一种被广泛认可的光催化还原氮气机制也被提出,即结合和分离机制。传统的Haber–Bosch方法反应被认为遵循分离机制,在反应过程中,吸附的氮气分子中的N≡N三键在高的裂解能介导下,在加氢过程之前被破坏(图1.5a)。[54]游离氮气通过加氢作用生成氨气,生成的氨气从催化剂表....

图1.6不同类型的光催化剂中可能存在的缺陷结构[85]

对不同类型的缺陷进行分类,提出了几种具体的分类方法。(1)通过维数。缺陷可以被分为:零维点缺陷(例如,空位和掺杂);一维线状缺陷(例如,旋转错位和边缘错位);二维平面缺陷(例如,晶粒间界和双晶边界);三维体积缺陷(例如,晶格无序和空洞)。考虑光催化固氮,一维和高维缺陷很少被讨论,....

本文编号：4028933