若干含Ga、In硼酸盐的光催化性能优化

发布时间：2017-08-25 08:08

  本文关键词：若干含Ga、In硼酸盐的光催化性能优化

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【摘要】：半导体材料光催化分解水制氢具有体系简单、成本低的优点,被认为是制备清洁能源最为绿色的途径。寻找新的高效催化剂和通过改性提高已有催化剂的效率是目前光解水研究领域的主要内容。本课题以d10电子构型的镓,铟的硼酸盐为研究目标,一方面寻找前人尚未研究的半导体材料,拓展能够光解水制氢的催化剂种类;另一方面,通过优化催化剂,逐步理解制约催化活性的因素,从机理层面上探索出优化催化性能的普适方法,供他人参考。此外本文对几种镓硼酸盐进行了光催化降解亚甲基蓝测试,并对d0电子构型的Nb,Ta硼酸盐进行了光解水初步测试。本论文主要结论如下:1.对MGa2B_2O_7(M=Ba,Sr),CaGaBO_4,MBiGaB_2O_7(M=Ca,Cd),YGa_3(BO_3)_4等镓硼酸盐进行了合成,表征和光催化性质研究,这几种镓硼酸盐降解亚甲基蓝活性普遍较低,且只有YGa_3(BO_3)_4具有紫外分解水制氢活性。2.研究了PbGaBO_4光催化性质。PbGaBO_4带宽3.8eV,价带主要由O p构成,导带主要由Ga s和Pb p构成。紫外,20%甲醇水体系中,高温固相法合成的PbGaBO_4溶液双负载1%Pt+1%Ru后催化速率相对母体提高约4倍(分别为41.9μmol/g/h,10.1μmol/g/h),活化镓法合成的PbGa BO_4溶液双负载1%Pt+1%Ru后催化速率相对母体提高约4.5倍(分别为36.4μmol/g/h,8.1μmol/g/h)。双负载是一种较好的优化方法,能够促进光生电荷的分离,减少复合,有效提高催化活性。此外,PbGaBO_4在水中轻微分解,而Pt,Ru负载不仅能够提高光催化性能,还能保证样品稳定不分解。3.研究了YGa_3(BO_3)_4光催化性质。YGa_3(BO_3)_4 20%甲醇水体系中母体制氢速率1.5μmol/g/h,光负载2%Pt后制氢速率4.4μmol/g/h,催化剂在光催化体系中稳定不分解。虽然母体活性较低,但有望通过多种负载,掺杂金属离子等改性手段优化其光催化性能,拓宽其应用范围。4.水热法合成的InBO_3形貌较好,带宽5.2eV,价带顶端主要由O 2p构成,导带底端主要由In 5s构成,紫外、甲醇水体系(20ml甲醇,50ml蒸馏水)HY-InBO_3-240℃产氢速率18.2μmol/g/h,350℃氧气条件退火处理5h改善表面缺陷状况后,活性提高至29.5μmol/g/h,通过NiOx浸渍负载可进一步提高到56.1μmol/g/h,是母体的3倍。通过等改性措施,InBO_3的紫外光解水制氢能力提高了。此外,尝试在In位掺杂10%～30%的Ga调节带宽和载流子浓度,实验结果表明随着掺杂浓度的增大,制氢速率下降了。5.研究了K_3Nb_3B_2O_(12)和KTaB_2O_6的光催化性质,20%甲醇水体系这两种硼酸盐制氢速率分别为11.9μmol/g/h和1.9μmol/g/h,虽然活性较低,但为铌,钽硼酸盐的光催化性质研究及后续实验提供了思路。
【关键词】：镓硼酸盐 铟硼酸盐 光解水制氢 助催化剂
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 硼酸盐概述10
• 1.2 硼酸盐的制备方法10-11
• 1.2.1 高温固相法11
• 1.2.2 溶胶-凝胶法11
• 1.2.3 水热法11
• 1.2.4 硼酸熔融法11
• 1.3 硼酸盐的的性质及研究现状11-17
• 1.4 半导体光催化分解水简介17-20
• 1.4.1 研究背景17-18
• 1.4.2 基本原理18-19
• 1.4.3 光解水材料研究进展19-20
• 1.5 提高半导体光解水效率的措施20-25
• 1.5.1 晶体结构、结晶度、形貌20-21
• 1.5.2 氧缺陷21
• 1.5.3 牺牲剂21-22
• 1.5.4 助催化剂22-23
• 1.5.5 掺杂23-24
• 1.5.6 固溶体24-25
• 1.5.7 复合半导体异质结25
• 1.6 本论文选题的目的和意义25-28
• 2 样品的表征及性能测试28-34
• 2.1 试剂及规格28
• 2.2 主要分析测试仪器28-30
• 2.2.1 X-射线多晶粉末衍射28-29
• 2.2.2 扫描电镜29
• 2.2.3 紫外-可见漫反射光谱29
• 2.2.4 测定固体比表面积29
• 2.2.5 理论计算29-30
• 2.2.6 气相色谱仪30
• 2.3 负载方法30
• 2.4 样品光催化性能测试30-34
• 2.4.1 亚甲基蓝光催化脱色30-31
• 2.4.2 光解水制氢31-34
• 3 PbGaBO_4的优化及光催化性质34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 母体合成，表征及光催化35-39
• 3.2.1 合成35-36
• 3.2.2 表征36-37
• 3.2.3 母体样品光解水测试37-39
• 3.3 退火优化39-41
• 3.4 负载优化41-48
• 3.5 小结48-50
• 4 水热合成InBO_3的改性及光催化性质50-66
• 4.1 引言50-52
• 4.2 母体合成，，表征及光催化52-55
• 4.2.1 合成52
• 4.2.2 表征52-54
• 4.2.3 母体样品光解水测试54-55
• 4.3 退火优化55-58
• 4.4 负载优化58-61
• 4.5 掺杂61-65
• 4.5.1 合成61-62
• 4.5.2 表征62-64
• 4.5.3 掺杂样品光解水测试64-65
• 4.6 小结65-66
• 5 其他几种含镓硼酸盐的合成，表征及光催化测试66-80
• 5.1 引言66
• 5.2 BaGa_2B_2O_7的合成，表征及光催化66-71
• 5.2.1 催化剂的结构及样品制备66-67
• 5.2.2 表征67-68
• 5.2.3 光催化测试68-71
• 5.3 CdBiGaB_2O_7的合成，表征及光催化71-74
• 5.3.1 催化剂的结构及样品制备71-72
• 5.3.2 表征72-73
• 5.3.3 光催化测试73-74
• 5.4 YGa_3(BO_3)_4 的合成，表征及光催化74-78
• 5.4.1 催化剂的结构及样品制备74-75
• 5.4.2 表征75-76
• 5.4.3 光催化测试76-78
• 5.5 小结78-80
• 6 Ta，Nb硼酸盐的合成与光催化性质80-86
• 6.1 引言80-81
• 6.2 实验部分81
• 6.3 结果与讨论81-85
• 6.3.1 K_3Nb_3B_2O_(12)表征及光催化结果81-83
• 6.3.2 KTaB_2O_6表征及光催化结果83-85
• 6.4 小结85-86
• 7 结论与展望86-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-98
• 附录98-118
• 附录一 负载助催化剂优化In_2TiO_5光催化性能98-106
• 附录二 Ba_2InTaO_6的合成、改性及紫外光催化全分解水性质106-118
• 作者在攻读硕士学位期间发表论文118

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