钴基水氧化催化剂的合成、表征以及催化性能的研究

发布时间：2017-09-28 15:25

  本文关键词：钴基水氧化催化剂的合成、表征以及催化性能的研究

  更多相关文章： 钴基催化剂 水氧化 光催化 电催化 化学催化

【摘要】：为了解决当前的能源危机和环境污染问题,清洁可再生能源的开发变得愈来紧迫。科学家们认为通过模拟光合作用裂解水制备氢气是最佳可行的方案之一。水氧化是一个复杂缓慢的过程,并且水氧化是全分解水的瓶颈。因此科学家们尝试设计各样的催化剂来加速这一过程。其中含钴氧化物因其廉价富产且活性好而被视为水氧化的理想催化剂之一。就当前而言,科学家对于含钴水氧化催化剂的研究时间较短,尚有一大部分含钴物质未被用于水氧化研究。考虑到了含钴氧化物铁磁性较差不利于其回收。基于这一点,引入强铁磁性的化合物会使得催化剂便于回收利用。关于含钴的水氧化催化剂活性位点的研究相对比较少。通过掺杂不同杂原子来影响催化剂的活性,进而判断活性位点与固相催化剂内部原子之间的相互作用。除此之外,我们合成了一些单钴的金属有机配合物,研究了它们的光催化水氧化性能。基于以上几点论述,本文主要在以下四个方面开展工作:1、合成了一个六边形伞状结构的Co3V2O8,并对该催化剂进行了一系列的表征。在[Ru(bpy)3]2+/Na2S2O8光催化水氧化体系中,Co3V2O8的表观TOF值和产氧的初始速率分别为10.9μmol s-1 m-2和31.7μmol s-1 g-1。2、考虑到Co3V2O8在循环利用中有部分流失,我们通过简单水热共沉淀法合成了强铁磁性的NiO/CoO/Fe2O3复合材料。该复合材料由于三组分粘合在一起产生了表面电荷效应,从而促进了催化剂活性。由于该复合材料具有很强的铁磁性,因此该复合材料在多次循环中活性依旧保持良好。3、基于对前两个催化剂的设计和研究,我们尝试将不同杂原子(Ni、Cu、Zn)掺杂到Co3O4的晶格中。通过对ACo2O4样品进行光催化、电催化和化学催化的水氧化研究,得到了一个非常有趣的活性规律顺序:NiCo2O4CuCo2O4ZnCo2O4。基于这一活性规律,我们对催化剂内部协同作用和活性位点进行了研究。4、除了以上对钴基氧化物的研究,我们还设计了一个单核含钴金属配合物,并对其水氧化活性和稳定性进行了考察。该配合物的最大TON值为1610。据我们所知,这个值是在光催化水氧化金属有机配合物中最大的。一系列的表征证明配合物是一个稳定的水氧化催化剂。
【关键词】：钴基催化剂 水氧化 光催化 电催化 化学催化
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 文献综述10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 水裂解的简介11-15
• 1.2.1 水还原过程11
• 1.2.2 水氧化过程11-15
• 1.3 水氧化催化剂（WOCs）15-22
• 1.3.1 均相WOCs15-18
• 1.3.2 多相WOCs18-22
• 1.4 选题背景及依据22-24
• 参考文献24-27
• 第二章 六边形片状结构的Co_3V_2O_8的水氧化研究27-45
• 2.1 前言27-28
• 2.2 试剂与仪器28-29
• 2.2.1 试剂28
• 2.2.2 仪器28-29
• 2.3 实验部分29-33
• 2.3.1 催化剂的合成29-30
• 2.3.2 催化剂的表征30-32
• 2.3.3 光催化水氧化反应32
• 2.3.4 循环伏安测试32
• 2.3.5 同位素标记实验32-33
• 2.4 结果与讨论33-40
• 2.4.1 Co_3V_2O_8光催化活性的研究33-37
• 2.4.2 Co_3V_2O_8的稳定性研究37-39
• 2.4.3 催化循环的初步研究39-40
• 2.5 本章小结40-42
• 参考文献42-45
• 第三章 NiO/CoO/Fe_2O_3复合材料作为一个有效的光催化和电催化水氧化性能的研究45-65
• 3.1 前言45-46
• 3.2 试剂和仪器46-47
• 3.2.1 试剂46
• 3.2.2 仪器46-47
• 3.3 实验部分47-52
• 3.3.1 催化剂合成47-48
• 3.3.2 催化剂的表征48-51
• 3.3.3 光催化水氧化反应51
• 3.3.4 催化剂的电化学测试51
• 3.3.5 同位素标记实验51
• 3.3.6 半波电位（E1/2）的定义51-52
• 3.4 结果与讨论52-61
• 3.4.1 NiO/CoO/Fe_2O_3复合物的催化循环过程52-53
• 3.4.2 NiO/CoO/Fe_2O_3复合物的光催化水氧化活性的研究53-55
• 3.4.3 NiO/CoO/Fe_2O_3复合物的稳定性研究55-58
• 3.4.4 NiO/CoO/Fe_2O_3复合物的电催化行为研究58-61
• 3.5 本章小结61-62
• 参考文献62-65
• 第四章 ACo_2O_4（A = Ni, Cu, Zn）的光催化、化学催化和电催化水氧化的研究65-87
• 4.1 前言65-66
• 4.2 试剂和仪器66-67
• 4.2.1 试剂66-67
• 4.2.2 仪器67
• 4.3 实验部分67-74
• 4.3.1 催化剂合成67-68
• 4.3.2 催化剂的表征68-73
• 4.3.3 光催化水氧化反应73-74
• 4.3.4 催化剂的暗反应测试74
• 4.3.5 催化剂的电化学测试74
• 4.3.6 半波电位（E1/2）的定义74
• 4.4 结果与讨论74-83
• 4.4.1 ACo_2O_4样品的光催化水氧化活性的研究74-77
• 4.4.2 ACo_2O_4样品的暗反应水氧化活性的研究77-79
• 4.4.3 ACo_2O_4样品的电催化水氧化活性的研究79-81
• 4.4.4 催化剂的结构和催化活性的讨论81-83
• 4.5 本章小结83-84
• 参考文献84-87
• 第五章 单核钴基配合物的水氧化研究87-107
• 5.1 前言87-88
• 5.2 试剂和仪器88-89
• 5.2.1 试剂88-89
• 5.2.2 仪器89
• 5.3 实验部分89-95
• 5.3.1 催化剂的合成89-90
• 5.3.2 催化剂的表征90-95
• 5.4 结果与讨论95-104
• 5.4.1 配合物1的电化学行为95
• 5.4.2 配合物1的水氧化催化循环95-97
• 5.4.3 配合物的水氧化活性测试97-100
• 5.4.4 配合物的稳定性研究100-104
• 5.5 本章小结104-105
• 参考文献105-107
• 在学期间的研究成果107-108
• 致谢108

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