氧化石墨烯基Z型光催化材料的研究
本文选题：光催化 切入点：Z型 出处：《上海电力学院》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：环境污染和能源问题是当今人类社会面临的两大挑战,也是我国现代化道路上必然需要解决的重大课题。光催化材料可以有效地将太阳能转化为化学能,同时分解水获得清洁可再生的氢能源,这对解决能源问题和环境问题有着重要的意义。然而传统光催化材料在光反应过程中往往很难将水同时分解为氢气和氧气,因此需要加入牺牲试剂来保证制氢反应的进行。牺牲试剂的加入提高了反应的成本,也限制了光催化材料在制氢领域的应用。氧化石墨烯具有很大的比表面积和很高的电子传输效率,将其与光催化材料复合以提高光催化性能的研究已有报道,通过采用两种不同的光催化材料与氧化石墨烯复合,将氧化石墨烯作为电子介体形成Z型结构,使制氢反应和制氧反应反别在不同光催化材料表面进行,达到光催化分解纯水的目的。但是由于氧化石墨烯很难有效地与光催化材料复合,如何改变氧化石墨烯与光催化材料的负载方式,提高氧化石墨烯传递光生电子的效率仍然是一大难题。本文通过改变氧化石墨烯复合光催化材料的方式,以及对不同电子介体,石墨烯材料的不同还原状态,对氧化石墨烯基Z型光催化系统的影响展开研究,得到了以下主要结果:(1)采用简单溶剂热法制备CdS/GO复合材料。通过DMF的加入提高了氧化石墨烯在Cd2+离子作用下的稳定性,使得CdS纳米颗粒可以均匀的负载在氧化石墨烯表面,同时由于溶剂作用与Cd2+离子的共同作用,氧化石墨烯产生了褶皱,提高了CdS纳米颗粒与氧化石墨烯的接触性,降低了氧化石墨烯与CdS纳米颗粒直接的接触电阻,提高了光生电子-空穴对的分离效率。采用原位负载的CdS/GO复合材料比机械负载的Cd S/GO复合材料的光催化活性高出了1.3倍。同时,研究还显示在DMF:水为4:1,氧化石墨烯含量为5wt%时,Cd S/GO复合材料拥有最高的光催化活性。(2)将溶剂热法制备CdS/GO复合材料与BiVO4,WO3,Ag3PO4复合得到的Z型结构的光催化系统的性能进行了研究,并成功实现了纯水分解同时获得了氢气和氧气。结果表明:Ag3PO4有较高的光催化活性,但是自身结构稳定性很差,BiVO4比WO3拥有更高的光催化活性。不同的电子介体对Z型光催化系统的活性有着明显的影响,其中光反应条件下原位还原的氧化石墨烯比预还原的氧化石墨烯有更好的电子传递效果。而在加入离子型电子介体的情况下,氧化石墨烯还原程度更高,形成的Z型系统有更高的光催化活性,同时电子介体的浓度也对Z型光催化系统的活性有重要的影响。(3)通过高温将酚醛树脂石墨化的方法得到了核壳结构的Cd S-G材料,并将其与BiVO4复合,形成Z型光催化系统进行了研究。Cd S表面形成2-4nm后的石墨烯层,石墨烯与CdS颗粒形成了很好的接触。CdS-G/BiVO4复合材料在不含I-/IO3-的情况下就有比CdS/GO/BiVO4更高的光催化活性。且由于生成的石墨烯石墨化程度很高,缺陷浓度低,不需要进一步光还原就有很高的大光生电子分离效率,因此具备了很好的催化稳定性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ116.2;TQ426
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