铌基复合材料的制备及其光催化产氢性能研究

发布时间：2020-07-11 14:01

【摘要】：随着社会经济的发展,能源和环境成为人们赖以生存和发展的重要的物质基础。然而随着人民生活水平的提高和工业的发展,人类对自然资源的索取和对自然环境的破坏是越来越严重,例如水体污染问题,空气质量下降,臭氧层破坏等。因此,解决能源短缺和环境污染问题成为人们的迫切需要,成为人们关注的焦点。氢能具有清洁、高效、环境友好等特点,是一种理想的二次能源。光催化分解水制氢,是将太阳能转化为可储存的、随时可用的化学能的最佳途径。本论文选取五氧化二铌光催化剂为研究对象,通过贵金属表面沉积,催化剂的形貌结构设计,半导体耦合等方法制备了五氧化二铌与石墨烯等复合的光催化剂,系统的研究了其光催化分解水产氢的性能以及光催化反应机理,为开发高性能的可见光型催化剂,拓展其在太阳能转换领域的应用提供新的思路,主要内容概括如下:(1)通过水热法合成了一种新颖的由Nb_2O_5微球和石墨烯组成的多相复合物。通过XRD,SEM,FTIR,Raman,XPS以及DRS等手段对所制备的样品进行了表征。结果表明Nb_2O_5微球均匀的分布在石墨烯表面并且在Nb_2O_5微球和石墨烯之间形成了Nb O C键,这个化学键的形成可以使得两种化合物之间的连接更加紧密,并且有利于电荷的传递和分离。当复合物组成达到最佳量比时,其光解水产氢性能得到了很大的提高。在10 h紫外可见光照下,当石墨烯含量为4%时,催化剂产氢量大约为8824μmol mg-1,这大约为Nb_2O_5微球产氢量的3倍。(2)通过水热法制备了一种新型的硫化镉纳米粒子修饰的五氧化二铌纳米棒/氮掺杂石墨烯复合光催化剂。在可见光的照射下,这种无贵金属的三组分光催化剂具有较好的催化活性。当硫化镉纳米粒子的负载量为20%时,CdS-Nb_2O_5复合光催化剂的最佳产氢量为420μmol·g-1。在可见光的照射下,CNG2的产氢量约为800μmol·g-1,是同等光催化条件下CdS纳米粒子产氢量的7.7倍。光催化活性的提高主要是由于Nb_2O_5纳米棒的大的长径比,CdS-Nb_2O_5异质结构的形成,NGR的优异的导电性。研究结果可以为以后三组分非贵金属光催化剂的设计提供新的思路。(3)通过水热的方法合成了新型的Cu掺杂InNbO_4可见光型复合光催化剂。通过XRD,TEM等方法对复合光催化剂进行了系统的表征,同时,也测试其光电化学性能。在可见光的照射下,这种复合光催化剂具有较好的催化活性。在可见光的照射下,当Cu离子的负载量为4%时,InNbO_4-Cu复合光催化剂的最佳产氢量为340μmol·g-1,是同等光催化条件下InNbO_4产氢量的3.5倍。研究结果可以为以后多金属氧化物光催化剂的设计提供新的思路。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2

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