Ni基助催化剂的结构设计及其对CdS可见光分解水制氢性能的影响研究

发布时间：2017-04-02 03:04

  本文关键词：Ni基助催化剂的结构设计及其对CdS可见光分解水制氢性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年,光催化分解水制氢反应引起了人们的广泛研究。CdS是一种常用的可见光响应光催化剂,但较快的光生电子-空穴的复合速率和光腐蚀限制了它在光催化中的应用。在CdS表面负载贵金属助催化剂是简便、有效的提高其光催化效率的方法之一,但由于贵金属价格较高,不利于实际应用,而研究发现,非贵金属Ni对CdS光催化分解水同样具有促进作用,因此本文主要对Ni基助催化剂的结构设计及其对CdS可见光分解水制氢性能的影响进行了研究。具体内容为:1.Ni纳米膜对CdS纳米棒光催化分解水产氢性能的影响采用硼氢化钠还原体系,利用化学还原法,通过控制还原条件制备出Ni纳米膜。TEM表征说明Ni呈现膜状,有利于其在CdS表面的负载。Ni/CdS光催化剂的粉末X射线粉末衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(TEM)、X射线能谱(EDX)、荧光光谱仪(PL)等表征结果表明,Ni纳米膜在CdS纳米棒表面分布较为均匀,Ni的负载对CdS的各晶面衍射峰强度、荧光强度都有一定影响,表明Ni纳米膜在CdS纳米棒表面的沉积具有选择性,负载后引起CdS纳米棒本征激发对应的荧光峰减弱,光生载流子寿命延长。Ni/CdS光催化剂可见光(?≥420 nm)分解水产氢活性测试表明,当Ni纳米膜的负载量为1.2%时,Ni/CdS产氢活性最高,为40.18 mmol/h/g,高于相同担载量和相同反应条件下的Pt/CdS(26.8 mmol/h/g,担载量1.25 wt%,为该反应体系下的最高产氢速率)的产氢活性。究其原因可能在于Ni纳米膜在CdS表面负载更为均匀,形成了更多活性位点,有效抑制了CdS光生电子-空穴的复合,从而提高了分解水产氢活性。2.不同结构双金属PtNi纳米粒子对CdS光催化分解水产氢活性的影响1)PtNi合金纳米粒子对CdS光催化分解水产氢活性的影响采用化学连续还原法制备出PtNi合金纳米粒子,TEM表明Pt Ni合金纳米粒子大小在5 nm左右,无明显团聚现象发生。对PtNi/CdS光催化剂进行X射线单晶衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(TEM)、X射线能谱(EDX)、荧光光谱仪(PL)表征,结果表明PtNi纳米粒子在CdS表面有较好的负载,且对CdS部分晶面的衍射峰强度有影响,说明沉积存在方向性。然而PtNi/CdS的荧光强度与单金属Pt/CdS、Ni/CdS相比出现了反差,说明两种元素形成的合金出现共振结构。通过改变前驱体H2PtCl6、NiCl2的量制备出不同质量配比的PtNi合金纳米粒子,并应用于光催化实验,结果表明,当PtNi配比为5:5时,PtNi/CdS产氢速率最高,为53.4 mmol/h/g,产氢活性较相同条件下的Pt/CdS(20.1 mmol/h/g)、Ni/CdS(34.82 mmol/h/g)有明显提高,原因主要在于双金属之间的协同作用使得电子的转移速率进一步增强,光生电子-空穴的复合率降低。2)PtNi空心纳米粒子对CdS光催化分解水产氢活性的影响以K2PtCl6和NiCl2.6H2O为前驱体,硼氢化钠为还原剂,采用化学连续还原法,通过改变前驱体的量制备出不同摩尔配比的PtNi空心结构纳米球。透射电镜(TEM)结果表明PtNi空心结构纳米球大小在50 nm左右,边缘壳层厚度在2-3nm左右,但颗粒尺寸不太均一。利用化学沉积和光沉积结合的方法将Pt Ni空心结构纳米粒子沉积到CdS表面,得到PtNi/CdS光催化剂。在牺牲试剂(NH4)2SO3存在下,进行可见光分解水产氢反应,结果表明,Pt Ni空心结构纳米粒子对CdS的光催化性能有一定促进作用,当PtNi摩尔配比为1�U0.5时,产氢活性最高,为29.76 mmol/h/g。PtNi/CdS荧光测试数据表明,PtNi空心微球在CdS纳米棒表面负载引起其本征激发减弱,是其可见光产氢活性增强的电子学基础。
【关键词】：光催化 分解水 氢气 硫化镉 镍 铂镍二元金属
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-32
• 1.1 概述12
• 1.2 光催化分解水制氢研究现状12-18
• 1.2.1 反应机理12-13
• 1.2.2 反应体系13
• 1.2.3 光催化剂13-18
• 1.3 镍基助催化剂的研究进展18-22
• 1.3.1 镍基纳米粒子的制备方法及其协同分解水产氢性能18-22
• 1.4 铂镍双金属纳米粒子研究进展22-25
• 1.4.1 合金结构22-23
• 1.4.2 空心结构23-24
• 1.4.3 核壳结构24-25
• 1.5 本课题的选题依据及研究内容25-26
• 1.5.1 本课题的选题依据25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 参考文献26-32
• 2 Ni纳米膜对CdS纳米棒光催化分解水产氢性能的影响32-48
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-36
• 2.2.1 主要试剂33-34
• 2.2.2 主要实验仪器34
• 2.2.3 Ni/CdS光催化剂的合成34-35
• 2.2.4 光催化分解水反应系统35
• 2.2.5 仪器表征35-36
• 2.3 结果与讨论36-44
• 2.3.1 Ni纳米膜的结构表征36-38
• 2.3.2 Ni film/CdS nano-rod的结构表征38-40
• 2.3.3 Ni film/CdS nano-rod的光吸收特性40-43
• 2.3.4 Ni film/CdS nano-rod的可见光分解水产氢性能43-44
• 2.4 小结44-46
• 参考文献46-48
• 3 PtNi合金纳米粒子对CdS光催化分解水产氢活性的影响48-62
• 3.1 引言48-49
• 3.2 实验部分49-51
• 3.2.1 主要试剂49
• 3.2.2 主要实验仪器49-50
• 3.2.3 PtNi/CdS光催化剂的合成50
• 3.2.4 光催化分解水反应系统50
• 3.2.5 仪器表征50-51
• 3.3 结果与讨论51-57
• 3.3.1 PtNi合金纳米粒子的结构表征51-53
• 3.3.2 PtNi/CdS光催化剂的结构表征53-54
• 3.3.3 PtNi/CdS光催化剂的荧光特性54-57
• 3.3.4 PtNi/CdS光催化活性57
• 3.4 小结57-59
• 参考文献59-62
• 4 PtNi空心纳米粒子对CdS光催化分解水产氢活性的影响62-74
• 4.1 引言62-63
• 4.2 实验部分63-65
• 4.2.1 主要试剂63
• 4.2.2 主要实验仪器63-64
• 4.2.3 PtNi/CdS光催化剂的合成64
• 4.2.4 光催化分解水反应系统64
• 4.2.5 仪器表征64-65
• 4.3 结果与讨论65-68
• 4.3.1 PtNi空心纳米粒子的结构表征65-66
• 4.3.2 PtNi/CdS的结构表征66-67
• 4.3.3 PtNi/CdS的光吸收特性67-68
• 4.3.4 PtNi/CdS的光催化活性68
• 4.4 小结68-70
• 参考文献70-74
• 5 结论74-78
• 5.1 本论文的主要结论74-75
• 5.2 本论文的创新点75
• 5.3 存在问题75-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78-80
• 致谢80-81

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