晶相可控γ-Fe 2 O 3 /C复合材料催化光解水制氢研究

发布时间：2021-07-30 04:50

　　光催化水分解制氢因能缓解对化石燃料的依赖并降低温室气体的排放而具有重要的研究价值。自Honda和Fujishima提出二氧化钛作为光解水催化剂后,高效光催化水分解系统的开发一直是研究热点。一些过渡金属氧化物（例如Fe₂O₃,Cu₂O和CoO）具有合适的带隙宽度（E_g<3eV）能吸收可见光;然而,它们中的大部分带隙值却不适合于全解水,例如,Fe₂O₃和WO₃具有较低的价带（VB）位置能催化水氧化半反应的发生,但导带（CB）位置决定了它们在催化水还原制氢的半反应中却没有效果。为了充分利用这些金属氧化物的可见光吸收性并克服其在氧化还原反应中不适宜带位边缘的缺点,研究者提出了将这些金属氧化物作为一种组分来构建纳米复合材料的方案。本文报道了一种简单、低成本、晶型可控的合成金属氧化物纳米复合材料手段,即通过使用铁基金属有机框架材料（Fe-MOF）与氧化石墨烯相结合的复合材料（MOF-GO）作为牺牲模板来合成不同晶相的铁氧化物（FeO

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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光催化水分解的主要过程

带顶比 O2/ H2O（1.23 eV vs. NHE）的氧化还原电位更正[6论上最小带隙值为 1.23 eV，相当于 1100 nm 左右附近光子氢气和氧气，还应加上水的析氢过电位和析氧过电位，则可的禁带宽度在 1.8 eV-2.4 eV[7]。常见半导体带隙值如图 1-2常随着溶液 pH 值的改变而发生相应的位移（-0.059 V/pH价带结构能够用于水分解，当存在合适的共催化剂时，这类较好的活性[8, 9]。CdS 带隙值为 2.4 eV，能够吸收可见光，中硫化镉是可见光产氢性能较强的光催化剂。在光照条件O 更容易被光生空穴所氧化生成单质硫，并伴随有 Cd2+的解反应过程称为光腐蚀[10]。由于光腐蚀的存在，使得 CdS 在化物光催化剂的一个不足之处。WO3是有电子供体（如 Fe3可见光产氧性能较优的光催化剂，但由于 WO3较低的导带导致其对于光解水制氢没有活性[11]。

Gratzel 和助手利用 Ru(bpy)32+及其亲核衍生物作为敏化剂非金属络合物染料敏化剂即有机染料敏化剂，常见的有机染染料，菁花染料和香豆素染料[42]。在染料敏化过程中，半导，在激发态中存在不同的电子密度或氧化还原电位，从而有吸附在半导体表面处于激发态染料分子具有一定的还原性制氢活性具有促进作用。 的光催化剂除需要具有合适的带隙结构外，光生电子和空穴催化水分解效率的又一关键因素[43]。为了提高光生电荷的利，关键之处在于：形成的电子和空穴须快速转移到催化剂表复合中心，而构筑活性位点的一种有效且常见的方法是在光促进活性位点的形成。


本文编号：3310730