改性钛酸锶光催化剂的光解水产氢活性与光生电荷性质研究

发布时间：2017-05-19 20:13

  本文关键词：改性钛酸锶光催化剂的光解水产氢活性与光生电荷性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几百年来,工业科技飞速发展,人类对大自然的利用和破坏日趋严重,化石燃料的日益消耗相应的就带来了环境污染问题,开发氢能保护环境从而延长大自然的寿命迫在眉睫。随着科学家们研究得越来越深入,纳米钛酸锶材料逐渐受到人们关注。钛酸锶性质稳定、绿色环保,成为光催化分解水制氢所需的光催化剂的一个非常好的选择,但同时它有一个致命的缺点——对光的应用被限制在紫外区,对可见光的利用率不尽人意,而且钛酸锶受光激发后光生电荷分离效率低,没有足够多的电子累积在材料表面参与光催化产氢反应。根据前人的报导,通过采用表面修饰和离子掺杂方式可以提高材料的光催化分解水产氢性能,因此本文的目标是寻找合适的改性方法和助催化剂来提高纳米钛酸锶材料的光催化分解水产氢活性,具体内容如下:1、采用PC法合成富锶多孔的纳米钛酸锶光催化剂。用X-射线晶体衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、表面光电压谱等表征方法测试了样品的晶相结构、形貌及光生电荷性质。结果表明通过一系列的实验操作我们确实制得了多孔形貌的纳米钛酸锶。而后我们通过与合成纯纳米钛酸锶材料相似的实验路径对钛酸锶进行了Ni~(2+)体相掺杂,并对掺杂后的样品进行了一系列的表征。气相色谱的结果显示材料的光解水产氢速率并没有得到大幅改善,表面光电压的测试结果显示掺杂后材料的光生电荷分离效率得到提高,瞬态光电压的测试结果则表明Ni~(2+)掺杂可以延长光生电荷的寿命,但掺杂后材料的光解水产氢速率并没有得到大幅改善,说明Ni~(2+)的掺杂只是提高了光生电荷在材料体相的分离,没有促进材料表面光催化反应的进行。2、通过简单的沉淀方法我们成功地将氢氧化镍修饰到纳米钛酸锶的表面,修饰后的纳米钛酸锶材料光催化分解水产氢速率大幅提高,最高可达到纯钛酸锶的60倍。为了探究修饰的氢氧化镍对样品的光生电荷行为改变情况,本实验对各个样品依次进行了表面光电压测试和瞬态光电压测试。通过表面光电压测试结果,我们发现氢氧化镍的存在可以有效提高材料光生电子与空穴的分离效率。瞬态光电压的结果反映修饰后材料光生电子-空穴对的复合率下降,载流子发挥作用时间得到延长,更多的电子迁移到纳米钛酸锶的表面参与产氢反应,因此在纳米钛酸锶表面修饰氢氧化镍可以有效提高材料的光催化分解水产氢活性。3、利用沉淀法将氢氧化钴修饰到纳米钛酸锶材料的表面,但修饰后的钛酸锶没有表现出非常高效的产氢活性。根据表面光电压和瞬态光电压的测试结果,氢氧化钴的修饰没有大幅提高纳米钛酸锶材料的光生电荷分离效率,所以将氢氧化钴修饰到纳米钛酸锶表面不能明显改善材料的光催化分解水产氢活性。
【关键词】：钛酸锶 助催化剂 光催化产氢 光生电荷性质
【学位授予单位】：吉林大学
【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
• 英文摘要6-11
• 第一章 前言11-32
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 光催化分解水产氢的基本过程13-15
• 1.3 纳米钛酸锶材料简介15-22
• 1.3.1 纳米钛酸锶的基本性质15-16
• 1.3.2 钛酸锶的制备方法16-19
• 1.3.3 钛酸锶的应用19-22
• 1.4 纳米钛酸锶光催化剂的改性方法22-31
• 1.4.1 助催化剂负载22-25
• 1.4.2 掺杂25-28
• 1.4.3 半导体复合28-30
• 1.4.4 修饰30-31
• 1.5 本论文的主要内容和意义31-32
• 第二章 镍掺杂钛酸锶光催化剂的光解水产氢活性与光生电荷性质研究32-45
• 2.1 实验部分33-37
• 2.1.1 主要的试剂与仪器33
• 2.1.2 实验步骤33-35
• 2.1.3 样品的表征和活性评估35-37
• 2.2 实验结果讨论37-44
• 2.2.1 纳米钛酸锶光催化剂的测试与表征结果37-39
• 2.2.2 镍掺杂钛酸锶光催化剂的测试与表征结果39-44
• 2.3 本章小结44-45
• 第三章 氢氧化镍修饰钛酸锶光催化剂的光解水产氢活性与光生电荷性质研究45-54
• 3.1 实验部分45-47
• 3.1.1 主要的试剂与仪器45-46
• 3.1.2 实验步骤46-47
• 3.1.3 样品的表征和活性评估47
• 3.2 实验结果讨论47-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第四章 氢氧化钴修饰钛酸锶光催化剂的光解水产氢活性与光生电荷性质研究54-62
• 4.1 实验部分54-56
• 4.1.1 主要的试剂与仪器54-55
• 4.1.2 实验步骤55-56
• 4.1.3 样品的表征和活性评估56
• 4.2 实验结果讨论56-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-63
• 参考文献63-71
• 作者简介71-72
• 致谢72

【参考文献】

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1 王桂峗,王延吉,秦娅,宋宝俊;光催化分解水制氢用CoO/CaTiO_3催化剂——制备方法及光催化作用机理探讨[J];化工学报;2005年09期

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本文编号：379728