二氧化钛基光催化剂的制备及其在燃料电池和光降解中的应用

发布时间：2017-08-12 10:28

  本文关键词：二氧化钛基光催化剂的制备及其在燃料电池和光降解中的应用

  更多相关文章： 光催化 二氧化钛 石墨烯 聚苯胺 复合材料 燃料电池

【摘要】：化石能源枯竭和环境污染,严重危害了人类健康和社会的可持续发展。在过去的几十年中,清洁的可再生新能源的开发利用以及环境的修复吸引了大量的研究。在各种新能源中,太阳能最具有开发潜力和应用前景。TiO_2具有丰富、无毒、高稳定性、高反应活性等优势,是最为理想和高效的光催化剂至于。本文通过调控形貌、负载石墨烯或包覆聚苯胺,制备了性能优良的二氧化钛复合材料,并探究了其催化性能。进一步,我们提出发展基于TiO_2复合材料的光电化学甲醇燃料电池,实现了太阳能和化学能到电能的协同转化;另外还利用TiO_2新型复合材料,降解水中有机污染物,从而实现了TiO_2光催化剂在新能源利用和环境修复中的应用。(1)利用水热法及高温还原技术,制备了三维的石墨烯负载二氧化钛纳米棒阵列。相较于单纯二氧化钛纳米棒,光催化性能提高了近7倍,360 nm紫外光照下,在含有1.0 M甲醇的0.5 M Na2SO4溶液中,光催化电流可达2μA?cm-2。此外,我们利用该材料作阳极、甲醇作燃料、氧还原催化剂作阴极构建了光电化学甲醇燃料电池,实现了太阳光辅助下的化学能到电能的转化。60 mW自然光照下,该电池开路电压和功率密度可分别达到0.615 V和1.1μW?cm-2。该工作不仅提供了制备可控形貌及性能的功能材料的思想,而且提供了一种新的能源技术——光电化学燃料电池。(2)利用静电纺丝技术制备了介孔二氧化钛纳米纤维,并通过化学氧化聚合的方法包覆了聚苯胺。静电纺丝过程中,我们引入造孔剂,制备出介孔结构的TiO_2纳米纤维。随后,我们又探究了不同负载量的聚苯胺对介孔二氧化钛纳米纤维光催化性能的影响。结果发现,适量聚苯胺的包覆可使其光催化性能提高3倍。50 mW自然光照下,在含0.3 M甲酸的0.5 M H2SO4中,光响应电流可达5μA?cm-2。另外,本实验还探究了聚苯胺-二氧化钛复合材料光催化降解甲酸的应用,当甲酸浓度由0.2 M增加到0.3 M时,光电流由2.5μA?cm-2增加到了5μA?cm-2。本论文通过对TiO_2的改性、调控,使其光催化性能得到显著提高,并且拓展了TiO_2基复合光催化剂的合理应用。
【关键词】：光催化 二氧化钛 石墨烯 聚苯胺 复合材料 燃料电池
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 二氧化钛简介及其光催化机理11-12
• 1.3 二氧化钛改性研究12-16
• 1.4 1D结构二氧化钛纳米材料16-17
• 1.5 石墨烯及其与二氧化钛的复合17-20
• 1.6 聚苯胺及其与二氧化钛的复合20-22
• 1.7 本课题研究意义22-24
• 第2章 基于石墨烯负载的二氧化钛纳米棒阵列的光电化学甲醇燃料电池24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 实验仪器、设备与药品25-26
• 2.2.2 G-TNRs及TNRs的制备26-27
• 2.3 G-TNRs及TNRs形貌结构表征27-33
• 2.3.1 表征方法27-29
• 2.3.2 结果及分析29-33
• 2.4 G-TNRs及TNRs光催化性能测试33-36
• 2.4.1 电化学测试方法33
• 2.4.2 光催化性能测试结果及分析33-36
• 2.5 G-TNRs及TNRs用于光电化学甲醇燃料电池36-37
• 2.5.1 光电化学甲醇燃料电池的制备36
• 2.5.2 测试结果及分析36-37
• 2.6 光电化学甲醇燃料电池机理探究37-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第3章 聚苯胺包覆介孔二氧化钛纳米纤维用于光催化降解甲酸40-55
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.2.1 实验仪器、设备与药品41-42
• 3.2.2 P-Tnfs的制备42
• 3.3 P-Tnfs-N形貌结构表征42-49
• 3.3.1 表征方法42-44
• 3.3.2 结果及分析44-49
• 3.4 P-Tnfs-N光催化性能测试49-52
• 3.4.1 电化学测试方法49-50
• 3.4.2 光催化性能测试结果及分析50-52
• 3.5 光催化降解甲酸机理探究52-53
• 3.6 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-69
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单69-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王昭;毛峰;黄祥平;黄应平;冯笙琴;易佳;张昌远;刘栓;;TiO_2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能[J];材料科学与工程学报;2011年02期

2 袁文辉,毕怀庆,韦朝海;锌掺杂对纳米TiO_2光催化活性的影响[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年03期

3 冯良荣,吕绍洁,邱发礼;过渡元素掺杂对纳米TiO_2光催化剂性能的影响[J];化学学报;2002年03期

，

本文编号：661140