金属/氧化物有效界面的构筑及其在环境与能源催化中的应用

发布时间：2021-11-03 01:51

　　环境污染与能源危机严重影响了人们的生存与生活质量,其中水污染与大气污染对人们生活影响更为广泛,多相催化技术不仅能应用在污水处理,高效降解水中污染物为无毒无害的产物,还能应用于能源储存与转换器件,促进能源的清洁高效利用,既能从源头上解决化石能源低效利用引起的大气污染问题,又能缓解化石能源短缺危机。金属/氧化物复合材料是一种研究较为广泛的多相催化材料,尽管其在污水处理和能源储存与转换领域取得了一系列进展,但目前的研究仍然存在以下问题:（1）针对特定反应体系,贵金属复合催化材料缺乏合适的界面环境和活性位,导致其催化反应活性不高;（2）尽管目前贵金属复合材料的催化活性比非贵金属材料普遍较高,但由于其成本较高,稳定性较差,商业化难度较大;（3）虽然已开发出性能优异的非贵金属复合催化材料,但由于只具备单一功能,难以应用在需求双功能性能的电化学储能器件中。因此,开发设计应用于环境与能源领域的高效、低成本、高稳定性和具备优异单、双功能性能的多相催化材料具有重要意义。基于目前复合材料在环境与能源催化中存在的三个问题,本文以金属/氧化物复合催化材料为研究对象,通过优化设计和有效构筑金属/氧化物界面,分别考... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１负载于氧化物上的金属颗粒示意图［ｌ７】??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａ?ｍｅｔａｌ?ｉｓｌａｎｄ?ｏｎ?ａ?ｆｌａｔ?ｏｘｉｄｅ?ｓｕｏｒｔ１＇７１??

点缺陷等。例如，Ａｇ／ＭｇＯ??的界面上，Ａｇ原子沉积在呈电中性的Ｍｇ空位处。由于Ｍｇ空位贡献两个价电??子给位于空位周围的四个氧原子，因此Ａｇ和０之间形成较强的离子键。氧化物??表面的缺陷，如Ａｈ〇３（０００１），ＭｇＯ（ｌＯＯ），Ｓｉ〇ｄｔ！ＴｉＯ２（１００）都会极大地影响金属??的吸附和原子之间的相互作用［４６，４＼??（ａ）?ｆ，．?（ｂ）??＃０〇Ｇ｜？〇？??？〇〇＇〇？〇??ＱＯＯＯＯＯ??…一：，?，〇〇〇〇？〇??ｚ〇?ｚ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ??图１．３镜像电荷相互作用。（ａ）点电荷（ｑ）与金属表面之间的相互作用。（ｂ）金属／氧化物??界面处的镜像电荷??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｍａｇｅ?ｃｈａｒｇｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，?（ａ）?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ａ?ｐｏｉｎｔ?ｃｈａｒｇｅ?（ｑ）?ａｎｄ?ａ?ｍｅｔａｌ?ｓｕｒｆａｃｅ，??（ｂ）?Ｉｍａｇｅ?ｃｈａｒｇｅｓ?ａｔ?ａ?ｍｅｔａｌ／ｏｘｉｄｅ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＾??１．２．４．２金属／氧化物界面的空间电荷转移??Ｔｉ〇２、ＳｒＴｉ０３和ＺｎＯ等氧化物的带隙较小，一般都小于３．５ｅＶ，这些氧化物??的本征掺杂或者外来掺杂会在内部产生自由的载流子，使得这些氧化物变成对应??的ｎ型或ｐ型半导体。因此，对这些体系来说，金属／半导体接触理论比较适合??描述金属与半导体氧化物的界面接触现象［４８］。这些氧化物的电负性和功函比较大，??这就意味着并非由它们表面态控制界面的形成。因此，可以认为电荷转移首先发??生在金属与氧化物表面的空间电荷区域之间，金属与氧化物费米能级的相对位置??决定了电荷转移的方向和量级，这个过程可以

?第１章绪论???研究了负载于分子筛（ＳＢＡ－１５）上的Ｐｄ或Ｐｔ催化还原溴酸根的性能，发现贵金??属与氧化物形成界面时比与碳材料形成界面时具有更高的催化活性（见图１．６）??网。??为了降低水处理的成本，替代贵金属活性相，Ｓｈｅｎ等人设计了非贵金属／氧??化物复合催化材料（Ｆｅ＠Ｆｅ２０３）用于高效去除水中的溴酸根。如图１．７所示，核??壳结构的Ｆｅ＠Ｆｅ２０３表面处的Ｆｅ２＋与Ｆｅ３＋的相互转化成为催化去除溴酸根的主要??活性位，内部的金属相Ｆｅ能够为表面的还原提供电子，这种金属／氧化物形成的??界面为催化还原溴酸根提供了有效活性位［８７］。??


本文编号：3472806