探究可见光下光催化分解水制取氢气的研究

《探究可见光下光催化分解水制取氢气的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文可见光下光催化分解水制取氢气的研究姓名：王玉晓申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：王亚权20070601摘要随着人口和经济的迅速增长，世界能源的消费成倍增长。这必然会进一步加快化石燃料的枯竭，因此替代能源的研究越来越受到重视。太阳能是可再生能源，能量巨大。氢气是一种理想的能源载体，能量密度高，而且氢气燃烧不会对环境造成污染。利用太阳能尤其是可见光光催化分解水制氢技术从长远角度看是解决人类能源问题的一条重要途径。本工作首先采用溶胶凝胶法制备了CaCr204、Cr-Fe／Ti02以及铁钙复合氧化物等，采用氯化亚铜水解法制备了Cu20。同时采用TGA，DTA，UV-v

2、isDRS，XRD，IR，XPS等方法对催化剂进行了表征，考察了催化剂在可见光下光催化分解水的活性，筛选出了光催化活性较好的铁钙复合氧化物作为主要的研究对象。在改进光催化剂的性能、优化反应条件、探讨反应机理等方面进行了探索。实验结果表明，PffC．aCr204在可见光下能分解淀粉溶液产生氢气。Cr和Fe共掺杂的n02在可见光下分解甲醇溶液产生氢气速率为21．9pmol／g·h。掺杂氮的Cu20分解纯水产生氢气速率达到0．019lxmol／g·h。1．5wt％NiO／Ca2Fe205在可见光下活性较高，分解纯水产生氢气速率能达到0．030lxmol／g·h。在多种含铁的复合金属氧化物中，负

3、载NiO的铁钙复合氧化物光催化活性最高。随着Ca和Fe比例的变化，所得产物的主要成分是具有氧缺位的钙铁石结构的Ca2Fe205。CazFe205中的氧缺位成为活性氧的吸附中心。XPS分析结果表明反应后NiO／Ca2Fe205中的吸附氧增多。反应中生成的氧气被Ca2Fe205吸附在其表面上。向反应体系添加碳酸氢钠能显著提高NiO／Ca2Fe205的光催化活性，HC03-的存在是提高氢气生成速率的关键。碳酸氢钠溶液的最佳浓度为0．272mol／L～1．09mol／L。反应体系较低的pH值有助于氢气生成速率的提高。Ca2Fe-205有一部分转变成了CaC03，这是造成活性降低的主要原因。氢气还

4、原后的Fe203中含有的单质铁和Fe304对反应活性的提高起了关键作用。单质铁和Fe304的接触，有利于电子向表面转移，从而有效得提高了Fe203的光催化活性。氢气还原后的Ca2Fe205中含有Fe，但是不含有Fe304，电子不能很好的向表面转移，必须负载NiO才有较高的光催化活性。向Fe203中掺杂CoO，能有效提高Fe203的光催化稳定性。向反应体系中通入C02，Fe203的反应活性显著提高。同时溶液中的C032-被还原生成甲酸。在流动体系中生成的氢气能及时地排出体系，使得体系的压力稳定不变，有益于氢气从催化剂表面逸出。关键词：光催化可见光分解水氢气铁酸钙碳酸氢钠氧化铁二氧化碳ABS

5、TRACTEnergybecomesoneofthemostimportantproblemsfacinghumanbeingswiththerapiddevelopmentofpopulmionandeconomy．Solarenergyisenormousandbelongstorenewableenergy．Hydrogenisanidealenergycarrierforitshighenergydensity，and，thecombustionofhydrogenispollution—freefortheenvironment．Photocatalysisisanadvanc

6、edpotentialtechniquetoconveasolarenergyintochemicalenergyandhasmanyadvantagesinenergyconversion．Photocatalyticwatersplittingtogeneratehydrogenhasattractedmuchattention，andisdevelopingrapidly．Inthepresentwork，CaCr204，Cr-Fe／Ti02，calciumferritecompoundsweresynthesizedbyasol-gelmethodandCu20wasprepar

7、edbythehydrolysisofCuCI．ThecatalystsobtainedwerecharacterizedbyTGA，DTA，UV二ⅥSDRS，XRD，FT-IR，XPSetc。andstudiedinthespliRingofwater．intohydrogenundervisible!ightirradiation．Calciumferritecompoundswhichshowedhigherphotocata