电子给体存在下的NaCl盐水光催化制氢

论文摘要

氢能是一种新世纪理想的绿色能源,但氢在大气中并不存在,它大量地存在于各种水中。虽然地球上的水量是极其丰富的,但水圈内水量的分布是不均匀的,大部分水储存在低洼的海洋中,淡水仅占总水量的2.53%。另外我国西部日照时间长,太阳光强度大,存在许多盐湖,所以研究海水和盐湖卤水体系的光催化制氢是有重要意义的。由于海水和盐湖卤水的主要成分都是NaC1,所以本论文研究了Pt-TiO2,碱式氧硫锌固溶体（ZnOxS 1-x-0.5y（OH）y-ZnO）在NaC1体系中的光催化制氢性能,研究内容分为两个部分：第一部分研究了电子给体存在时,电解质NaC1—作为天然盐水的主要成分,对Pt/TiO2光催化制氢的影响。电解质NaC1和电子给体在Ti02表面的吸附行为和表面反应通过电泳分析和ATR IR来表征。在酸性条件下,Cl-离子吸附在Ti02表面,而在碱性和中性条件下,Na+离子吸附在Ti02表面。乙醇为电子给体时,当CNaC1< 0.10 mol L-1时,Pt/TiO2光催化制氢活性随NaCI浓度的增加而升高；而当CNaC1> 0.10 mol L-1时,光催化活性随NaC1浓度的增加而降低。不同pH值的活性顺序为：碱性>中性>酸性。在以甲酸和草酸为电子给体时,光催化活性由于吸附的Cl-离子的作用随NaC1浓度的增加而降低。Na+离子能影响乙醇在Ti02表面的吸附。并研究了可能的反应机理。第二部分研究了ZnS1-x-0.5yOx（OH）y-ZnO在以Na2S-Na2S03为电子给体时,在NaC1盐水中的光催化制氢性能。NaC1能显著影响光催化制氢活性,取决于NaC1的浓度。当NaC1浓度较低时,放氢活性比纯水体系低,而当NaC1浓度较高时,光催化活性比纯水高。在3.0 mol L-1 NaC1时的活性是0 mol L-1 NaC1时的1.72倍。这说明我们可以构建一个含催化剂、电子给体的高效的盐水反应体系。这对实际应用是有重要意义的。NaC1不仅降低了ZnS1-x-0.5yOx（OH）y-ZnO的表面电荷,也降低了ZnS1-x-0.5yOx（OH）y-ZnO表面的水合作用。这两个因素极大地影响了催化剂ZnS1-x-0.5yOx（OH）y-ZnO的活性。用Na2S-Na2S03浸渍过的催化剂比未浸渍的催化剂显示更高的活性。这可能归因于ZnO部分转化ZnS的事实。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 光催化研究背景
• 1.2 半导体的光催化作用原理
• 1.3 影响光催化剂活性的因素
• 1.3.1 量子尺寸效应的影响
• 1.3.2 晶相结构的影响
• 1.3.3 比表面积的影响
• 1.3.4 表面羟基的影响
• 1.4 可见光光催化剂
• 2光催化剂及其改性'>1.4.1 TiO₂光催化剂及其改性
• 1.4.1.1 贵金属修饰
• 1.4.1.2 离子掺杂
• 1.4.2 硫化物型光催化剂
• 1.4.3 半导体复合
• 1.4.4 敏化可见光催化剂
• 1.4.4.1 染料光敏化机理
• 1.4.4.2 无机化合物敏化
• 1.4.4.3 有机染料敏化
• 1.4.5 新型可见光半导体光催化剂
• 1.5 光催化反应的影响因素
• 1.5.1 电子给体对光催化反应的影响
• 1.5.2 电子给体对催化剂稳定性的影响
• 1.5.3 pH对光催化反应效率的影响
• 1.5.4 外加氧化剂的影响
• 1.5.5 温度的影响
• 1.5.6 无机离子对光催化的影响
• 1.6 光催化在环境净化方面的研究
• 1.6.1 光解废水中的有机污染物
• 1.6.2 光解废水中的无机污染物
• 1.7 光催化分解水制氢的研究
• 1.7.1 纯水体系的光催化制氢研究
• 1.7.2 盐水体系的光催化制氢研究
• 1.8 研究展望
• 1.9 选题依据及意义
• 1.10 创新之处
• 2光催化制氢'>第2章 电子给体存在下NaCl体系的Pt-TiO₂光催化制氢
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 催化剂的制备
• 2光催化剂的制备'>2.2.3.1 Pt/TiO₂光催化剂的制备
• 2.2.3.2 Zeta电位测定的样品制备
• 2.2.3.3 ATR IR样品的制备
• 2.2.4 光催化反应
• 2.3 结果与讨论
• 2表面的吸附行为'>2.3.1 电子给体和NaCl在TiO₂表面的吸附行为
• 2.3.2 NaCl浓度对光催化制氢的影响
• 2.4 本章小结
• xS_1-x-0.5y（OH）_y-ZnO在NaCl盐水体系的可见光催化制氢'>第3章 ZnO_xS_1-x-0.5y（OH）_y-ZnO在NaCl盐水体系的可见光催化制氢
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• xS_1-x-0.5y（OH）_y-ZnO催化剂的制备'>3.2.3 Zno_xS_1-x-0.5y（OH）_y-ZnO催化剂的制备
• 3.2.4 光催化反应
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 浸渍催化剂的XRD分析
• 3.3.2 催化剂的表面性质
• 3.3.3 NaCl盐水中的光催化制氢
• 3.3.4 浸渍催化剂的光催化活性
• 3.3.5 机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果