多金属氧酸盐/TiO2（WO3）复合催化剂光解水催化性能研究

论文摘要

设计和合成高效光催化剂是利用太阳能光催化分解水制氢的关键。本论文重点研究了二氧化钛和三氧化钨负载多金属氧酸盐(H4SiW12O40和H4PW12O40)及负载对多金属氧酸盐光催化活性的影响:采用溶胶-凝胶结合浸渍合成技术,制备了具有较高紫外光催化活性的负载型多金属氧酸盐纳米材料:H4SiW12O40╱TiO2、H4PW12O40╱TiO2,通过采用XRD、EDS、FT-IR、Raman、UV-DRS等手段对上述新材料进行了组成测定和结构表征,研究了在紫外光源照射下,POM/TiO2复合催化材料光催化分解水的析氧率、反应机理。结果表明:母体POM基本骨架结构仍得以保留,POM/TiO2在紫外范围内具有强烈的光吸收性能。当TiO2为锐钛矿相、焙烧温度为250℃、焙烧时间为3h、质量比w（TiO2）:w（POM）为1:10的POM/TiO2光催化剂活性最高,H4SiW12O40/TiO2的最佳析氧率为269.94μmol·l-1·h-1,是H4SiW12O40的1.4倍,TiO2的4.5倍;H4PW12O40╱TiO2的最佳析氧率为199.95μmol·l-1·h-1,是H4PW12O40的1.9倍,约为TiO2的3倍。POM和TiO2之间存在良好的协同效应。利用固相烧结和浸渍法相结合的技术合成了两种多金属氧酸盐/三氧化钨复合催化材料:H4SiW12O40/WO3和H4PW12O40/WO3,利用XRD、FT-IR、Raman、UV-DRS对制备所得产物进行了表征,并研究了该类新型复合催化剂在紫外光源照射下,光催化分解水析氧的催化性能。结果表明,在POM╱WO3中,多金属氧酸盐的基本结构仍然完整,由于与载体WO3之间存在着较强的吸附作用,致使POM/WO3的谱线发生移动,峰强发生变化;焙烧时间、焙烧温度、质量比w（WO3）:w（POM）和电子受体Fe3+的浓度等因素对POM/WO3复合催化剂光催化分解水析氧的催化性能均有影响。电子受体Fe3+的浓度为5g╱L,质量比w（WO3）:w(H4SiW12O40)为1:10的H4SiW12O40╱WO3复合催化剂在400℃下焙烧3h时光催化活性最佳,析氧率为143.13μmol·l-1·h-1,但仍然没有H4SiW12O40的析氧率高;电子受体Fe3+的浓度为5g╱L,质量比w（WO3）/w(H4PW12O40)为1:5的H4PW12O40╱WO3复合催化剂在400℃下焙烧3h时光催化活性最佳,析氧率为114.50μmol·l-1·h-1,略高于H4PW12O40的析氧率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 光催化分解水的途径
• 1.3 半导体光催化剂
• 1.3.1 半导体光催化剂的光解水机理
• 1.3.2 半导体光催化的研究进展
• 1.4 多金属氧酸盐光催化剂研究进展
• 1.4.1 多金属氧酸盐光催化基本原理
• 1.4.2 多金属氧酸盐光催化剂的复合改性
• 1.5 多金属氧酸盐与半导体型氧化物光催化活性的比较
• 1.6 本论文的选题意义和设想
• 第二章 光催化剂的制备和表征
• 2.1 引言
• 2.2 主要试剂和仪器
• 2.3 工艺流程
• 2.4 光催化剂的表征
• 2.4.1 X-射线粉末衍射测试（XRD）及EDAX能谱分析（EDS）
• 2.4.2 FT-IR红外分析
• 2.4.3 激光拉曼光谱测试（LRS）
• 2.4.4 UV-VIS漫反射分析（DRS）
• 2.4.5 气相产物分析
• 2.5 催化剂的光催化活性研究
• 2的表征和光催化性能研究'>第三章 POM/TiO₂的表征和光催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 催化剂的表征
• 3.2.1 样品的XRD和EDS表征
• 3.2.2 样品的FT-IR表征
• 3.2.3 样品的激光拉曼表征
• 3.2.4 样品的UV-Vis-DRS表征
• 3.2.5 气相色谱仪检测光催化反应产物结果
• 3.3 影响光催化活性的条件因素
• 3.3.1 焙烧温度的确定
• 2晶型对催化剂光催化活性的影响'>3.3.2 TiO₂晶型对催化剂光催化活性的影响
• 3.3.3 焙烧温度对催化剂光催化活性的影响
• 3.3.4 焙烧时间对催化剂光催化活性的影响
• 3.3.5 质量比对催化剂光催化活性的影响
• 2与TiO₂催化性能比较'>3.3.6 POM/TiO₂与TiO₂催化性能比较
• 2光催化机理分析'>3.4 POM/TiO₂光催化机理分析
• 3.5 小结
• 3的表征和光催化性能研究'>第四章 POM/WO₃的表征和光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 催化剂的表征
• 4.2.1 样品的XRD
• 4.2.2 样品的FT-IR表征
• 4.2.3 样品的激光拉曼表征
• 4.2.4 样品的UV-Vis-DRS表征
• 4.2.5 气相色谱仪检测光催化反应产物结果
• 4.3 光催化分解水析氧活性
• 4.3.1 焙烧时间对催化剂析氧活性的影响
• 4.3.2 焙烧温度对催化剂析氧活性的影响
• 4.3.3 质量比对催化剂析氧活性的影响
• 3+作为电子受体对催化剂析氧活性的影响'>4.3.4 Fe³⁺作为电子受体对催化剂析氧活性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果