椰殼納米炭的電催化和光催化性能研究.pdf

1、椰子殼是一種可再生的生物質(zhì)資源，以其為原料制各的活性炭具有空隙發(fā)達(dá)、吸附性能好、強(qiáng)度高、易再生、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，主要用于飲用水、制酒、飲料、工業(yè)污水的吸附凈化處理。椰殼中含有豐富的木質(zhì)素、纖維素和戊聚糖，為椰殼炭帶來豐富的含氧基團(tuán)和獨(dú)特的炭結(jié)構(gòu)。椰殼炭的結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用，是生物質(zhì)化工領(lǐng)域中一個(gè)有待進(jìn)一步開發(fā)的領(lǐng)域。本文嘗試將椰殼納米炭(CSC)材料拓展應(yīng)用于電催化和光催化反應(yīng)。
　　所制備的CSC納米片狀粉末具有典型的sp2雜化

2、碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，富含多種含氧基團(tuán)以及孔徑4nm以下的納米孔，BET比表面積高達(dá)2500m2g-1以上。利用CSC制作碳糊電極，分別用于無(wú)水茶堿（2，4-二氧四氫蝶啶或2，4-二羥基蝶啶）的還原反應(yīng)和酸性溶液中的析氫還原反應(yīng)。CSC對(duì)無(wú)水茶堿沒有明顯的吸附作用，不能增強(qiáng)無(wú)水茶堿的還原峰及再氧化峰的法拉第電流，但顯著增強(qiáng)電勢(shì)掃描過程中的背景電流。而CSC對(duì)析氫反應(yīng)有很強(qiáng)的電催化作用，與石墨碳糊電極相比，交流電流密度顯著增大，電荷傳遞電阻顯著減小

3、?？梢?，CSC材料因其表面豐富的含氧基團(tuán)和納孔，無(wú)助于無(wú)水茶堿分子中負(fù)電性基團(tuán)的吸附及還原反應(yīng)，而有利于帶正電且小粒徑的水合氫離子的還原反應(yīng)，這可為選擇CSC可能適用的催化反應(yīng)體系提供借鑒。
　　將CSC用于硫化鎘量子點(diǎn)(CdS QDs)和鉑納米顆粒的載體，制成可見光驅(qū)動(dòng)水制氫的復(fù)合光催化劑(Pt/CdS/CSC)。該復(fù)合光催化劑的產(chǎn)氫速率達(dá)到1679.5μmol h-1，遠(yuǎn)高于未引入CSC的Pt/CdS催化劑的產(chǎn)氫速率636.2

4、μmol h-1。Pt/CdS/CSC催化劑在460nm波長(zhǎng)下具有最高的量子效率(39.4％)。這種優(yōu)良的光催化性能可歸因于電子能快速跨越CdS/CSC界面，顯著促進(jìn)了CdS QDs上電子-空穴對(duì)的分離。CSC表面可以加速電子傳遞可能是因?yàn)槠浔砻娲嬖诖罅恐睆叫∮?nm的納米孔和豐富的羥基、羧基和烷氧基等含氧基團(tuán)。
　　本論文的研究結(jié)果將有助于拓展椰殼納米炭材料的開發(fā)和應(yīng)用，并為開發(fā)基于生物質(zhì)炭的電催化和可見光催化劑提供有益的見解。