異質(zhì)結(jié)型復(fù)合光催化劑的制備及模擬太陽光催化制氫和光催化劑修飾貯氫合金研究.pdf

1、本論文首先制備了摻雜型鋯酸鹽和鈦酸鹽異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，并以貴金屬及金屬氧化物對(duì)其進(jìn)行了修飾。采用XRD、SEM、IR、FG-DTA、UV-Vis、FS等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了表征。以草酸為電子給體，光催化分解水產(chǎn)氫評(píng)價(jià)了催化劑的活性。研究了光催化劑活性的影響因素及連續(xù)使用效果，并探討了異質(zhì)結(jié)光催化劑的活性機(jī)理及光生載流子分離機(jī)理，為豐富鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)型復(fù)合氧化物的研究提供一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論參考。其次，將光催化劑與貯氫合金復(fù)合制成可光充電的光催化

2、貯氫合金電極(記作PHSA)，以電化學(xué)充放電性能作為評(píng)價(jià)手段，考察了光催化劑修飾和光照處理對(duì)貯氫合金電化學(xué)性能影響方面做了一些初步的研究。 (1)溶膠包覆法制備的異質(zhì)結(jié)SrZr0.95Y0.05O3-TiO2-xNx復(fù)合光催化劑在模擬太陽光條件下有較好的光催化產(chǎn)氫活性，其催化活性明顯高于純的SrZr0.95Y0.05O3和TiO2。詳細(xì)研究了不同條件下制備的復(fù)合催化劑，得出了最佳的工藝條件：給電子體濃度為30～70mmol/L，

3、溶液pH值為2～4，氮源劑為三乙胺，N/Ti摩爾比為8:100，TiO2復(fù)合含量為70wt％，焙燒溫度為400℃，焙燒氣氛為空氣氣氛。不同方法進(jìn)一步負(fù)載鉑后，其產(chǎn)氫量均得到提高，其中以光還原法的負(fù)載效果最佳，在最佳負(fù)載量1wt％下，平均產(chǎn)氫速率達(dá)到2.1mmol·g·cat-1h-1。同時(shí)還探討了Pt載異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性和可能的光催化機(jī)理。 (2)采用固相燒結(jié)法在不同條件下制備了氮摻雜改性SrTiO3，并考察了模擬太陽光

4、下的產(chǎn)氫活性。得到了固相法制備的最佳實(shí)驗(yàn)條件：氮源劑為六次亞甲基四胺(HMT)，SrTiO3與HMT質(zhì)量比為1:3，焙燒溫度為450℃。在此條件下，采用氫還原和光還原法負(fù)載鉑使光催化產(chǎn)氫活性得到較大的提高，其中氫還原法比光還原法負(fù)載鉑效果更好，兩者最佳負(fù)載量均為2wt％，平均產(chǎn)氫速率分別為1.15和0.38mmol·g·cat-1h-1。此外，采用氫還原法負(fù)載NiO、CoO和ZnO也取得了較為理想的產(chǎn)氫效果，探討了負(fù)載物的不同處理方法對(duì)

5、光催化劑產(chǎn)氫活性的影響，發(fā)現(xiàn)氧化物的負(fù)載先氫還原后氧化處理較直接氧化處理有更高的光催化活性；同時(shí)還研究了三種負(fù)載物的最佳負(fù)載量、產(chǎn)氫活性變化規(guī)律及其異質(zhì)結(jié)作用機(jī)理。 (3)對(duì)(2)中所制備的最佳條件的氮摻雜SrTiO3以溶膠包覆法使其與TiO2進(jìn)行復(fù)合，并采用氫還原法于復(fù)合催化劑表面進(jìn)一步沉積Pt和Pd。從TiO2復(fù)合含量、焙燒溫度、負(fù)載量方面考察了異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑模擬太陽光下的光催化產(chǎn)氫活性。結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合催化劑中TiO2的

6、質(zhì)量百分含量為70％，焙燒溫度為400℃，Pt和Pd負(fù)載量均為2wt％時(shí)，平均產(chǎn)氫速率分別達(dá)到5.1和5.4mmol·g·cat-1h-1。 (4)將(3)中所制備的Pt載復(fù)合光催化劑修飾貯氫合金制備成可光充電的PHSA，電化學(xué)充放電測(cè)試表明，光催化劑對(duì)貯氫合金的修飾，其充放電性能并沒有得到改善。將PHSA紫外光處理后其活化性能、最大放電容量、高倍率放電性能以及循環(huán)性能均明顯優(yōu)于無光照的處理，而純貯氫合金經(jīng)光照處理其充放電性能基