【摘要】：能源危機(jī)與環(huán)境污染已成為中國(guó)乃至全球都面臨的重大挑戰(zhàn)。采用太陽(yáng)能光催化分解水獲取氫能是解決能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題的一種有效途徑。單純的光催化劑由于顆粒表面沒(méi)有足夠的活性位點(diǎn)、產(chǎn)生的光生電子與空穴對(duì)不能有效地分離,因此光催化產(chǎn)氫活性較低。負(fù)載貴金屬助催化劑可以促進(jìn)光生電子與空穴對(duì)的分離,增加活性位點(diǎn)數(shù)量,能夠大大提高了光催化劑的光催化產(chǎn)氫活性。但由于資源匱乏、價(jià)格昂貴,限制了貴金屬助催化劑的廣泛應(yīng)用。本論文嘗試開展磷化物基非貴金屬助催化劑的研制,通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選出幾種高活性非貴金屬磷化物基助催化劑,如WP,Fe_xCo_(1-x)P,NiCoP等,大幅提高硫化鎘光解水制氫的活性與穩(wěn)定性。主要得到以下研究成果:(1)采用濕化學(xué)法合成出WP納米顆粒,隨后采用球磨方法將合成的WP納米顆粒負(fù)載到商業(yè)CdS表面,形成WP/CdS復(fù)合光催化劑。所制備的WP/CdS復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出了很高的可見(jiàn)光分解水制氫活性。當(dāng)CdS表面負(fù)載4.0 wt.%的WP時(shí)光解水制氫活性最高,約為純CdS制氫活性的11.67倍。電化學(xué)分析表明WP具有很高的電解水制氫性能,并且WP/CdS復(fù)合材料界面間存在有效的電荷傳遞。這些結(jié)果表明WP是一種優(yōu)良的制氫光催化助催化劑,將其負(fù)載與光催化劑表面,可以大幅提高硫化鎘光解水制氫活性。(2)采用化學(xué)共沉淀的方法合成出三元Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒,通過(guò)機(jī)械攪拌的方法將其負(fù)載到商業(yè)CdS表面形成Fe_xCo_(1-x)P/CdS復(fù)合光催化劑。制備的Fe_xCo_(1-x)P/CdS復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出了很高的可見(jiàn)光分解水制氫活性。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Fe與Co的比例為4:6時(shí)光解水制氫活性最高,大約是純CdS的5.85倍,達(dá)到了Pt/CdS的75.8%。Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒的電化學(xué)分析表明Fe_xCo_(1-x)P具有很高的電解水制氫性能,并且Fe_xCo_(1-x)P/CdS復(fù)合材料界面之間存在有效的電荷傳遞。這些結(jié)果表明三元Fe_xCo_(1-x)P納米顆粒是一種高效穩(wěn)定的制氫光催化助催化劑,將其負(fù)載到光催化劑表面可以大幅提高光解水產(chǎn)氫活性。(3)采用水熱的方法一步合成出三元NiCoP納米顆粒,用乙醇蒸發(fā)的方法將其負(fù)載到商業(yè)CdS表面形成NiCoP/CdS復(fù)合光催化劑。超聲剝離之后的NiCoP/CdS復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出了很高的可見(jiàn)光分解水制氫活性。研究發(fā)現(xiàn),超聲剝離之后的NiCoP/CdS的光解水制氫活性是超聲剝離前的1.62倍,是純CdS的10.86倍,甚至達(dá)到了Pt/CdS的96%。NiCoP納米顆粒的電化學(xué)分析表明NiCoP具有很高的電解水制氫性能,并且NiCoP/CdS復(fù)合材料界面存在有效的電荷傳遞。這些結(jié)果表明三元NiCoP納米顆粒是一種可以替代貴金屬Pt的高效穩(wěn)定的制氫光催化助催化劑,將其負(fù)載到硫化鎘表面大幅提高了光解水產(chǎn)氫活性。
【圖文】：

上海電力學(xué)院碩士學(xué)位論文穴。受到光激發(fā)的電子和空穴遷移到半導(dǎo)體光催化劑的表反應(yīng)。電子帶負(fù)電，具有還原能力，與水中的氫離子結(jié)合產(chǎn)具有氧化能力，與水中的氫氧根離子結(jié)合產(chǎn)生氧氣。水是其分解產(chǎn)生氫氣和氧氣是一個(gè)吉布斯自由能減小的非自發(fā)準(zhǔn)狀態(tài)下，，將 1 摩爾的水分解為氫氣和氧氣，需要 237 kJ光催化分解水產(chǎn)氫，半導(dǎo)體光催化劑的禁帶寬度至少大于

圖 1-2 部分半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶和價(jià)帶位置及與水的分解電位之間的相對(duì)關(guān)系[1]1.2.3 提高半導(dǎo)體光催化劑活性的途徑光催化劑雖然具有無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，但是能量利用率低，活性不高等缺點(diǎn)限制了光催化制氫的廣泛應(yīng)用，因此需要尋找改進(jìn)方法，提高光催化制氫活性。常見(jiàn)的提高光催化制氫活性的方法有以下幾種。(1)金屬離子摻雜；(2)非金屬離子摻雜；(3)光敏化；(4)復(fù)合半導(dǎo)體；(5)助催化劑1.3 助催化劑的研究進(jìn)展1.3.1 助催化劑原理純的半導(dǎo)體光催化劑在光解水過(guò)程中的光催化活性很低，要提高半導(dǎo)體催化劑的光催化活性，可以在半導(dǎo)體上負(fù)載助催化劑從而提高催化劑的光催化活性。在半導(dǎo)體光催化劑上負(fù)載助催化劑的原理圖如下圖 1-3 所示。在光催化分解水過(guò)程中，光照射到半導(dǎo)體催化劑上產(chǎn)生電子和空穴，光生電子與空穴分離，通過(guò)遷
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

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本文編號(hào)：2597665