本文關(guān)鍵詞：基于二氧化鈦基材料的光熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氫能因其具有清潔、高效等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最具潛力的化石燃料替代能源。利用太陽能分解水制氫是一種理想的氫氣制備方法。直接太陽能熱分解水需要很高的溫度,難以實(shí)現(xiàn)。利用熱化學(xué)循環(huán)分解水能夠有效降低溫度并且避免氫氣和氧氣的分離問題�；诮饘傺趸锏膬刹绞綗峄瘜W(xué)循環(huán)是研究最多的循環(huán)之一包含兩步,第一步,金屬氧化物在高溫下還原,這一步通常采用太陽能聚光驅(qū)動(dòng)；第二步,還原后的金屬氧化物與水在相對(duì)較低的溫度下反應(yīng),產(chǎn)生氫氣,同時(shí)生成的金屬氧化物用于第一步,如此循環(huán)�？偡磻�(yīng)就是水分解生成氫氣和氧氣。該循環(huán)面臨的最大問題是金屬氧化物分解需要極高的溫度,一般的單金屬氧化物在1500℃以上。目前國際上普遍采用的方法是對(duì)金屬氧化物摻雜其他金屬離子,形成二元或多元的金屬氧化物。該方法在一定程度上降低了溫度,然而想要達(dá)到理想的氫氣產(chǎn)量,依然需要1400℃左右的高溫。本課題組將光化學(xué)反應(yīng)引入熱化學(xué)循環(huán),提出了新型光熱化學(xué)循環(huán)。在該循環(huán)中,高溫的金屬氧化物分解反應(yīng)被光化學(xué)反應(yīng)替代,在常溫下即可進(jìn)行；而水分解制氫反應(yīng)仍采用熱化學(xué)的方法。這樣循環(huán)的最高溫度極大地降低了(本論文為600℃)。本文首先以Ti02作為光熱化學(xué)的循環(huán)物質(zhì),通過一系列對(duì)比循環(huán)實(shí)驗(yàn),初步驗(yàn)證了光熱化學(xué)循環(huán)的可行性。對(duì)光照時(shí)間、加熱時(shí)間、溫度對(duì)氫氣產(chǎn)量的影響進(jìn)行了探究。然后以光反應(yīng)中光照時(shí)間為40 min,熱反應(yīng)中溫度為600℃,時(shí)間1h為條件,做了連續(xù)五個(gè)循環(huán),發(fā)現(xiàn)TiO2具有很好的循環(huán)性能,在五個(gè)循環(huán)中氫氣產(chǎn)量比較穩(wěn)定,平均每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的氫氣量為0.421 mL/g。通過XPS和EPR分析,建立了光熱化學(xué)循環(huán)的初步機(jī)理。對(duì)比了循環(huán)前后TiO2的晶型和比表面積,沒有明顯的變化,這是TiO2具有良好循環(huán)性能的原因。在TiO2中摻雜了0.5%的Fe,通過TEM、SEM、UV-VIS、PL等手段對(duì)摻雜了Fe的TiO2和純TiO2做了對(duì)比。通過TEM, SEM發(fā)現(xiàn)摻雜了Fe后的TiO2顆粒更加分散；通過UV-VIS對(duì)比發(fā)現(xiàn),摻雜了Fe后,吸收光譜發(fā)生了紅移,并且在300-500nm波段內(nèi)吸收率提高了；通過PL對(duì)比發(fā)現(xiàn)摻雜了Fe后,電子空穴復(fù)合率降低了。對(duì)光照時(shí)間、加熱時(shí)間、溫度對(duì)氫氣產(chǎn)量的影響進(jìn)行了探究。然后以光反應(yīng)中光照時(shí)間30 min,熱反應(yīng)中溫度600℃,時(shí)間1h為條件,做了連續(xù)五個(gè)循環(huán),發(fā)現(xiàn)摻雜了0.5% Fe的TiO2同樣具有很好的循環(huán)性能,平均每個(gè)循環(huán)的氫氣產(chǎn)量為0.747 mL/g,是TiO2的1.77倍。
【關(guān)鍵詞】：熱化學(xué)循環(huán) 光熱化學(xué)循環(huán) 分解水 制氫 氧空位
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 緒論12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 氫能制備方法13-17
• 1.2.1 化石燃料制氫13-14
• 1.2.2 生物質(zhì)制氫14-15
• 1.2.3 水制氫15-17
• 1.3 熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫17-19
• 1.4 基于金屬氧化物的兩步式熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫19-27
• 1.4.1 兩步式熱化學(xué)循環(huán)分解水簡介19-20
• 1.4.2 兩步式熱化學(xué)循環(huán)分解水進(jìn)展20-27
• 1.4.3 兩步式熱化學(xué)循環(huán)分解水的總結(jié)27
• 1.5 光熱化學(xué)循環(huán)簡介27-29
• 1.6 本文研究內(nèi)容29-31
• 2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法31-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)器材31-35
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器與設(shè)備31-32
• 2.1.2 主要儀器及實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹32-35
• 2.2 光熱化學(xué)循環(huán)性能測(cè)試方法35-36
• 2.3 催化劑表征36-39
• 3 基于TiO_2/TiO_(2-x)的光熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-46
• 3.2.1 TiO_2樣品制備39-40
• 3.2.2 材料表征40-42
• 3.2.3 光熱化學(xué)循環(huán)性能評(píng)價(jià)42-46
• 3.3 光熱化學(xué)循環(huán)機(jī)理探究46-49
• 3.3.1 XPS表征47-48
• 3.3.2 EPR表征48
• 3.3.3 光熱化學(xué)循環(huán)初步機(jī)理48-49
• 3.4 循環(huán)前后的TiO_2對(duì)比49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 453-65
• 4.253-62
• 4.2.2 材料表征53-58
• 4.2.3 光熱化學(xué)循環(huán)性能評(píng)價(jià)58-62
• 4.3 循環(huán)前后的0.5% Fe-TiO_2樣品對(duì)比62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 5 全文總結(jié)與工作展望65-69
• 5.1 全文總結(jié)65-67
• 5.2 本文的創(chuàng)新之處67
• 5.3 對(duì)未來工作的展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79

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