| 染料敏化新型纳米材料可见光光催化制氢研究 | |
| 李秋叶 | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 吕功煊 |
| 2008-05-14 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 可见光光催化制氢 染料敏化 分子筛 多壁碳纳米管 Tio2基一维纳米材料 Visible-light-induced Photocatalytic Hydrogen Generation Dye-sensitization Zeolite Multiwalled Carbon Nanotubes (Mwcnt) Tio2-based One-dimensional Nanomaterials |
| Abstract | 本论文以新型纳米材料为基底，制备了一系列高效稳定的可见光光催化剂，并考察了其光催化产氢活性，取得了如下结果： 1. 曙红敏化的贵金属担载的Ti-MCM-41分子筛光催化制氢研究 (1)采用原位浸渍光还原法制备了曙红敏化的贵金属(Pt, Ru, Rh)担载的Ti-MCM-41分子筛光催化剂，在三乙醇胺为电子给体的水溶液中考察了其在可见光下的光催化还原水制氢行为。 (2)Ti-MCM-41分子筛被曙红敏化之后可见光吸收能力大大增强；傅立叶红外光谱表明曙红与Ti-MCM-41之间形成了一种类酯键的相互作用。 (3)对光催化产氢的反应条件(溶液的pH值、贵金属的担载种类及担载量、染料的浓度等)进行了优化；在最佳反应条件下，曙红敏化的贵金属担载的Ti-MCM-41可见光(λ≥420 nm)光催化产氢的表观量子效率达到12.01%。 (4)Ti-MCM-41分子筛的比表面积较大有利于曙红分子的大量吸附；而且TiOx微团簇均匀分布于Ti-MCM-41分子筛的骨架结构中，由于量子尺寸效应TiOx的导带位置会向上移动，增加了导带电子的还原性，因此，催化剂的光催化产氢活性较高。 2. 曙红敏化的多壁碳纳米管(MWCNT) /Pt催化剂的光催化制氢研究 (1)硝酸处理后的MWCNT表面含有大量的含氧官能团-COOH和-COO-，提高了其在水溶液中的分散性。 (2)用不同浓度的硝酸处理MWCNT，分别得到了稀硝酸处理的DMWCNT，浓硝酸处理的CMWCNT和未处理的UMWCNT；并以其为基底，制备了曙红敏化的MWCNT/Pt光催化剂。 (3)通过调变反应参数优化了Eosin Y/DMWCNT/Pt催化剂的光催化产氢反应条件，最高的产氢速率和表观量子效率分别达到3.06 mmol h-1g-1和12.14%；并且催化剂在长时间反应之后仍然保持了较好的稳定性。 (4)通过瞬态光电流-时间曲线和荧光光谱研究了三种MWCNT在提高光催化产氢活性中的作用，结果表明DMWCNT具有最强的捕获光生电子的能力，有效的抑制了光生电子-空穴的复合。 3. 水热法制备TiO2基一维纳米材料及其光催化制氢研究 (1)通过水热法合成了纳米管钛酸钠(NTS)，以其为基底制备了曙红敏化的Pt担载的NTS光催化剂。在三乙醇胺为电子给体的水溶液中，优化了其光催化还原水产氢的反应参数，可见光下光催化产氢的表观量子效率最高可达14.97%，并且在反应100 h之后催化剂仍然能够保持很好的稳定性。 (2)控制水热反应温度(120, 170, 200 ℃)，合成了三种不同形貌的一维钛酸纳米材料(TAN)：短钛酸纳米管(SNT)，长钛酸纳米管(LNT)和钛酸纳米棒(NR)。 以这三种TAN为基底，采用原位浸渍光还原法制备了曙红敏化的Pt担载的一维TAN光催化剂，考察了它们在可见光下(λ≥420 nm)的光催化产氢活性。结果表明载体的形貌对光催化产氢活性有很大的影响，活性大小顺序为：曙红敏化的Pt担载的LNT＞曙红敏化的Pt担载的NR＞曙红敏化的Pt担载的SNT。 通过优化实验条件，曙红敏化的Pt担载的TAN最高的产氢量子效率达到17.36%。在这三种催化剂中，曙红敏化的Pt担载的LNT的活性最高，主要是由于载体LNT具有较大的比表面积可使大量的染料分子吸附；曙红敏化的Pt担载的NR的稳定性最好，这可能与其完整的晶型结构有关。 4. 压力对光热催化产氢活性的重要影响 (1)以四种有代表性的半导体TiSi2, Pt/TiO2, Ga2O3-xNx和TiO2-xNx为光催化剂，研究了固气相光热催化分解水产氢反应，发现系统压力对光催化分解水产氢速率有很大的促进作用，而温度则对其影响不大。 (2)水分解前提是水分子在催化剂表面的吸附，压力可能促进了水分子的化学解离吸附，因此高压有利于光热催化分解水产氢反应。 |
| Subject Area | 环境催化 |
| Funding Project | 环境催化与清洁能源研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2918 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 李秋叶. 染料敏化新型纳米材料可见光光催化制氢研究[D]. 中国科学院研究生院,2008. |
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