学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型硫系固溶体光催化材料的制备及模拟太阳光催化制氢试验研究

作　者: 曾艺哲
导　师: 夏世斌
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 固溶体 In2S3-ZnS NiS-In2S3-ZnS 光催化制氢
分类号: TQ116.29
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 86次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

利用太阳能光催化分解水制氢是一个具有重大意义的研究课题。随着人类面临的能源危机和环境问题的日益加剧,开发可再生清洁能源已成为人类未来发展的紧迫任务,氢能由其具有清洁、可再生、燃烧值高、可运输等优点成为最理想的新能源之一,而光催化分解水制氢又是最清洁,最廉价,最可持续性的获取氢能的途径。本文对半导体光催化材料ZnS的可见光化改性做了大量的研究,合成了In2S3-ZnS及NiS-In2S3-ZnS固溶体光催化材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电感耦合等离子体(ICP)等对所制备的光催化剂进行了表征；并在模拟太阳光照射下,对其光催化分解水制氢性能进行了大量详细的研究工作。采用溶剂热法合成了一系列不同配比的In2S3-ZnS光催化剂(表示为In2xZn3(1-x)S3),对其进行表征结果显示：随着In3+的引入,光催化剂的粒径显著变小,比表面积增大；ZnS逐渐从立方相转变为六方相,且衍射峰向小角度方向偏移,证明形成了固溶体；In3+的引入还可以有效缩小ZnS半导体的禁带宽度,使其吸收边由紫外区红移到可见区。对其进行光催化分解水制氢反应,考察了制备方法、原料配比、催化剂用量、牺牲试剂种类等因素对反应活性的影响,得出最佳催化剂合成条件和反应条件：以Zn(NO3)2·6H2O和In(NO3)3·4.5H2O为原料,硫脲为硫源,水为溶剂,于160℃反应48h；具有最佳活性的光催化剂组成为In0.14Zn2.79S3;最佳投加量为0.8g/L;In2S3-ZnS光催化降解葡萄糖(0.08mol/L)制氢的最佳产氢活性达到503μmol/h·gcat,以0.35mol/L Na2S-0.25 mol/L K2SO3溶液作牺牲试剂时,其最佳产氢活性可达到1.4mmol/h·gcat。在In2S3-ZnS的基础上掺加Ni2+合成NiS-In2S3-ZnS光催化剂(表示为Zn2.79In0.14NixS3+x),对其进行表征结果显示：Ni2+的引入可以进一步使ZnS由闪锌矿转变为纤锌矿结构,并可以加强光催化剂的纳米多孔结构,增大其比表面积,Ni2+的引入还可以使In2S3-ZnS的吸收边往可见光区进一步红移,加强其可见光响应性能。对其进行光催化分解水制氢反应,结果表明：光催化剂的组成为Zn2.79In0.14Ni0.013S3.013时,最佳投加量为0.6g/L; NiS-In2S3-ZnS光催化降解葡萄糖(0.08mol/L)制氢的最佳产氢活性达到604μmol/h·gcat,以0.35mol/L Na2S-0.25mol/L K2SO3溶液作牺牲试剂时,其最佳产氢活性可达到1.79mmol/h·gcat。对光催化剂的稳定性考察结果显示：葡萄糖溶液做牺牲试剂时,光催化剂的产氢活性随反应时间的延长而降低,催化剂发生了腐蚀,不具备长期稳定性。以Na2S-K2SO3溶液作牺牲试剂时,光催化剂连续反应20小时可保持稳定的产氢活性,具备相当的稳定性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-28
  1.1 引言  11-12
  1.2 制氢技术简介  12
  1.3 光催化分解水制氢基本原理  12-14
  1.4 光催化分解水制氢的研究现状  14-21
    1.4.1 TiO_2可见光化的研究  14-16
      1.4.1.1 过渡金属离子掺杂  14-15
      1.4.1.2 非金属离子掺杂  15
      1.4.1.3 半导体复合  15-16
      1.4.1.4 染料光敏化  16
    1.4.2 高效稳定光催化材料的开发  16-19
      1.4.2.1 金属氧酸盐  16-17
      1.4.2.2 金属氮化物/氮氧化物及金属硫化物/硫氧化物光催化剂  17-18
      1.4.2.3 非金属元素光催化剂  18-19
      1.4.2.4 固溶体  19
    1.4.3 提高光生电子-空穴对的利用率  19-21
      1.4.3.1 贵金属负载  20
      1.4.3.2 氧化物负载  20-21
      1.4.3.3 添加牺牲试剂  21
  1.5 硫化锌固溶体复合材料在光催化制氢中的应用  21-26
    1.5.1 硫化锌的性质及用途  21-22
    1.5.2 纳米ZnS光催化制氢  22
    1.5.3 金属离子掺杂ZnS光催化制氢  22-23
    1.5.4 多元复合ZnS固溶体光催化制氢  23-26
  1.6 课题研究的目的及意义  26-28
第2章试验条件与方法  28-35
  2.1 试剂与仪器  28-29
    2.1.1 实验试剂  28-29
    2.1.2 实验仪器  29
  2.2 光催化剂的制备  29-30
    2.2.1 In_2S_3-ZnS光催化剂的制备  29-30
    2.2.2 NiS-In_2S_3-ZnS光催化剂的制备  30
  2.3 光催化剂的表征  30-33
    2.3.1 比表面积  30-32
    2.3.2 X-射线衍射(XRD)  32
    2.3.3 扫描电镜(SEM)  32-33
    2.3.4 电感耦合等离子体(ICP)  33
    2.3.5 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)  33
  2.4 光催化反应  33-35
第3章 In_2S_3-ZnS光催化分解水制氢的试验研究  35-54
  3.1 光催化剂的表征结果  35-41
    3.1.1 比表面积分析  35
    3.1.2 XRD分析  35-37
    3.1.3 SEM分析  37-39
    3.1.4 ICP分析  39-40
    3.1.5 UV-Vis吸收光谱分析  40-41
  3.2 以有机污染物为电子给体光催化分解水制氢的研究  41-48
    3.2.1 催化剂组成配比对产氢活性的影响  41-42
    3.2.2 制备方法对产氢活性的影响  42-43
    3.2.3 不同有机污染物下的产氢活性  43-44
    3.2.4 葡萄糖初始浓度对产氢活性的影响  44-45
    3.2.5 催化剂浓度对产氢活性的影响  45-46
    3.2.6 In_2S_3-ZnS降解有机物制氢的最佳活性考察  46-48
    3.2.7 催化剂的稳定性考察  48
  3.3 以S~(2-)-SO_3~(2-)体系为电子给体光催化分解水制氢的研究  48-52
    3.3.1 催化剂组成配比对产氢活性的影响  49
    3.3.2 制备方法对产氢活性的影响  49-51
    3.3.3 催化剂浓度对产氢活性的影响  51-52
    3.3.4 催化剂的稳定性考察  52
  3.4 小结  52-54
第4章 NiS-In_2S_3-ZnS光催化分解水制氢的试验研究  54-64
  4.1 光催化剂的表征结果  54-57
    4.1.1 ICP分析  54
    4.1.2 XRD分析  54-55
    4.1.3 比表面积分析  55-56
    4.1.4 UV-Vis吸收光谱分析  56-57
  4.2 光催化活性评价  57-62
    4.2.1 制备方法对产氢活性的影响  57-58
    4.2.2 催化剂浓度对产氢活性的影响  58-59
    4.2.3 牺牲试剂种类对产氢活性的影响  59-60
    4.2.4 催化剂的稳定性考察  60-62
  4.3 小结  62-64
第5章结论与建议  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 建议  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-74
攻读学位期间获得的科研成果  74

新型硫系固溶体光催化材料的制备及模拟太阳光催化制氢试验研究

内容摘要

全文目录

相似论文