MoP作析氢助催化剂染料敏化可见光催化制氢研究

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现如今全球能源危机和环境污染问题越来越严重,开发和利用可再生的新能源已迫在眉睫了。氢能是一种清洁和可再生新能源,而染料敏化就是一种常用的制氢手段。为了实现高效的染料敏化制氢活性,需要析氢助催化剂。其中Mo P就是一种高效的助催化剂。本文通过简单低温煅烧的方法制备出了Mo P将其作为染料敏化析氢助催化剂,并通过与g-C3N4复合、氧化刻蚀的方式来提高其染料敏化光催化制氢活性。论文主要由以下三部分组成:(一)研究了不同制备温度对Mo P结晶性、颗粒大小、比表面积、电阻、组成和催化活性的影响。研究表明,以EY为敏化剂,三甲胺为电子给体,反应温度为400℃时,制备的Mo P表现出了最高的可见光制氢活性(大约155μmol/h)和较好的稳定性。在420 nm时的表观量子效率达到48%。较高的光催化活性和稳定性可归因于其较好的结晶性,较高的Mo P含量及最有效的电子转移速率。(二)将Mo P与g-C3N4通过物理碾磨再低温热处理的方法制备得到Mo P/g-C3N4复合物。研究表明,g-C3N4负载Mo P后,敏化制氢活性有了明显的提高,EY-5 wt%Mo P/g-C3N4的活性是EY-Mo P(不加g-C3N4)的2倍多,比单纯的5 wt%Mo P/g-C3N4(没有敏化)提高了160多倍。活性的提高可以归结于可见光吸收强度的增加,以及EY、Mo P和g-C3N4三者之间高效的电子转移。(三)利用稀Na OH溶液中的溶解氧,对Mo P进行简单可控的晶面刻蚀,刻蚀过程中始终保证氧气的存在。我们发现,溶解在Na OH溶液中的氧对Mo P晶面的刻蚀具有选择性。相比(100)晶面,(001)晶面刻蚀程度更大,这是因为Mo P的(001)晶面表面能更高,容易被刻蚀,而(100)晶面表面能相对较低,所以刻蚀较缓慢。刻蚀后Mo P的(001)面和(100)面的晶粒尺寸都有所减小,比表面积增大,从而使得催化剂表面对EY的吸附增加,这是提高光催化产氢活性的关键因素。Mo P在碱洗刻蚀12 h后其产氢活性相比碱洗前提高了约70%。而在氮气氛围中碱洗时,其活性几乎保持不变。
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