【摘 要】
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光催化分解水制氢是洁净化制氢的理想途径之一。n-p复合催化剂是具有较好应用前景的光催化剂类型。WO3能吸收可见光,稳定性较好,且价带顶电位较EH2O/O2更正,是较有前途的n型半导体物质。其中,复合催化剂的制备方法及制备条件,因影响被复合单体间的结合情况及有效复合单元的数量,进而会影响其光催化性能。论文以钨酸钠和钨酸铵为原料,在无机酸化剂硝酸与钨原子摩尔比为2.8∶1.0的情况下,水热法合成了WO
【基金项目】
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国家自然科学基金(批准号21076058); 河北省自然科学基金(批准号B2014202004);
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光催化分解水制氢是洁净化制氢的理想途径之一。n-p复合催化剂是具有较好应用前景的光催化剂类型。WO3能吸收可见光,稳定性较好,且价带顶电位较EH2O/O2更正,是较有前途的n型半导体物质。其中,复合催化剂的制备方法及制备条件,因影响被复合单体间的结合情况及有效复合单元的数量,进而会影响其光催化性能。论文以钨酸钠和钨酸铵为原料,在无机酸化剂硝酸与钨原子摩尔比为2.8∶1.0的情况下,水热法合成了WO3。借助X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射、拉曼光谱等表征手段,考察了有机酸辅助试剂类型及用量、钨源类型、水热反应时间、水热反应温度及水热样品的热处理对WO3晶相与形貌的影响,进而对相应WO3与同一批用燃烧法合成所得CuCrO2,用同样方法和条件复合制得WO3-CuCrO2复合催化剂光催化性能的影响。确定出:在本论文实验范围内,WO3适宜的水热制备条件为:苹果酸作辅助试剂,钨酸钠为钨源,苹果酸与钨原子的摩尔比为0.8∶1.0,水热反应温度为200℃,水热反应时间为16 h。研究发现,水热反应所得WO3需通过热处理改善其结晶完整性,进而改善WO3-CuCrO2的光催化产氢活性。论文探讨了苹果酸辅助下水热反应过程中WO3的转化机制,该转化机制未见有文献报道。论文考察了WO3-CuCrO2的制备方法及制备条件对复合催化剂光催化分解水制氢性能的影响。确定出机械研磨法制备WO3-CuCrO2复合催化剂的适宜条件为:WO3固体粉末先用p H值为6的硝酸的醇溶液处理,CuCrO2固体粉末先用p H值为12的氨水的醇溶液处理,而后,按WO3与CuCrO2的摩尔比为1.2∶1.0,将两种固体粉末混合、研磨、干燥,再于空气氛围下500℃焙烧1.5 h。论文进而探讨了Ag负载对WO3-CuCrO2光催化剂的助催化作用,考察了Ag的负载方式、负载量对复合催化剂光催化产氢性能的影响。发现Ag对WO3-CuCrO2有显著的助催化作用,Ag适宜的负载方式及负载量为:分别在WO3和CuCrO2的表面负载相当于WO3(6)-CuCrO2(12)总质量0.2 wt%的金属Ag,并且分别在WO3和CuCrO2制备的最后一次热处理前,将对应量的硝酸银溶液用等体积浸渍的方法负载于WO3和CuCrO2的表面。如此负载方式,鲜见报道。负载后的WO3和CuCrO2,再按前述适宜条件制得复合催化剂,记为:0.2 wt%Ag/(500℃-2 h-WO3)-0.2 wt%Ag/(800℃-3h-CuCrO2)。最后考察了0.2 wt%Ag/(500℃-2 h-WO3)-0.2 wt%Ag/(800℃-3 h-CuCrO2)在300 W氙灯和250 W高压汞灯照射下,光催化分解纯水的产氢性能。结果发现,该样品均表现出良好的光催化稳定性。
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