氧化亚铜改性二氧化钛的制备及其光电催化二氧化碳制甲醇的研究

发布时间：2020-04-24 23:05

【摘要】：二氧化碳作为温室气体的主要成分,逐渐成为了人类关注的焦点。利用光电催化技术,以水为氢源,将二氧化碳转化为对人类有用的小分子有机物,既可以解决能源危机又可以减缓温室效应,引起了各国科研工作者的极大兴趣。该技术利用清洁能源,以及自然界中丰富的二氧化碳作为碳源,既可以减少空气中二氧化碳的含量,减缓温室效应,又可以将二氧化碳转化为能源,是一项极有前景的技术。本研究以醋酸铜作为前躯体,水合肼作为还原剂,利用液相化学还原法,制备了氧化亚铜/二氧化钛复合材料,通过引入EDTA-2Na,使其吸附在二氧化钛表面,再和后续的铜离子形成络合物,通过还原作用使二氧化钛表面还原生成氧化亚铜。通过比表面仪(BET)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见吸收(UV-Vis)等表征手段对催化的结构和性能性进行了分析。表征结果显示,所制备材料粒径大小分布在29.16到116.62 nm之间,属于亚微米级别,纯度较高,材料由氧化亚铜和锐钛矿二氧化钛组成,单纯的氧化亚铜二氧化钛吸收波长为200nm到400nm,复合材料的吸收波长范围变为200nm到800nm,可见光响应性比单纯的二氧化钛有明显提高。本文以水为氢源,采用自己改进的光电催化反应器,研究了氧化亚铜/二氧化钛催化剂在不同p H条件下的光电催化还原二氧化碳的性能。将制备的氧化亚铜/二氧化钛催化剂做成电极固定于反应器的光电阳极。结果表明,制备的氧化亚铜/二氧化钛光电催化复合材料具有很好的可见光响应性。阴极和阳极的反应液均为250ml,阴极p H为12,通入二氧化碳气体的速率为20ml/min的条件下,甲醇最大生成量为1.635mg/L。
【图文】：

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捕获光子获得能量，被激发后产生电子，电子经外接电路会传导电阴极，阴极通入二氧化碳气体后就会被光生电子还原。还原和氧化产物被质子交换膜隔开，这就避免了还原产物被重新氧化。通常，光电池体系比光化体系效率更高，选择性更好。光电池体系有一个外部偏压，它可以使光生和空穴更好的分离[3]。因此，光电池体系可以比光电催化体系更好的还原二碳。光电催化体系的研究，解决了光生电子空穴，容易复合的难题，大大提高电催化还原二氧化碳的效率。目前大多数，光电催化体系的研究还是关于紫下，外部偏压存在的条件下的研究。紫外光是指波长在 380nm 以下的光，波长的光只占太阳光的 5%，因此，用紫外光进行光电催化作用，对太阳能用效率极低。施加外部偏压来研究光电催化反应，大大增加了生产成本。因求可见光下容易产生光生电子的催化材料，，成为了光电催化研究的首要任

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昆明理工大学硕士学位1.2 光电催化二氧化碳的原理光电催化体系和光电池体系在还原二氧化碳的反应过程中都包括三个关骤：(1)入射光能量要大于半导体能带隙才可以产生电子-空穴对；(2)光电催系中电子和空穴自由转移到光电催化剂表面，光电池中电子和空穴分别转移电阴极和阳极；(3)光生电子将二氧化碳还原成燃料，空穴将 H2O 氧化成上三个步骤中，前两个步骤与光解水相同。光解水和光还原二氧化碳的主要就是步骤(3)光生电子的表面反应。光电催化水中二氧化碳时通常伴随着质原和二氧化碳还原的竞争。首先，二氧化碳吸附到催化剂表面，光生电子转二氧化碳并进行一系列的化学反应，最终决定了产物的分配和光电催化的。二氧化碳的多级反应涉及 8 个电子和质子，及 C=O 键的断裂，和 C-H 键成。这些复杂的过程和不同反应路径导致了不同产物的生成。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ223.121;X701

【参考文献】