系列納米多孔InVO-,4-光催化劑的制備及其光解水產(chǎn)氫活性.pdf

1、利用太陽(yáng)能光催化分解水制取清潔的氫能源,對(duì)保持人類可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義,制備具有可見光活性的光催化劑一直是太陽(yáng)能分解水制氫研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。本論文旨在嘗試采用不同種類的模板劑,合成具有可見光響應(yīng)性能的系列納米多孔InVO4催化劑,以期提高光解水制氫反應(yīng)的效率。 本文嘗試通過兩種不同的途徑制備系列納米多孔InVO4光催化劑：一方面,以陽(yáng)離子表面活性劑CTAB及非離子表面活性劑P123、DDA、TDA和HDA作“軟模板劑

2、”,采用模板劑導(dǎo)向自組裝法制備納米多孔InVO4催化劑；另一方面,考慮到在高溫脫除軟模板劑過程中,催化劑的孔道容易塌陷,難以獲得規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu),以CNTs和SBA-15作硬模板,采用硬模板水熱合成法制備負(fù)載型InVO4催化劑。采用XRD、TEM、SEM、SAED、BET以及UV-Vis等表征手段對(duì)催化劑的晶相組成、表面形貌、比表面積和吸光性能等性質(zhì)進(jìn)行了表征,深入研究和討論了合成時(shí)無機(jī)源與模板劑的摩爾比、負(fù)載量、孔徑、pH值、晶化溫度、

3、晶化時(shí)間、溶劑萃取和煅燒溫度等合成條件對(duì)樣品的物理化學(xué)特性的影響。分別在紫外光及可見光的激發(fā)下,考察了系列納米多孔InVO4光催化劑分解水產(chǎn)氫的活性,并重點(diǎn)探討了負(fù)載NiOx和向體系中加入犧牲劑對(duì)產(chǎn)氫速率的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,軟模板劑法制備的系列InVO4催化劑具有多種不同的形貌：InVO4-CTAB具有典型的蟲孔狀結(jié)構(gòu),InVO4-P123具有層狀結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的層狀聚集體,而InVO4-RDA則為納米粒子。通過控

4、制煅燒溫度可以選擇性的制備不同晶相組成的InVO4光催化劑：600℃煅燒所得InVO4催化劑為純單斜晶相,900℃煅燒為純正交晶相,而700℃、800℃煅燒所得樣品為單斜和正交晶相的混晶相。InVO4-CTAB與InVO4-P123的比表面積分別達(dá)到65.7 m2g-1,79.5 m2g-1。軟模板劑法制備的納米多孔InVO4催化劑與固相燒結(jié)法制備的體相InVO4相比,在可見光區(qū)的吸光性能有較大的提高,吸收閾值擴(kuò)展到了800 nm。In

5、VO4-CTAB、InVO4-P123、InVO4-HDA在可見光激發(fā)下分解純水具有較高的活性,反應(yīng)4 h內(nèi)的平均產(chǎn)氫速率分別為100.4μmolg-1h-1,120.5μmolg-1h-1,65.8μmolg-1h-1,負(fù)載NiOx后,產(chǎn)氫速率明顯提高。 用硬模板法制備InVO4/CNTs及InVO4/SBA-15后,硬模板CNTs及SBA-15的管道和孔道結(jié)構(gòu)保持完整,InVO4在CNTs和SBA-15表面分布均勻,比表面積

6、分別達(dá)到102.1 m2g-1及213.1 m2g-1。在可見光激發(fā)下,20 wt％InVO4/CNTs-2040和50wt.％InVO4/SBA-15分解純水的平均產(chǎn)氫速率分別為156μmolg-1h-1和202.4μmolg-1h-1,加入犧牲劑甲醇后產(chǎn)氫速率明顯提高。InVO4/CNTs及InVO4/SBA-15的高的光催化活性與催化劑的高比表面積及晶相組成有關(guān)。 對(duì)本文制備的系列納米多孔InVO4催化劑的量子效率和能量轉(zhuǎn)

7、化效率進(jìn)行了計(jì)算和分析,按量子效率的大小排列依次為InVO4/SBA-15,InVO4/CNTs-2040,InVO4-P123,InVO4-CTAB,InVO4-HDA,InVO4-TDA,InVO4-DDA。其中,具有最佳催化活性的50 wt.％InVO4/SBA-15在可見光激發(fā)下,分解甲醇水溶液產(chǎn)氫時(shí)的量子效率和能量轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到10.54％和3.81％。從模板作用、晶相組成、吸光性能、助催化劑及犧牲劑幾個(gè)方面對(duì)催化劑產(chǎn)氫性能