鎢鍺雜多酸-TiO-,2-復(fù)合催化劑的制備及光催化分解水制氫的研究.pdf

1、面臨能源將枯竭的危險(xiǎn)，氫氣作為唯一可再生的能源，但價(jià)格昂貴。制備氫氣的方法中唯有利用太陽(yáng)能光催化分解H2O制氫技術(shù)可望獲得價(jià)格低廉的氫氣。利用太陽(yáng)能光催化分解H2O制氫技術(shù)的關(guān)鍵是獲得使H2O快速分解的高催化活性催化材料。
　　 二氧化鈦負(fù)載Keggin結(jié)構(gòu)的雜多酸光催化劑被合成以來(lái)，對(duì)其研究與應(yīng)用主要集中在對(duì)有機(jī)物及有機(jī)污染氣體的降解方面。而將不同的雜多酸制備成二氧化鈦復(fù)合制劑，光分解水制取氫氣的研究和應(yīng)用卻相對(duì)較少。本論文主

2、要進(jìn)行負(fù)載型鎢鍺雜多酸光催化劑的制備及催化性能研究，研究結(jié)果及主要結(jié)論如下：
　　 1.采用Rigaku D/max-IIB X-射線粉末衍射儀對(duì)所合成的產(chǎn)物TiO2的晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。從圖2-3中我們可以看到，所制備的納米級(jí)二氧化鈦以銳鈦礦晶型為主，金紅石晶型所占的比例比較小。通過(guò)Hitachi H-600透射電子顯微鏡TEM對(duì)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行了表征，從圖2-4中我們可以看到，納米二氧化鈦粒子尺寸均勻，表現(xiàn)了非常高的分散性。

3、r>　　 2.采用經(jīng)典酸化的方法制備Keggin型雜多酸。利用溶膠-凝膠技術(shù)，制備了兩種具有光化學(xué)活性的TiO2負(fù)載型多金屬氧酸鹽雜化材料H4GeW12O40/TiO2和K8GeW11O39/TiO2。根據(jù)紅外光譜測(cè)試結(jié)果推斷在這類材料中，多金屬氧酸鹽與TiO2網(wǎng)絡(luò)之間存在化學(xué)作用，其結(jié)果是導(dǎo)致多金屬氧酸鹽分子被牢固地束縛在TiO2網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部。
　　 3.Keggin結(jié)構(gòu)多金屬氧酸鹽光催化氧化水溶液產(chǎn)生氫氣光催化活性實(shí)驗(yàn)中，在

4、不光照的情況下，攪拌懸浮液24h以及不加催化劑而光照水溶液5h，在反應(yīng)體系中均未檢測(cè)出水的還原產(chǎn)物氫氣，同時(shí)也未發(fā)現(xiàn)水溶液的體積有明顯的改變。然而，當(dāng)用光輻射H4GeW12O40/TiO2或K8GeW11O39/TiO2粉末的水溶液形成的懸浮液時(shí)，體系中水的體積明顯降低，而且隨著時(shí)間的增加，水的體積逐漸降低，而水轉(zhuǎn)化為氫氣的轉(zhuǎn)化率明顯增高。這說(shuō)明，水的分解主要是由于光激發(fā)所致，與基態(tài)的催化氧化作用以及水的直接光解作用幾乎無(wú)關(guān)。
　

5、　 4.多金屬氧酸鹽的非均相光催化性能在H2O-H4GeW12O40/TiO2和H2O-K8GeW11O39/TiO2體系中進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在溫和條件下(常溫，常壓和自然酸度)，用近紫外區(qū)的光能輻射以上催化劑懸浮體系時(shí)，兩種多金屬氧酸鹽催化材料對(duì)光分解水制備氫氣都顯示了較高的活性。具有這種光催化活性的原因是.多金屬氧酸鹽本身的結(jié)構(gòu)特征，即，在近紫外區(qū)的光能輻射下，多金屬氧酸鹽中W-O-W橋鍵上可發(fā)生電子由O2p軌道向W5d空軌道

6、的躍遷，形成OMCT激發(fā)態(tài)，從而使催化劑被光活化而引起化學(xué)反應(yīng)。
　　 在以上兩種光催化材料中，同是負(fù)載型Keggin結(jié)構(gòu)雜多酸(鹽)，缺位的雜多酸鹽催化劑具有更高的催化活性(圖3-6)，負(fù)載缺位的雜多酸(鹽)由于降低了雜多酸(鹽)的半波電位，增強(qiáng)了雜多酸(鹽)的氧化能力。缺位的比飽和的產(chǎn)氫速率有所提高。
　　 5.比較不同犧牲試劑對(duì)產(chǎn)氫速率的影響，圖3-3、圖3-5顯示，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別采用甲醇、乙醇、異丙醇作犧