催化劑設(shè)計實(shí)例

....存檔日期： :遼寧石油化工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計課程名稱：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿任課教師：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿完成日期：＿＿＿＿年＿＿＿月＿＿＿日專業(yè)：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿學(xué)號：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿成績：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿提高中光催化水分解光催化材料效率的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)型催CaFeO–PbBiNbWO設(shè)計24 2 1.90.19一、設(shè)想的描述1、光催化水分解的目的及應(yīng)用價值。一。2、光催化分解水反響機(jī)理像其他的催化反響一樣,光催化水的分解開頭當(dāng)一個半導(dǎo)體催化劑開頭吸取2：1HO+2h+→2H++1/2O

(1)2復(fù)原反響：2H2e?→H2→

2+1/2O

(2)(3)2 2 2總的反響方程包括四個電子轉(zhuǎn)移〔每生成摩爾氧氣〕通常是通過金屬和金屬氧化物助催化劑〔在圖中用cat1cat2〕附著在半導(dǎo)體外表。這些助能變化△G=237KJ/mol〔1.23eV每轉(zhuǎn)移一個電子。實(shí)際上，一些超電勢可以加1.6-1.8eV2.2eV。除此之外，為了復(fù)原(0VNHE),然而價電子帶應(yīng)當(dāng)比水的氧化態(tài)更正(1.23VNHE)如圖1。因此，可見光下水分解的催化材料應(yīng)當(dāng)滿足這兩個關(guān)于帶隙能量〔1.6-1.8eV<Eg<2.2eV〕和能帶的位置。1關(guān)于催化水分解原理的一種模型光催化分解水的熱力學(xué)(g)+1/2O(g)ΔG0=237KJ/mol (4)2 2 2從理論上分析，分解水的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，必需滿足以下的熱力學(xué)要求：1.23eV；催化劑必需能同時滿足水的氧化半反響電勢，Eox>1.23V(pH=0，NHE)和水的22能帶構(gòu)造同水分解電位的對應(yīng)關(guān)系〔pH=0〕2各種半導(dǎo)體化合物的能帶構(gòu)造同水分解電位的對應(yīng)關(guān)系光催化分解水的動力學(xué)在滿足了熱力學(xué)的要求之后，還有來自動力學(xué)方面的要求[3]：自然界的光合作用對HO4HO2 2催化劑上連續(xù)釋放4個電子一步生成O，波長不大于680nm的光子就能誘放O2 2爭論的人工產(chǎn)O多相催化體系，不管是利用紫外光的TiO、SrTi或利用可見光2 2WOCd3 S

不行能經(jīng)過H·中間自由基，由于這一步驟的復(fù)原電位負(fù)：2 2H+＋e-→H·→1/2E0(H+/H·)=-2.1V(pH7,NHE) (5)因此，它只能經(jīng)過雙電子轉(zhuǎn)移機(jī)制一步生成H：22H+＋2e-＋M→H·→H2

E0(H+/H)=-0.41V〔pH7,NHE〕 (6)2反響4-6具有較高的超電勢，一般要用助催化劑來降低氫的超電勢。Pd、PtRh等為低超電勢金屬〔0.1～0.3V，催化活性最高[4-6]Fe、Ni、Co，活性次之[7][8][9]。、CdS、Si的匹配，但在水溶液中極易受到光腐蝕。還有一些光敏有機(jī)絡(luò)合材料，如3二、構(gòu)造與催化劑組分設(shè)計設(shè)計p-n結(jié)是在一塊半導(dǎo)體中用摻雜的方法做成兩個導(dǎo)電類型不同的局部。一般p-n結(jié)的兩邊是用同一種材料做成的，也稱為“同質(zhì)結(jié)”。廣義上說，假設(shè)結(jié)兩邊p-n界面趨向于集中到p區(qū)域。當(dāng)電子集中，使得n區(qū)域帶正電。同樣在靠近p-nnp-n界區(qū)域面四周失去和空穴向相反的方向集中。由于含鐵化合物的禁帶寬度一般都比較窄,在1.9～2.3eV[10],能吸取更多的可見光,因此在光催化領(lǐng)域越來越受到重視。CaFeO和SrFeO作24 7 1022為電極,能夠光電催化分解水制取氫氣[11,12]。具有尖晶石構(gòu)造的ZnFeO具有24較高的光催化分解。水制氫力量,并且對可見光敏感[13]。由于CaFeO帶隙能量24或許為1.9eV，且能夠做為光電催化水分解中的電極所以我們選取CaFeO作為我24們p-n型半導(dǎo)體中p型的半導(dǎo)體。鈣鐵礦型或?qū)訝钼}欽礦型氧化物具有較高的光催化活性,層狀鈣欽礦型氧HO2 2逸出的通道,當(dāng)光照耀到層狀鈣欽礦型氧化物上時,在層內(nèi)產(chǎn)生光生電子空穴對,電子與水在層間生成HOHO2 2 2 2生成，避開了由于反響點(diǎn)太近造成的氫氧復(fù)合,提高H生成。PbBiNbO是一種2 2 29Aurivillius-phase層狀構(gòu)造的鈣鈦礦，具有良好的光催化性能，通過氧化形式(WOTiOPbBiNbWO3 2 2 1.90.19兩種半導(dǎo)體顆粒組合在一起形成p-nCaFeO–PbBiNbWO異質(zhì)結(jié)型24 2 1.90.19響下，空穴移動到了p-CaFe2O4一側(cè)，電子移動到了n-PbBiNbWO一側(cè)。為2 1.90.19p型半導(dǎo)體處于一個光譜的范圍。這些影響最終導(dǎo)致高的催化活性。催化劑制備根本的催化劑PbBiNbO合成承受的是傳統(tǒng)的固態(tài)的合成法,所以用水泥把2 29純度為99.999%PbO,BiO(99.99%)Nb粘合在一起.這些球形的粉末在在靜態(tài)空氣23 21123K24h。氧化形式的(WOTiO3 2成混合型的光催化劑。溶膠凝膠路線被承受為了合成CaFeO納米粒子.按肯定2499.999%Ca(NO·4HOFe(NO·9HO30NH32 2 33 2 324小時.CaFeO/PbBiNbWO是由PbBiNbWO和24 2

2?xx9

2 1.9

0.19CaFeO在150?C下通過七天的熱水處理得到的,目的是使質(zhì)量百分含量為2%的24

O24 2 1.90.19PbBNbTOWi2 2?xix9反響器的根本的壓力是在10-3托,操作壓力在0.1-1托這個范圍之內(nèi)在W的沉淀過程中。白色的鎢鹽即W(CO)又高的氣相分壓被用來被用來做金屬氧化物的氣6相沉積.固體的六羰基鎢被放在一個不銹鋼的鼓泡器中.在鎢的沉積過程中,鼓泡器的溫度始終維持在80110450500間.產(chǎn)生的金屬鎢負(fù)載在PbBiNbTixO

25μmol/s473K1h。催化劑的表征

2 2x 9出幾種不同但又相互聯(lián)系的信息，即化學(xué)組成、構(gòu)造、形貌等，對于催化劑的制燒溫度，了解催化劑的性質(zhì)，探討其可見光響應(yīng)的緣由和光催化機(jī)理。(TGA,DTA)熱重分析(TGA)是在程序溫度掌握下測量試樣的重量隨溫度變化的一種技術(shù)。熱TGTGX-射線衍射(XRD)X-射線衍射(XRD)是表征催化劑構(gòu)造的一種有力工具，通過XRD技術(shù)可以用催化劑的晶型以及晶粒的大小等構(gòu)造。紫外-可見漫反射光譜(UV-VisDRS)UV-VisDRS吸光性能，由測定數(shù)據(jù)還可以估算出半導(dǎo)體的禁帶寬度。XPSX-射線光電子能譜(XPS)X通過測量外表原子結(jié)合能的變化，可以間接得出外表原子化學(xué)態(tài)的變化，因此XPSSEM、TEM可顯示。1高強(qiáng)度輻照處于480nm，向長波端漸漸減弱。但是由于太陽光的強(qiáng)度和照耀時日光的抱負(fù)光源。它在220~800nm的范圍內(nèi)為連續(xù)光譜，強(qiáng)度最大的區(qū)域?yàn)?00~1000nm。密閉反響體系光催化反響裝置1．N2

3光催化分解水制氫的密閉反響體系裝置示意圖入口2.N3.取樣口4567150W高壓球形2氙燈 [14]兩局部用一個磨口玻璃接頭連接。上部的集氣系統(tǒng)由500mL的三口燒瓶改裝有8cm2，W〕20cm，出射口置一凸透鏡以得純氮置換體系中的空氣。流淌反響體系光催化反響裝置150W

反響液4光催化分解水制氫的流淌反響體系裝置示意圖4光催化分解水制氫的流淌反響體系裝置示意圖1．CO2.COH34562高壓球形氙燈22[14]積為8cm2，光催化劑和反響溶液裝在這里在光的照耀和攪拌子的攪拌下進(jìn)展光〔150W〕20cm，出射口置一凸透鏡以得到平行光束。光催化反響與測試系統(tǒng)圖5光催化反響與測試系統(tǒng)示意圖123456

[15]1高純氬氣2真空泵3冷阱4光催化反響器55A液的吸光性能由紫外可見光分光光度計來測定。2、驗(yàn)證明驗(yàn)內(nèi)容2.1催化劑活性驗(yàn)證3是在Pyrex玻璃反響器中〔λ>300nm的光透過〕進(jìn)展。測前，取0.2g

HO(170mL)+CHOH(30mL)溶液放入反響24 2 1.90.19 2 3器中，利用氣泵將反響中的空氣排出。測定時，使用500W的氙燈作為光源，反應(yīng)器置于水浴中冷卻保室溫，并用磁力攪拌器進(jìn)展攪拌。每次照耀3h供給。四、小結(jié)〔結(jié)論〕異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體作為一種有效的方法來制造一種高效率的催化劑促進(jìn)水在可見氫的效率太低，同時間催化效率獲得是通過犧牲了藥劑系統(tǒng)(CHOHAgNO)，這3 3低。[1]J.S.Lee,Catal.Surv.Asia9(2023)217–227.T.Sakata,in:N.Serpone,E.Pelizzetti(Eds.),Photocatalysis:FundamentalsandApplications,Wiley,NewYork,1989.金振聲,李慶霖.關(guān)于利用太陽能光解水制氫的爭論.化學(xué)進(jìn)展[J],1992,(01):130-138[4]Y.Miseki,H.KatoandA.Kudo.WatersplittingintoHandOoverCsNbO2 2 2 411photocatalyst.ChemLett[J],2023,34(1):54-55[5]Y.He,Y.ZhuandN.Wu.SynthesisofnanosizedNaTaOinlowtemperatureandits3photocatalyticperformance.JSolidStateChem[J],2023,177(11):3868-3872[6]Q.ZhangandL.Gao.TaNNanoparticleswithEnhancedPhotocatalyticEfficiency35underVisibleLightIrradiation.Langmuir[J],2023,20(22):9821-9[7]Z.G.Zou,J.L.LiandY.Wu,TheStudyofSelf-PropagatingHigh-TemperatureSynthesis of TiC-AlO/Fe Composites from Natural23Ilmenite[B].Zurich-Uetikon,2023,280-283:1103-1106.[8]Z.G.Zou,J.H.Ye,K.Sayama,etal.PhotocatalytichydrogenandoxygenformationundervisiblelightirradiationwithM-dopedInTaO4(M=Mn,Fe,Co,NiandCu)photocatalysts.JPhotochPhotobioA[J],2023,148(1-3):65-69[9]L.F.Liotta,G.DiCarlo,G.Pantaleo,etal.CoO/CeOandCoO/CeO-ZrO

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