仿生形貌碳化物材料的合成與光催化制氫性能研究.pdf

1、利用太陽能將水分解成清潔無污染、可再生的氫氣，是解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源短缺問題的主要途徑之一。實(shí)現(xiàn)這一綠色目標(biāo)的根本手段是光催化技術(shù)，而半導(dǎo)體光催化劑則是光催化技術(shù)的關(guān)鍵與核心，碳、碳化硅及金屬碳化物等含碳材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。
　　本論文以此為研究對象，在對上述碳化物材料的制備、應(yīng)用等方面的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，遵循自下而上的生物模板合成機(jī)理，探索了簡單易行、無毒環(huán)保且經(jīng)濟(jì)高效的仿生材料合成策略。<

2、br>　　把桂花樹葉進(jìn)行處理后，以它的葉脈作為模板，后分別浸漬正硅酸四乙酯、鎢酸的氨溶液、氯化鐵溶液，經(jīng)過濾烘干后，放置于通高純氮?dú)獾墓苁綘t中煅燒至不同溫度制備了仿生碳化硅、碳化鎢和碳化鐵材料。用X射線衍射儀(XRD)、氮?dú)饷撐絻x(BET)、掃描電子顯微鏡(SEM)對所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，用電化學(xué)工作站、振動磁強(qiáng)計(jì)對它們的性能進(jìn)行測試，并將材料用于可見光制氫催化。
　　實(shí)驗(yàn)表明碳化物材料能完整的復(fù)制桂花葉脈結(jié)構(gòu)，合成的碳化鎢、

3、碳化硅和碳化鐵呈棒狀結(jié)構(gòu)，直徑約為100um，比表面積較大，分別為72.3m2/g、84.7m2/g和94.65m2/g，煅燒溫度對產(chǎn)物的合成具有關(guān)鍵影響，溫度偏低時存在氧化物雜質(zhì)，而當(dāng)溫度升高時，金屬碳化物材料將被還原為金屬單質(zhì)，且三種材料皆發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使顆粒增大。而純碳化物合成溫度中，碳化鐵的溫度最低，碳化硅的溫度最高，這是由于在碳化物合成的過程中加入可起到催化作用的金屬離子，將碳化物的合成溫度大大降低。
　　利用光生電流曲

4、線以及對羅丹明B染料降解指針反應(yīng)表征仿生形貌碳化物材料的光催化能力，碳化鐵的光生電流能力最大，碳化鎢最弱，而在染料光催化降解反應(yīng)中，碳化鐵的降解效率最高，280min后降解率達(dá)到98％，這是因?yàn)樘蓟飿?gòu)成的不同，碳化鐵的禁帶間隙最低為2.0 eV，可以吸收最多的可見光能，而碳化鎢的禁帶間隙最高為3.22 eV，吸收光能最少;在光催化制氫反應(yīng)中，碳化鐵的光催化性能最高，光照420 min后產(chǎn)氫量達(dá)到105μmol/g，這與光生電流及染料光