鎢鍺雜多酸-TiO-,2-復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，氫氣作為唯一可再生的能源，但價格昂貴。制備氫氣的方法中唯有利用太陽能光催化分解H2O制氫技術(shù)可望獲得價格低廉的氫氣。利用太陽能光催化分解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。
　　 二氧化鈦負載Keggin結(jié)構(gòu)的雜多酸光催化劑被合成以來，對其研究與應用主要集中在對有機物及有機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合制劑，光分解水制取氫氣的研究和應用卻相對較少。本論文主

2、要進行負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-射線粉末衍射儀對所合成的產(chǎn)物TiO2的晶型結(jié)構(gòu)進行表征。從圖2-3中我們可以看到，所制備的納米級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Hitachi H-600透射電子顯微鏡TEM對產(chǎn)物的形貌進行了表征，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活性的TiO2負載型多金屬氧酸鹽雜化材料H4GeW12O40/TiO2和K8GeW11O39/TiO2。根據(jù)紅外光譜測試結(jié)果推斷在這類材料中，多金屬氧酸鹽與TiO2網(wǎng)絡之間存在化學作用，其結(jié)果是導致多金屬氧酸鹽分子被牢固地束縛在TiO2網(wǎng)絡的內(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驗中，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，在反應體系中均未檢測出水的還原產(chǎn)物氫氣，同時也未發(fā)現(xiàn)水溶液的體積有明顯的改變。然而，當用光輻射H4GeW12O40/TiO2或K8GeW11O39/TiO2粉末的水溶液形成的懸浮液時，體系中水的體積明顯降低，而且隨著時間的增加，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，兩種多金屬氧酸鹽催化材料對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反應。
　　 在以上兩種光催化材料中，同是負載型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)，負載缺位的雜多酸(鹽)由于降低了雜多酸(鹽)的半波電位，增強了雜多酸(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產(chǎn)氫速率的影響，圖3-3、圖3-5顯示，在相同實驗條件下，分別采用甲醇、乙醇、異丙醇作犧