催化剂设计实例

....存档日期： :辽宁石油化工大学专业课程设计课程名称：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿任课教师：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿完成日期：＿＿＿＿年＿＿＿月＿＿＿日专业：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿提高中光催化水分解光催化材料效率的半导体异质结型催CaFeO–PbBiNbWO设计24 2 1.90.19一、设想的描述1、光催化水分解的目的及应用价值。一。2、光催化分解水反响机理像其他的催化反响一样,光催化水的分解开头当一个半导体催化剂开头吸取2：1HO+2h+→2H++1/2O

(1)2复原反响：2H2e−→H2→

2+1/2O

(2)(3)2 2 2总的反响方程包括四个电子转移〔每生成摩尔氧气〕通常是通过金属和金属氧化物助催化剂〔在图中用cat1cat2〕附着在半导体外表。这些助能变化△G=237KJ/mol〔1.23eV每转移一个电子。实际上，一些超电势可以加1.6-1.8eV2.2eV。除此之外，为了复原(0VNHE),然而价电子带应当比水的氧化态更正(1.23VNHE)如图1。因此，可见光下水分解的催化材料应当满足这两个关于带隙能量〔1.6-1.8eV<Eg<2.2eV〕和能带的位置。1关于催化水分解原理的一种模型光催化分解水的热力学(g)+1/2O(g)ΔG0=237KJ/mol (4)2 2 2从理论上分析，分解水的能量转化系统，必需满足以下的热力学要求：1.23eV；催化剂必需能同时满足水的氧化半反响电势，Eox>1.23V(pH=0，NHE)和水的22能带构造同水分解电位的对应关系〔pH=0〕2各种半导体化合物的能带构造同水分解电位的对应关系光催化分解水的动力学在满足了热力学的要求之后，还有来自动力学方面的要求[3]：自然界的光合作用对HO4HO2 2催化剂上连续释放4个电子一步生成O，波长不大于680nm的光子就能诱放O2 2争论的人工产O多相催化体系，不管是利用紫外光的TiO、SrTi或利用可见光2 2WOCd3 S

不行能经过H·中间自由基，由于这一步骤的复原电位负：2 2H+＋e-→H·→1/2E0(H+/H·)=-2.1V(pH7,NHE) (5)因此，它只能经过双电子转移机制一步生成H：22H+＋2e-＋M→H·→H2

E0(H+/H)=-0.41V〔pH7,NHE〕 (6)2反响4-6具有较高的超电势，一般要用助催化剂来降低氢的超电势。Pd、PtRh等为低超电势金属〔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，但在水溶液中极易受到光腐蚀。还有一些光敏有机络合材料，如3二、构造与催化剂组分设计设计p-n结是在一块半导体中用掺杂的方法做成两个导电类型不同的局部。一般p-n结的两边是用同一种材料做成的，也称为“同质结”。广义上说，假设结两边p-n界面趋向于集中到p区域。当电子集中，使得n区域带正电。同样在靠近p-nnp-n界区域面四周失去和空穴向相反的方向集中。由于含铁化合物的禁带宽度一般都比较窄,在1.9～2.3eV[10],能吸取更多的可见光,因此在光催化领域越来越受到重视。CaFeO和SrFeO作24 7 1022为电极,能够光电催化分解水制取氢气[11,12]。具有尖晶石构造的ZnFeO具有24较高的光催化分解。水制氢力量,并且对可见光敏感[13]。由于CaFeO带隙能量24或许为1.9eV，且能够做为光电催化水分解中的电极所以我们选取CaFeO作为我24们p-n型半导体中p型的半导体。钙铁矿型或层状钙钦矿型氧化物具有较高的光催化活性,层状钙钦矿型氧HO2 2逸出的通道,当光照耀到层状钙钦矿型氧化物上时,在层内产生光生电子空穴对,电子与水在层间生成HOHO2 2 2 2生成，避开了由于反响点太近造成的氢氧复合,提高H生成。PbBiNbO是一种2 2 29Aurivillius-phase层状构造的钙钛矿，具有良好的光催化性能，通过氧化形式(WOTiOPbBiNbWO3 2 2 1.90.19两种半导体颗粒组合在一起形成p-nCaFeO–PbBiNbWO异质结型24 2 1.90.19响下，空穴移动到了p-CaFe2O4一侧，电子移动到了n-PbBiNbWO一侧。为2 1.90.19p型半导体处于一个光谱的范围。这些影响最终导致高的催化活性。催化剂制备根本的催化剂PbBiNbO合成承受的是传统的固态的合成法,所以用水泥把2 29纯度为99.999%PbO,BiO(99.99%)Nb粘合在一起.这些球形的粉末在在静态空气23 21123K24h。氧化形式的(WOTiO3 2成混合型的光催化剂。溶胶凝胶路线被承受为了合成CaFeO纳米粒子.按肯定2499.999%Ca(NO·4HOFe(NO·9HO30NH32 2 33 2 324小时.CaFeO/PbBiNbWO是由PbBiNbWO和24 2

2−xx9

2 1.9

0.19CaFeO在150◦C下通过七天的热水处理得到的,目的是使质量百分含量为2%的24

O24 2 1.90.19PbBNbTOWi2 2−xix9反响器的根本的压力是在10-3托,操作压力在0.1-1托这个范围之内在W的沉淀过程中。白色的钨盐即W(CO)又高的气相分压被用来被用来做金属氧化物的气6相沉积.固体的六羰基钨被放在一个不锈钢的鼓泡器中.在钨的沉积过程中,鼓泡器的温度始终维持在80110450500间.产生的金属钨负载在PbBiNbTixO

25μmol/s473K1h。催化剂的表征

2 2x 9出几种不同但又相互联系的信息，即化学组成、构造、形貌等，对于催化剂的制烧温度，了解催化剂的性质，探讨其可见光响应的缘由和光催化机理。(TGA,DTA)热重分析(TGA)是在程序温度掌握下测量试样的重量随温度变化的一种技术。热TGTGX-射线衍射(XRD)X-射线衍射(XRD)是表征催化剂构造的一种有力工具，通过XRD技术可以用催化剂的晶型以及晶粒的大小等构造。紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)UV-VisDRS吸光性能，由测定数据还可以估算出半导体的禁带宽度。XPSX-射线光电子能谱(XPS)X通过测量外表原子结合能的变化，可以间接得出外表原子化学态的变化，因此XPSSEM、TEM可显示。1高强度辐照处于480nm，向长波端渐渐减弱。但是由于太阳光的强度和照耀时日光的抱负光源。它在220~800nm的范围内为连续光谱，强度最大的区域为800~1000nm。密闭反响体系光催化反响装置1．N2

3光催化分解水制氢的密闭反响体系装置示意图入口2.N3.取样口4567150W高压球形2氙灯 [14]两局部用一个磨口玻璃接头连接。上部的集气系统由500mL的三口烧瓶改装有8cm2，W〕20cm，出射口置一凸透镜以得纯氮置换体系中的空气。流淌反响体系光催化反响装置150W

反响液4光催化分解水制氢的流淌反响体系装置示意图4光催化分解水制氢的流淌反响体系装置示意图1．CO2.COH34562高压球形氙灯22[14]积为8cm2，光催化剂和反响溶液装在这里在光的照耀和搅拌子的搅拌下进展光〔150W〕20cm，出射口置一凸透镜以得到平行光束。光催化反响与测试系统图5光催化反响与测试系统示意图123456

[15]1高纯氩气2真空泵3冷阱4光催化反响器55A液的吸光性能由紫外可见光分光光度计来测定。2、验证明验内容2.1催化剂活性验证3是在Pyrex玻璃反响器中〔λ>300nm的光透过〕进展。测前，取0.2g

HO(170mL)+CHOH(30mL)溶液放入反响24 2 1.90.19 2 3器中，利用气泵将反响中的空气排出。测定时，使用500W的氙灯作为光源，反应器置于水浴中冷却保室温，并用磁力搅拌器进展搅拌。每次照耀3h供给。四、小结〔结论〕异质结半导体作为一种有效的方法来制造一种高效率的催化剂促进水在可见氢的效率太低，同时间催化效率获得是通过牺牲了药剂系统(CHOHAgNO)，这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.金振声,李庆霖.关于利用太阳能光解水制氢的争论.化学进展[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

composite34 2 34 2 2catalystsformethanecombustion:Correlationbetweenmorphologyreductionpropertiesandcatalyticactivity.CatalysisCommunications[J],2023,6(5):329-336[10]MatsumotoY.EnergyPositionsofOxideSemiconductorsandPho-tocatalysiswithIronComplexOxides.JSolidStateChem,1996,126(2):227～234MatsumotoY,SugiyamaK,SatoE.PhotocathodicHydrogenEvo-lutionReactionsatp-TypeCaFeOElectrodeswithFermiLevelPinning.JElectrochemSoc,1988,13524(1):98～104MatsumotoY,OmaeM,Sugiy