聚合物对可见光还原Ni2+制备纳米Ni性能及染料敏化制氢影响

摘要

面对化石燃料的短缺和日益增长的需求，太阳能光解水制氢引起了广大的关注。染料敏化是利用可见光制氢的一种重要方法。在染料敏化光催化制氢的体系中，选择高效的析氢助催化剂是非常重要的。Pt是目前使用最为广泛的析氢助催化剂。但Pt在地壳中含量稀少，价格昂贵，无法在大规模生产过程中使用。寻找地球含量丰富，价格低廉且高效的助催化来代替贵金属是目前染料敏化光催化制氢研究的一个重要方向。
　　金属Ni是一种地球含量丰富，价格低廉的析氢助催化剂。本论文以呫吨类染料曙红-Y（EY）为敏化剂，采用原位光还原法将Ni2+还原成纳米单质Ni。直接运用于染料敏化光催化制氢。向还原体系中加入聚乙烯醇（PVA）或羧甲基纤维素钠（CMC），一方面可以控制纳米Ni的生长过程，另一方面纳米Ni表面吸附的薄层聚合物可以促进光生电子从染料向助催化剂Ni的转移，提高其染料敏化制氢活性与稳定性。
　　第一部分，通过原位光还原法制备纳米单质Ni，并在还原体系中加入适量的PVA控制纳米Ni合成的过程。采用XRD（X射线粉末衍射）、FTIR（傅立叶红外）、TEM（透射电镜）、UV-Vis（紫外可见漫反射）等手段对Ni催化剂进行表征。结果发现，不加入PVA溶液时，所得到纳米Ni为球状粒子，而在加入PVA后，由于其模板导向作用，多数纳米镍呈现棒状。吸附在Ni表面的PVA能够促进光生电子从EY向棒状镍转移，从而提高其染料敏化制氢的活性和稳定性。在最佳优化条件下，其单色光表观量子效率（AQY）在420 nm处达到最大，为33.4％。
　　第二部分，同样采用光还原法制备纳米Ni，在原位光还原体系下加入适量的CMC。运用TEM、XRD、FTIR等分析手段对Ni催化剂进行表征。结果表明在CMC的存在下，可以控制合成尺寸更小的纳米Ni粒子。尺寸小的纳米Ni能够暴露更多的活性位点，提高其染料敏化制氢的活性；同时在催化剂的表面存在的薄层CMC加快EY向纳米Ni的转移，从而提高纳米Ni催化剂的染料敏化制氢活性和稳定性。在最佳优化条件下，其AQY在520 nm处达到最大，为20.9%。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 概述

1.2 太阳能光催化分解水制氢

1.3 染料敏化光催化制氢

1.4 纳米金属粒子助催化剂的控制合成

1.5 催化剂的性能评价：

1.6 选题依据及创新点

第2章 聚乙烯醇对可见光还原Ni2+制备纳米Ni性能及染料敏化制氢影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4机理讨论

2.5 本章小结

第3章 羧甲基纤维素钠对可见光还原Ni2+制备纳米Ni性能及染料敏化制氢影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4机理讨论

3.5 本章小结

第4章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果