β放射性及貴金屬對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響研究.pdf

1、 全日制學(xué)術(shù)型 全日制學(xué)術(shù)型研究生畢業(yè)論文 （申請(qǐng)碩士學(xué)位） 論 文 題 目 β 放射性及貴金屬對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響研究 學(xué) 位 申 請(qǐng) 人 王 玲 鈺 專 業(yè) 方 向 化學(xué) 研 究 方 向 放射化學(xué) 指 導(dǎo) 教 師 劉曉東 教授、崔大慶 研究員 2018

2、 年 6 月 11 日 摘要 I 東華理工大學(xué)研究生畢業(yè)（學(xué)位）論文中文摘要首頁(yè)用紙 畢業(yè)論文題目： β放射性及貴金屬對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響研究 化學(xué) 專業(yè) 2015 級(jí)碩士生姓名： 王玲鈺 指導(dǎo)教師（姓名、職稱） ： 劉曉東 教授、崔大慶 研究員 摘要 針對(duì)納米 TiO2 光催化劑存在的光譜響應(yīng)窄、光量子效率低

3、的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)具有高催化活性的材料，提高光量子化效率，從而提高光催化制氫效率。本論文以（Ru、Rh、Pd）貴金屬/二氧化鈦復(fù)合催化劑為研究對(duì)象，考察負(fù)載單金屬或多金屬時(shí)貴金屬對(duì)二氧化鈦催化光解水產(chǎn)氫的作用， 并通過(guò)理論計(jì)算探討作用機(jī)理。 為利用乏燃料后處理溶解過(guò)程產(chǎn)生的不溶殘?jiān)?β 放射性核素 Ru、Rh、Pd，論文進(jìn)一步探索了 β放射性與貴金屬對(duì) TiO2 光催化制氫的協(xié)同催化效應(yīng)。 以納米銳鈦礦相 TiO2 為載體，采用浸漬法和光還

4、原沉積法制備了系列貴金屬/TiO2 復(fù)合催化劑，通過(guò) SEM、TEM 和 BET 分析對(duì)比形貌、比表面積等變化，通過(guò)XRD、HRTEM 和 EDS 等表征，貴金屬成功負(fù)載在 TiO2 顆粒表面，且光還原沉積法比浸漬法更能使貴金屬均勻負(fù)載在 TiO2 上；UV-Vis DRS 分析表明貴金屬 Ru、Rh、Pd 的負(fù)載，增強(qiáng)了銳鈦礦 TiO2 對(duì) 400-552 nm 波長(zhǎng)范圍光的吸收。結(jié)合理論計(jì)算，負(fù)載貴金屬后銳鈦礦 TiO2（101）面

5、的態(tài)密度明顯平移，費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)，Ru（Rh、Pd）的 4d 軌道電子雜質(zhì)態(tài)位于價(jià)帶頂部及導(dǎo)帶底部， 使得禁帶寬度變窄， 吸收光譜紅移。 確定了光解水制氫活性評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)條件：甲醇為犧牲劑，V（甲醇）：V（去離子水）= 3:7，催化劑濃度為 0.5 mg· mL-1，系統(tǒng)恒溫 5℃，環(huán)境恒溫 25℃，氙燈與石英光窗的垂直距離為 3 cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①銳鈦礦 TiO2 的氫氣產(chǎn)率只有 24.9 μmol· g-1

6、83; h-1， 而復(fù)合催化劑， 催化活性最低的 0.5Ru/TiO2 （Ru 的負(fù)載量為 0.5 wt.%） ，氫氣產(chǎn)率為 731.3 μmol· g-1· h-1，0.5Rh-0.5Pd/TiO2（Rh、Pd 的負(fù)載量都為 0.5 wt.%）催化制氫速率則能達(dá)到 6532.1 μmol· g-1· h-1，貴金屬對(duì)二氧化鈦光催化活性有明顯的促進(jìn)作用；②Rh、Pd 雙金屬負(fù)載 TiO2 對(duì)光解水

7、產(chǎn)氫具有協(xié)同催化效應(yīng)，0.5Rh-0.5Pd/TiO2 催化效率較 0.5Rh/TiO2 和 0.5Pd/TiO2 催化效率之和提高了 37.2%；③浸漬法負(fù)載單金屬時(shí)，同一負(fù)載量時(shí)助催化效果由高到低依次是 Pd、Rh、Ru。 利用電子加速器模擬核素釋放β 射線， 自主研制了β 粒子輻照光催化制氫反應(yīng)器，搭建了 β 粒子輻照光催化裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①β 放射性提高了反應(yīng)過(guò)程中的光量子效率； ②β放射性累積劑量 19.5 kGy 時(shí)，