鐵氧化物光、電催化水和有機(jī)物氧化反應(yīng)的研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文鐵氧化物光＼電催化水和有機(jī)物氧化反應(yīng)的研究IrOn—based0xidesf6rthephotO—andelectrochemical0xidationOfwaterando唱anics學(xué)21307306完成日期：至Q!魚生三且至Z目大連理工大學(xué)DaliallUniVersityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要將太陽(yáng)能通過(guò)光驅(qū)動(dòng)水分解轉(zhuǎn)化為氫能是解決全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的理想方案。由于在熱力學(xué)上需要大量

2、的能量，且涉及到4個(gè)質(zhì)子和4個(gè)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過(guò)程，水氧化半反應(yīng)被認(rèn)為是整個(gè)水分解反應(yīng)的瓶頸。開發(fā)高效穩(wěn)定的水氧化催化劑至關(guān)重要?？紤]到未來(lái)大規(guī)模應(yīng)用，催化劑應(yīng)廉價(jià)易得，合成簡(jiǎn)單，在溫和的對(duì)環(huán)境友好的溶液中操作，且易于負(fù)載在光陽(yáng)極上。本論文采用簡(jiǎn)單的電沉積方法，從含有Fe2的中性碳酸鹽緩沖溶液中制備出高效的基于鐵的電催化水氧化催化劑。該催化劑(FeCi)在pH為975的02mo兒的碳酸鹽緩沖溶液中產(chǎn)生lOmA／cm2電流的過(guò)電位為5

3、60InV。在130VvsNHE偏壓，不加電阻補(bǔ)償?shù)臈l件下進(jìn)行恒電位電解，催化電流密度可在至少18小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定保持在4m～cm2左右。此外，F(xiàn)eCi的Tafel斜率僅有34Inv／dec，顯著低于以往報(bào)道的基于鐵的電催化劑。電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析表明，F(xiàn)e—Ci在決速步驟前涉及到一個(gè)2質(zhì)子2電子轉(zhuǎn)移的擬平衡過(guò)程。將FeCi負(fù)載在c【一Fe203上可在一定程度上增加值Fe203的光電催化活性。將有機(jī)物的選擇性氧化與質(zhì)子還原產(chǎn)氫偶合是另一種將太陽(yáng)能

4、轉(zhuǎn)化為氫能的方案。相對(duì)于直接水分解，這一反應(yīng)不僅在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上更容易實(shí)現(xiàn)，而且在制氫的同時(shí)可制備有用的化工產(chǎn)品。結(jié)合半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定性和分子催化劑的高選擇性，本論文以帶有羧酸吸附基團(tuán)的分子釕催化劑負(fù)載的0【Fe203作為復(fù)合催化劑。在可見(jiàn)光的驅(qū)動(dòng)和電子受體的存在下，可近100％地將苯甲硫醚選擇性地氧化為苯甲亞砜。相對(duì)于不帶吸附基團(tuán)的釕催化劑和c【一Fe203，復(fù)合催化劑的催化效果均有明顯提高，其中對(duì)芐醇脫氫反應(yīng)的效果可提升5倍。在半