基于過(guò)渡金屬催化劑的合成設(shè)計(jì)及其水氧化性能的研究.pdf

1、為了能夠解決人類目前面臨的嚴(yán)峻的能源危機(jī)問(wèn)題和因化石燃料的燃燒導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題，科學(xué)家認(rèn)為通過(guò)人工模擬光合作用進(jìn)行水裂解制備氫氣和氧氣從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程是一項(xiàng)行之有效的解決方案。其中，水氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)緩慢，成為水裂解研究的瓶頸，因此大量研究投入到開發(fā)高效，廉價(jià)，穩(wěn)定的水氧化催化劑。第一過(guò)渡金屬氧化物是一類極具潛力的水氧化催化劑，受到研究工作者的廣泛關(guān)注。但隨著對(duì)這類材料的探索，研究者將重點(diǎn)集中在機(jī)理的研究上，以便理論指導(dǎo)

2、實(shí)踐，進(jìn)一步提高其催化活性，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。另一方面，過(guò)渡金屬取代的多酸金屬氧酸鹽作為穩(wěn)定的均相分子催化劑，在機(jī)理研究方面的潛力被研究者們廣泛關(guān)注。因?yàn)樗鼈兙哂腥珶o(wú)機(jī)的配位結(jié)構(gòu)，因而可以承受水氧化反應(yīng)過(guò)程中的強(qiáng)氧化環(huán)境。Co、Ni、Cu等過(guò)渡金屬原子由于受到缺位雜多酸配體的影響會(huì)表現(xiàn)出特有的物理化學(xué)性質(zhì)。本文則主要在Co/Cu過(guò)渡金屬氧化物作為光催化水氧化催化劑和電催化水氧化催化劑的開發(fā)方面展開了研究工作，對(duì)含Co，Cu，Ni，Mn，Zn的

3、過(guò)渡金屬取代的POM的光催化水氧化性能也做了初步探索。主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1.合成、表征了一系列以MOF為犧牲模板劑的多孔Co3O4/CuO中空多面體納米籠復(fù)合材料，并優(yōu)化了Co/Cu比例。在Visible-light/Ru(bpy)32+/Na2S2O8光催化水氧化體系中，測(cè)試了上述材料的催化活性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多孔Co3O4/CuO中空多面體納米籠具有異質(zhì)結(jié)通過(guò)形成內(nèi)在電場(chǎng)加強(qiáng)了電子空穴的分離，在光驅(qū)動(dòng)水氧化中增強(qiáng)了光

4、催化產(chǎn)氧活性。
　　2.合成、表征了一系列具有相同形貌的多孔中空多面體納米籠材料：Cu-ZIF-T(Cu0.2Co2.8O4)，CuO/Co3O4和Co3O4，來(lái)探究不同修飾方法對(duì)于光催化、電催化產(chǎn)氧催化劑活性的影響。將Cu2+摻雜到Co3O4晶格中的催化劑Cu-ZIF-400和將CuO負(fù)載到Co3O4上的催化劑CuO/Co3O4具有比Co3O4更好的電、光催化產(chǎn)氧性能。并且探索了不同煅燒溫度對(duì)于催化劑Cu-ZIF-T活性的影響。