基于過渡金屬催化劑的合成設(shè)計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峻的能源危機問題和因化石燃料的燃燒導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，科學(xué)家認為通過人工模擬光合作用進行水裂解制備氫氣和氧氣從而實現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過程是一項行之有效的解決方案。其中，水氧化過程動力學(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，穩(wěn)定的水氧化催化劑。第一過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。但隨著對這類材料的探索，研究者將重點集中在機理的研究上，以便理論指導(dǎo)

2、實踐，進一步提高其催化活性，實現(xiàn)工業(yè)化。另一方面，過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，在機理研究方面的潛力被研究者們廣泛關(guān)注。因為它們具有全無機的配位結(jié)構(gòu)，因而可以承受水氧化反應(yīng)過程中的強氧化環(huán)境。Co、Ni、Cu等過渡金屬原子由于受到缺位雜多酸配體的影響會表現(xiàn)出特有的物理化學(xué)性質(zhì)。本文則主要在Co/Cu過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，對含Co，Cu，Ni，Mn，Zn的

3、過渡金屬取代的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)通過形成內(nèi)在電場加強了電子空穴的分離，在光驅(qū)動水氧化中增強了光

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，來探究不同修飾方法對于光催化、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于催化劑Cu-ZIF-T活性的影響。