鈷基水氧化催化劑的合成、表征以及催化性能的研究.pdf

1、為了解決當(dāng)前的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，清潔可再生能源的開(kāi)發(fā)變得愈來(lái)緊迫?？茖W(xué)家們認(rèn)為通過(guò)模擬光合作用裂解水制備氫氣是最佳可行的方案之一。水氧化是一個(gè)復(fù)雜緩慢的過(guò)程，并且水氧化是全分解水的瓶頸。因此科學(xué)家們嘗試設(shè)計(jì)各樣的催化劑來(lái)加速這一過(guò)程。其中含鈷氧化物因其廉價(jià)富產(chǎn)且活性好而被視為水氧化的理想催化劑之一。就當(dāng)前而言，科學(xué)家對(duì)于含鈷水氧化催化劑的研究時(shí)間較短，尚有一大部分含鈷物質(zhì)未被用于水氧化研究。考慮到了含鈷氧化物鐵磁性較差不利于其回收

2、?；谶@一點(diǎn)，引入強(qiáng)鐵磁性的化合物會(huì)使得催化劑便于回收利用。關(guān)于含鈷的水氧化催化劑活性位點(diǎn)的研究相對(duì)比較少。通過(guò)摻雜不同雜原子來(lái)影響催化劑的活性，進(jìn)而判斷活性位點(diǎn)與固相催化劑內(nèi)部原子之間的相互作用。除此之外，我們合成了一些單鈷的金屬有機(jī)配合物，研究了它們的光催化水氧化性能?；谝陨蠋c(diǎn)論述，本文主要在以下四個(gè)方面開(kāi)展工作：
　　1、合成了一個(gè)六邊形傘狀結(jié)構(gòu)的Co3V2O8，并對(duì)該催化劑進(jìn)行了一系列的表征。在[Ru(bpy)3]2+

3、/Na2S2O8光催化水氧化體系中，Co3V2O8的表觀TOF值和產(chǎn)氧的初始速率分別為10.9μmol s-1 m-2和31.7μmol s-1 g-1。
　　2、考慮到Co3V2O8在循環(huán)利用中有部分流失，我們通過(guò)簡(jiǎn)單水熱共沉淀法合成了強(qiáng)鐵磁性的NiO/CoO/Fe2O3復(fù)合材料。該復(fù)合材料由于三組分粘合在一起產(chǎn)生了表面電荷效應(yīng)，從而促進(jìn)了催化劑活性。由于該復(fù)合材料具有很強(qiáng)的鐵磁性，因此該復(fù)合材料在多次循環(huán)中活性依舊保持良好。<

4、br>　　3、基于對(duì)前兩個(gè)催化劑的設(shè)計(jì)和研究，我們嘗試將不同雜原子（Ni、Cu、Zn）摻雜到Co3O4的晶格中。通過(guò)對(duì)ACo2O4樣品進(jìn)行光催化、電催化和化學(xué)催化的水氧化研究，得到了一個(gè)非常有趣的活性規(guī)律順序：NiCo2O4> CuCo2O4>ZnCo2O4?；谶@一活性規(guī)律，我們對(duì)催化劑內(nèi)部協(xié)同作用和活性位點(diǎn)進(jìn)行了研究。
　　4、除了以上對(duì)鈷基氧化物的研究，我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)單核含鈷金屬配合物，并對(duì)其水氧化活性和穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。