光还原法合成graphene和MoS2共修饰的TiO2光催化剂及光催化制氢研究毕业论文
2021-03-10 23:23:47
摘 要
随着工业化的讯速发展，不可再生的化石能源的需求量逐渐增大，同时也因此产生了各类污染性的问题。空气与水污染的问题已经开始对我们的平时生活产生了一些不良影响。自1972年，藤岛和本田两位教授在研究中首次发现当紫外光照射在TiO2电极上时可以分解水，产生氢气，半导体光催化技术也因为其可以利用再生能源，处理环境污染问题，逐步开始引起人们的普遍关注。二氧化钛纳米材料，由于它具有化学性质稳定、价格便宜以及资源非常丰富等巨大优势，二氧化钛光催化剂便被人们所熟知并投以广泛关注。然而二氧化钛因其禁带宽度的影响，只可以吸纳占太阳发射的不到5%的紫外光，且紫外光照射二氧化钛后产生的电子空穴对很容易在其表面复合，使得表面缺少相关反应的活性位点。这些妨碍了二氧化钛纳米材料在社会上的发展与利用。
为了能够顺利解决这些问题，本课题拟通过使用光还原的方法来制备具有良好光催化活性的TiO2-rGO-MoS2复合光催化剂。其主要特点在于还原石墨烯能作为有效的电子传输体将光生电子传输至具有高催化活性的二硫化钼助催化剂上，这种协同的作用可以导致其光催化活性显著的提升，从而能够显著提高产氢效率，达到我们的要求。本论文主要内容包括：（1）TiO2-rGO-MoS2复合光催化剂的制备；（2）TiO2-rGO-MoS2复合光催化剂的结构表征；（3）TiO2-rGO-MoS2复合光催化剂的催化性能和催化机理研究。
结果表明：（1）石墨烯的加入有助于提升二氧化钛的光催化制氢性能（2）加入(NH4)2[MoS4]也会使性能提升。（2）TiO2-rGO-MoS2的制氢性能最好，但是(NH4)2[MoS4]加过量反而会抑制制氢性能。
关键词：光催化制氢 二氧化钛 材料复合 机理分析
Abstract
With the rapid development of industrialization, the demand for non renewable fossil fuels has gradually increased, and consequently all kinds of pollution problems have been created. The problem of air and water pollution has begun to have some adverse effects on our daily life. Since 1972, two professors tengdao and Honda found that when the UV irradiation on TiO2 electrode can decompose water to produce hydrogen for the first time in the study, the semiconductor photocatalytic technology because of its use of renewable energy to solve environmental pollution problems, gradually aroused people's universal attention. Titanium dioxide nanomaterials, due to its advantages such as stable chemical properties, cheap price and abundant resources, have been well known and attracted wide attention. However, due to the impact of the band gap of TiO2, can only absorb solar emission accounted for less than 5% of the ultraviolet, electron hole and UV irradiation of TiO2 to produce composite easily on the surface, making the surface active sites related to the lack of response. These hinder the development and utilization of TiO2 nanomaterials in the society.
In order to successfully solve these problems, this thesis intends to prepare TiO2-rGO-MoS2 composite photocatalysts with good photocatalytic activity by photoreduction. The utility model is characterized in that the catalyst molybdenum disulfide reduction of graphene can be used as electronic transmission efficiently will transfer photogenerated electrons to high catalytic activity, this synergistic effect can lead to enhance its photocatalytic activity significantly, which can significantly improve the efficiency of hydrogen production, to meet our requirements. The main contents of this thesis include: (1) TiO2-rGO-MoS2 composite photocatalyst was prepared; (2) the structural characterization of TiO2-rGO-MoS2 composite photocatalyst; (3) study on the catalytic properties and catalytic mechanism of TiO2-rGO-MoS2 composite photocatalyst
The results show that: (1) the addition of Shi Moxi can improve the photocatalytic hydrogen production performance of TiO2 (2) adding (NH4) 2[MoS4] will also improve the performance. (2) hydrogen production from TiO2-rGO-MoS2 is the best, but (NH4) 2[MoS4] excess will lead to inhibition of hydrogen production.
Key words: photocatalytic hydrogen production, Titania， material recombination ，mechanism analysis
目 录
摘 要 II
Abstract III
第1章 绪论 3
1.1研究背景 3
1.2半导体光催化材料 4
1.2.1半导体的能带 4
1.2.2半导体光催化原理 4
1.3二氧化钛光催化材料 5
1.3.1二氧化钛的结构和基本性质 5
1.3.2二氧化钛纳米材料的制备方法 5
1.3.2.3水热或溶剂热法 6
1.3.2.4气相反应法 6
1.3.2.5微乳液法 6
1.3.3影响TiO2光催化性能的问题 7
1.4提高 TiO2光催化的有效途径 7
1.4.1添加牺牲剂 7
1.4.2 贵金属沉积 7
1.4.3 金属离子的掺杂改性 8
1.4.4非金属离子的掺杂改性 8
1.4.5半导体复合改性方法 9
1.4.6 光敏化 9
1.4.7 固载化 9
1.4.8新型光催化材料 9
1.5课题的提出与实验的探究内容 10
1.5.1课题的提出 10
1.5.2实验的探究内容 10
第2章 实验内容部分 11
2.1实验目的 11
2.2实验仪器及药品 11
2.2.1实验仪器 11
2.2.2实验药品 11
表2.2 实验药品列表 11
2.3实验步骤 12
2.3.1煅烧二氧化钛 12
2.3.2制备 y% MoS2/1%rGO/TiO2 12
2.4 产品的性能测试 12
2.5 材料的表征测试 13
第3章 性能与表征分析 14
3.1 y% MoS2/1%rGO/TiO2的制氢性能分析 14
3.2 y% MoS2/1%rGO/TiO2的相关表征及分析 15
3.2.1FESEM图分析 15
3.2.2 UV-Vis 分析 16
3.2.3 XRD 分析 17
3.2.4红外分析 18
第4章总结与展望 19
4.1论文研究内容总结 19
4.2论文后续工作展望 19
参考文献 20
致 谢 22
第1章 绪论
1.1研究背景
在当今的世界，环境与能源问题是目前人类面临的最大挑战。随着当今世界经济的快速发展，对能源的需求量也越来越大。而且也不可避免的带来一些环境污染问题。这也是目前全球各国发展所遇到共同问题。
在一方面，随着当今世界社会工业化的不断发展，随之而来的一些污染问题也不断地累积。尤其是空气与水污染这两大环境问题，已经开始逐渐影响人们的日常生活。坚持可持续发展，走低能耗、无添加污染及高效的处理污水的道路，是非常值得研究的课题。目前常见的水处理办法有机械物理法、生物法和化学法。但是这三种办法全都存在一些问题：机械法比较难去除污水中的那些小分子；生物法降解的周期比较长，而且所需场地大；化学法对相关的仪器设备要求苛刻，处理污水费用高昂[1]。
在另外一方面，目前中国已经成为煤炭、铜、钢铁等不可再生资源的世界第一消费大国,是继美国之后的世界第二大石油资源和电力资源消费国。随着如今经济快速的发展,我国的主要能源储量以及出现供不应求的情况，毕竟目前所使用的化石能源都是不可再生的能源，随着社会的发展，这些能源的需求量越来越大，剩余的这些能源已经对当今经济发。展起到了制约作用，并且这种影响越来越大，自从2003年以来,我国的长三角地区出现了“电荒”，西南、华南、华东、东北等地区的煤炭与石油资源供不应求。由于电力资源的需求量相当之大,因而有19个省市区只能以拉闸限电的方法解决燃眉之急, 一些发电厂的煤储量告急,无法顺利供电。而且这种糟糕的情况愈演愈烈。在2004年，国际上原油的价钱的也一路狂飙，国际上的成品油价格也因此不断提高，这代表着国内目前成品油储量过低,各大地区又屡屡以拉闸限电之法解决电力资源不足的问题,煤炭的储量也开始告急。“电荒”、“油荒”、“煤荒”等种种能源短缺问题摆在了我们的眼前，亟待我们解决。[2]
