摘 要

当今的世界，环境受到严重破环的同时，能源问题也是一个遏需解决的大问题。人们急需找到传统能源的替代者。广而为知的是，太阳能是一种无限量的新能源，并且它的使用对于环境没有造成污染。如何高效的使用太阳能仍是当今最受人瞩目的研究方向。其中能量的转换的提升和能量的存储容量的扩大就必须关注于催化剂的研究和使用。

CoGeO₃具有良好的催化性能，其优异的电化学性能使得CoGeO₃的研究具有非常好的应用前景。但是CoGeO₃的结构、性能以及结构和性能之间的相互联系我们所知甚少。因而常常在应用时掣肘于CoGeO₃的光电性能的不了解上。在电催化反应中，CoGeO₃的电催化性能使工作电极和电解质界面的电荷得以加速移动，从而提高电极表面化学反应的反应速率，从而使得光电化学反应朝着理想的方向进行。同时在电化学过程中CoGeO₃有助于燃料电池、太阳能电解水和电池的能量转换效率和能量存储容量的提高。CoGeO₃具有高催化性能、用法简单、可多次使用，使得它可作为一种应用广泛的催化剂。

本论文介绍了催化剂的发展历程，光催化技术的应用，介绍了太阳能分解水等研究内容。为研究CoGeO₃及其化合物Co₂GeO₄的光电性能的影响，本论文通过对中间化合物的制备，而后通过Na¹ 与Co² 的置换，从而制备CoGeO₃和CoGeO₃相似化合物Co₂GeO₄，并在不同的温度和条件下进行制备CoGeO₃和CoGeO₃相似化合物Co₂GeO₄，从而找出更适合实验探究要求的CoGeO₃和Co₂GeO₄。通过XRD分析、吸收光分析、电化学分析对CoGeO₃及其相似化合物Co₂GeO₄的电性能进行探究，从而进一步了解CoGeO₃和 Co₂GeO₄具体电化学性能机理。经研究发现CoGeO₃以及CoGeO₃相似化合物Co₂GeO₄能够明显提高电极表面的反应速率和有助于能量转换与能量存储容量能力的提升，具有巨大的应用空间和发展前景。

关键词：催化剂 CoGeO₃ Co₂GeO₄ 光电催化 水分解

ABSTRACT

In the 21st century, when traditional energy is continuously in short supply and environmental pollution is becoming more serious, human being urgently need to find a substitute for traditional energy. As a representative of new energy, solar energy with clean and unlimited storage capacity is still the most attractive research project in today. The promotion of energy conversion and the expansion of energy storage capacity must focus on the research and use of catalysts.

CoGeO₃ has good catalytic performance, and its excellent electrochemical performance makes the research of CoGeO₃ have very good application prospects. However, we know little about the structure and performance of CoGeO₃ and the interrelation between structure and performance. Therefore, the application is often limited by the ignorance of the photoelectric performance of CoGeO₃. In electro-catalysis, CoGeO₃ can accelerate the charge transfer at the interface between the electrode and electrolyte, thus increasing the reaction rate of the chemical reaction on the electrode surface, thus enabling the photoelectron-chemical reaction to proceed in an ideal direction. At the same time, CoGeO3 contributes to the improvement of energy conversion efficiency and energy storage capacity of fuel cells, solar electrolyzed water and batteries in the electrochemical process. With the characteristics of high efficiency, simple operation and reusability, CoGeO₃ can be used as a catalyst with wide application.

This paper introduces the development process of catalyst, the application of photocatalytic technology, and the research content of solar water decomposition. In order to study the influence of CoGeO₃ and its compound Co₂GeO₄ on the photoelectric properties, this paper prepares CoGeO₃ and CoGeO₃ compounds Co₂GeO₄ by preparing intermediate compounds and then replacing Na¹ with Co² , and prepares CoGeO₃ and compounds Co₂GeO₄ under different temperatures and conditions, so as to find CoGeO₃ and Co₂GeO₄ that are more suitable for experimental investigation. Through XRD analysis, absorption light analysis and electrochemical analysis, the electrical properties of CoGeO₃ and its similar compound Co₂GeO₄ were investigated, so as to further understand the specific electrochemical performance mechanism of CoGeO₃ and Co₂GeO₄. Through research, it is found that CoGeO₃ and Co₂GeO₄, a CoGeO₃-like compound, can obviously improve the reaction rate on the electrode surface and contribute to the improvement of energy conversion and energy storage capacity, thus having huge application space and development prospect.

Key words: catalyst；CoGeO₃；Co₂GeO₄；photo-electrically；catalyzes；water decomposition

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1前言 1

1.2催化剂 2

1.2.1催化剂的定义 2

1.2.2催化作用 2

1.3催化剂分类 2

1.4催化剂的制备方法 3

1.5光催化剂 4

1.5.1光催化原理 4

1.5.2光催化剂相关应用 4

1.6 CoGeO₃ 5

1.6.1 CoGeO₃结构 5

1.6.2 CoGeO₃的性能 6

1.6.3 Co₂GeO₄性能 6

1.7 课题意义和研究内容 6

1.7.1课题意义 6

1.7.2研究内容 7

第二章 实验仪器以及相关基础知识 8

2.1 实验仪器部分 8

2.1.1 实验药品 8

2.1.2 实验仪器 8

2.1.3 主要实验仪器参数及原理 9

2.2 相关的基础知识 12

2.2.1相关原理 12

2.2.2 制备条件优化 13

2.3本章小结 13

第三章 实验过程 14

3.1 CoGeO₃的制备 14

3.1.1实验内容 14

3.1.2 实验结果 17

3.2 Co₂GeO₄的制备 19

3.2.1 实验内容 19

3.2.2 结果与讨论 27

3.3 本章总结 31

3.3.1.实验结论 31

3.3.2实验心得 32

总结与展望 33

参考文献 34

致 谢 37

第一章 引言

1.1前言

随着科技的创新与科学技术的进步，在这个快速发展的世界里，传统能源大规模使用，使得环境污染、废气废液排放超标、温室气体CO₂日渐增多^[1]。据相关的部门预测，本世纪末，传统能源将会全面枯竭^[2-3]；这需要我们快速而经济实用地找到替代的新能源，例如太阳能、氢能等绿色能源。现阶段的化石能源的探寻进一步发展，深海的石油、天然气、可燃冰的探明给能源的短缺暂时得以缓和。尽管如此，海底和陆地的能源的探明对于快速工业化、高能化、高排放、巨大人口基数的全世界经济环境来说，这仅仅是杯水车薪，根本不能从本质上解决能源短缺这个问题。这迫使我们在传统能源彻底枯竭之前必须找到替代能源，并且替代能源的使用必须符合全球经济快速发展的现状。这无疑是人类目前必须要解决的问题。

当然核能的发展也是非常迅速，但核能带来巨大的能源的同时也有可能给脆弱的地球环境和人类带来灾难性的后果。全球拥有核能技术的国家少之又少，况且核反应和核能传输都需要非常严苛反应环境和传输方式，同时其营运成本过高，无法真正普及，而能源使用最多、污染最严重的的发展中国家（如中国、巴西、印度）并没有普及核能。

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