论文部分内容阅读
氢能是一种新世纪理想的绿色能源,但氢在大气中并不存在,它大量地存在于各种水中。虽然地球上的水量是极其丰富的,但水圈内水量的分布是不均匀的,大部分水储存在低洼的海洋中,淡水仅占总水量的2.53％。另外我国西部日照时间长,太阳光强度大,存在许多盐湖,所以研究海水和盐湖卤水体系的光催化制氢是有重要意义的。由于海水和盐湖卤水的主要成分都是NaCl,所以本论文研究了Pt-TiO2,碱式氧硫锌固溶体(ZnOxS1-x-0.5y(OH)y-ZnO)在NaCl体系中的光催化制氢性能,研究内容分为两个部分:
第一部分研究了电子给体存在时,电解质NaCl-作为天然盐水的主要成分,对Pt／TiO2光催化制氢的影响。电解质NaCl和电子给体在TiO2表面的吸附行为和表面反应通过电泳分析和ATR IR来表征。在酸性条件下,Cl-离子吸附在TiO2表面,而在碱性和中性条件下,Na+离子吸附在TiO2表面。乙醇为电子给体时,当CNacl<0.10 mol L-1时,Pt／TiO2光催化制氢活性随NaCl浓度的增加而升高；而当CNaCl>0.10 mol L-1时,光催化活性随NaCl浓度的增加而降低。不同pH值的活性顺序为:碱性>中性>酸性。在以甲酸和草酸为电子给体时,光催化活性由于吸附的Cl-离子的作用随NaCl浓度的增加而降低。Na+离子能影响乙醇在TiO2表面的吸附。并研究了可能的反应机理。
第二部分研究了ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO在以Na2S-Na2SO3为电子给体时,在NaCl盐水中的光催化制氢性能。NaCl能显著影响光催化制氢活性,取决于NaCl的浓度。当NaCl浓度较低时,放氢活性比纯水体系低,而当NaCl浓度较高时,光催化活性比纯水高。在3.0 mol L-1NaCl时的活性是0 mol L-1NaCl时的1.72倍。这说明我们可以构建一个含催化剂、电子给体的高效的盐水反应体系。这对实际应用是有重要意义的。NaCl不仅降低了ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO的表面电荷,也降低了ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO表面的水合作用。这两个因素极大地影响了催化剂ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO的活性。用Na2S-Na2SO3浸渍过的催化剂比未浸渍的催化剂显示更高的活性。这可能归因于ZnO部分转化ZnS的事实。