薄层氮化碳修饰的BiPO4复合催化剂光催化还原CO2性能研究

作     者：程荧荧 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵震

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：光催化还原CO2 薄层氮化碳 磷酸铋 复合催化剂 晶面调控 

摘      要：化石燃料燃烧向大气中排放大量二氧化碳,所产生的温室效应严重影响着人类的生产生活。将二氧化碳光催化还原成为人类可利用的能源为解决环境问题提供了新思路。光催化的关键在于设计合成高效的光催化剂。本论文选取了非金属含氧酸盐磷酸铋为基体,氮化碳为活性组分,并分别对基体磷酸铋与氮化碳进行了化学改性,采用溶剂自挥发法合成了异质结型复合催化剂,提高了催化剂光催化还原CO的活性。主要内容和结论包括:薄层氮化碳的制备及其光催化还原CO性能研究。利用水蒸气煅烧剥离法在Ar/HO氛围下成功制备了薄层氮化碳(H-g-CN),所得的薄层氮化碳比表面积相较于剥离前(g-CN)明显升高。薄层氮化碳光催化还原CO活性大大高于未剥离氮化碳的活性。并且产物对CO的选择性大大高于对于CH的选择性。剥离以后,薄层氮化碳的反应活性位点相较于剥离前明显增多,增大了对反应物分子CO的吸附。在进行剥离时,在薄层氮化碳表面留下了缺陷位,CO中的O原子吸附在缺陷位上,氮化碳上的电子转移到CO上,发生C-O键的断裂反应生成CO,因此对CO的选择性高于对于CH的选择性。薄层氮化碳修饰的BiPO复合催化剂的合成及其光催化还原CO性能研究。利用水热法成功制备了磷酸铋纳米棒,并通过溶剂自挥发法在磷酸铋表面成功负载了不同质量分数的薄层氮化碳形成复合催化剂(H-g-CN/BPO)。在反应进行9h后,10%H-g-CN/BPO复合催化剂光催化还原CO生成CO的速率为26.9umol/g,对CO选择性为93.3%。光催化活性增加的原因是磷酸铋和薄层氮化碳的界面处形成了界面异质结,异质结的形成加速了载流子的分离,提高了光催化还原CO反应活性。不同晶面取向的磷酸铋复合催化剂的制备及其光催化还原CO性能研究。通过在反应的前驱体溶液中加入2mol/L的NaOH溶液,调节反应前驱体溶液的pH,成功制备了不同晶面取向的磷酸铋晶体。在所合成的不同晶面取向的磷酸铋表面负载相同质量分数的薄层氮化碳(H-g-CN/nBPO,n为反应前驱体溶液pH值),并进行了光催化还原CO性能评价。实验结果表明,不同晶面取向的磷酸铋复合催化剂的光催化还原CO活性不同。这是由于在磷酸铋不同晶面上还原活性位点数目不同,具体差异原因还有待进一步研究。