氢氧化镍基复合物的制备及其光催化性能研究

作     者：邵宝瑞 

作者单位：吉林建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王欢

授予年度：2022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）] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：氢氧化镍 光催化 异质结 电荷分离 

摘      要：能源危机和环境污染是21世纪人类社会面临的两大挑战。从1972年,二氧化钛在紫外光照射下光催化分解水制备氢气的研究开始,一直是科研工作者关注的焦点。由于半导体光催化剂在温和的条件下表现出将太阳能转变成化学能的优异特性,就广泛用于光解水制氢、CO2还原、碳氢化合物转化、降解水污染物和灭菌消毒等领域。半导体光催化技术也被认为是解决能源危机和环境污染两大世界难题最有潜力的关键技术之一。半导体光催化剂种类繁多,主要有氧化物、硫化物、磷化物、溴化物、氢氧化物等。氢氧化镍具有多种纳米形貌,活性高,比表面积大,且价格低廉等优点,这使其在光催化领域受到广泛专注,但是其较宽的禁带宽度导致其在可见光下活性较差,大大降低了氢氧化镍的实际应用。因此应当设计一种比表面积大、活性位点多、能带宽度小的复合光催化剂,通过促进异质结界面的电荷转移和抑制光生电子空穴对的复合从而提高催化活性,是一项具有十分重要意义的工作。本论文通过简单的化学反应成功的制备了 Ni(OH)2/ZnIn2S4复合光催化剂、Ni(OH)2/N-TiO2复合光催化剂和Ni(OH)2/g-C3N4复合光催化剂,并对获得的光催化剂的光催化性能进行了深入的研究,具体内容如下:1.采用水热法制备得到不同氢氧化镍含量的Ni(OH)2/ZnIn2S4复合光催化剂,研究了不同氢氧化镍含量对光催化产氢的影响,并与两种物质直接混合物进行了比较。在可见光照射下,得到的光催化剂最佳产氢速率达到0.52mL·h-1。采用SEM、TEM、XPS、瞬态光电流、紫外-可见漫反射吸收光谱、荧光光谱、BET等技术对样品进行表征,实验结果揭示了二维(2D)结构和高质量异质结有效促进了有效电荷分离,提高了光催化制氢效率。2.首先用静电纺丝的方法制备得到不同氮掺杂量的二氧化钛复合光催化剂,结果显示四种复合光催化剂中的二氧化钛均属于锐钛矿和金红石混合相,通过调整前驱体尿素的含量,分析出最佳氮含量。再用水热法沉积氢氧化镍,合成四种不同氢氧化镍含量的复合光催化剂,不同氢氧化镍含量对光催化降解确实有不同的影响。在可见光下,对于掺氮二氧化钛复合光催化剂,光催化效果并不理想,但随着氢氧化镍含量的增高,光催化效果增强,在氢氧化镍含量为1wt%时达到峰值,我们认为复合光催化剂通过促进异质结界面的电荷转移和抑制光生电子空穴对的复合,进一步提高了光催化活性。但过多的氢氧化镍造成团簇,抑制了光催化效果。3.采用水热法制备得到不同氢氧化镍含量的Ni(OH)2/g-C3N4复合光催化剂,研究了不同氢氧化镍含量对光催化降解污染物的影响。结果表明,不同氢氧化镍含量对光催化降解确实有不同的影响,在可见光下,纯氮化碳的光催化效果并不理想,但随着氢氧化镍含量的增高,光催化效果增强。这同样是由于异质结界面的电荷转移和抑制光生电子空穴对的复合,提高了催化活性。