贵金属复合光催化剂的合成及其产氢性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

氢气以其具有清洁、高效、高热值、环境友好等特点，成为当今最有前途的新能源。虽然氢能距离广泛应用还有较长时间，但对其的研究和开发对于解决人类可持续发展中所面临的能源问题具有重要意义。将太阳能转化为氢能可以形成一种良性循环的能源体系。科学家已经描绘出了一种理想的氢能体系：利用太阳能分解水，再通过燃料电池将产生的H₂和O₂进行电化学反应，产生电能，产物水又可作为太阳能制氢的原料。整个体系实现了完美的循环，而且对环境没有任何污染。

然而，光催化分解水制氢还存在一些问题，如可见光利用率低、催化剂易发生光腐蚀、能量转化效率低、易发生逆反应等。一系列宽禁带的光催化剂只有在紫外光照射下才能高效分解水并按化学计量产生H₂和O₂，由于其不能有效地利用太阳能而大大降低了实用价值。将适量的贵金属负载在半导体表面后，光照产生的电子和空穴分别定域在贵金属和半导体光催化剂上并发生分离，然后电子和空穴各自在不同的位置发生氧化-还原反应。由于贵金属负载后的电荷分离抑制了电子和空穴的复合，从而大大提高了光催化剂的光催化活性和选择性。

2. 研究内容和预期目标

本研究从自然界采集茎秆、硅藻、花粉等多孔材料，并以之为模板，浸渍铈盐和金盐，通过高温处理制备多孔氧化铈并利用生物模板中所含的碳还原生成纳米金颗粒，对材料进行FE-SEM、FE-TEM、拉曼、XRD、氮气吸附脱吸附等表征，测试多孔材料的产氢性能。研究氧化铈-纳米金复合的情况，分析金纳米颗粒的掺入和粒径大小对材料能级的影响，观测其光催化性能的变化及材料中氧空位浓度的增长。

预期得到具有较高氧空位浓度和较好光催化性能的氧化铈-纳米金复合材料，其吸收带边能向长波长区推进，产氢效率较高。

3. 研究的方法与步骤

1、选取多孔茎秆作为模板，先进行纯水洗涤，称取5 g放入300 ml纯水中，加入浓度为0.5 mol/l的盐酸2 ml，浸渍8小时。

2、取出经过蒸馏水洗涤多次后，加入0.5g的硝酸铈和0.2 g的氯金酸，并在其中加入1 ml的硝酸作为活化剂，继续浸渍8小时。

3、捞出样品后洗涤三次，40°c风干后4小时后，置于马弗炉中以2 °c /min的速度煅烧，升温到650 °c，保温三小时。

4. 参考文献

[1]xu, c. and p.k. shen, novel pt/ceo₂/c catalysts for electrooxidationof alcohols in alkaline media. chemical communications, 2004(19): 2238-2239.

[2]trogadas, p., j. parrondo, and v. ramani, platinum supported on ceo₂ effectively scavenges free radicals within the electrolyte of an operating fuelcell. chemical communications, 2011. 47(41): 11549-11551.

[3]zhang, y., n. zhang, z.-r. tang, et al., a unique silk mat-like structuredpd/ceo₂ as an efficient visible light photocatalyst for greenorganic transformation in water. acs sustainable chemistry engineering,2013. 1(10): 1258-1266.

5. 计划与进度安排

2022-12-19～2022-02-12 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2022-02-13～2022-04-01 熟悉类贵金属复合氧化铈材料的制备工艺，合成复合材料。

2022-04-01～2022-05-01 对材料进行表征，研究材料的物相结构和催化制氢性能之间的关系。