Na2S和Na2SO3体系中CoFe2O4/CdS的制氢性能研究开题报告

 2021-08-08 14:10:32

1. 研究目的与意义

随着人类科技的不断进步和经济的迅猛发展,社会对不可再生资源的需求日益增大,天然资源(煤炭、石油和天然气等)已不能满足人类发展的需要。与此同时,人类对大自然的过度利用和开发,造成了日益严重的资源匮乏和环境污染等问题,因此,环境和能源是目前人类面临和急需解决的问题。天然资源除了资源短缺,还会在使用过程中产生有害物质,不仅给环境造成严重污染,且直接影响到人们的健康。为实现可持续发展,维护和营造健康的生态环境,世界很多国家开始致力于研究、开发和利用新能源,比如太阳能、核能、风能、潮汐能、氢能等。其中,氢能已普遍被人们认为是一种新世纪最理想的无污染的绿色能源,氢气无毒无臭,燃烧后唯一的产物是水,不仅不会污染环境,而且储存、运输方便,易于再生。

在能量大于或等于带隙的光照射下,电子从价带跃迁到导带,载流子(电子和空穴)迁移到半导体光催化材料表面后,光生电子与水中的H 发生反应,生成氢气分子。同时,光催化材料表面的光生空穴会氧化水分子生成氧气。

但是,并非所有能被光激发产生电子和空穴的催化剂都能实现水的分解,催化剂的光生电子还原电势必须负于h 还原为h2的电势,光生空穴的氧化电势必须正于oh-氧化为o2的电势。

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2. 国内外研究现状分析

目前,如何利用量大且价廉的水生产出氢气成为人们正在研究的热点。自1972年Fujishima课题组在《Nature》上发表了关于用半导体TiO2作为光阳极在紫外光照射下分解H2O生成H2和O2(TiO2电极上光解水制氧)的研究论文,这一重大发现为人类开发利用氢能开辟了一条崭新的途径半导体光催化制氢技术。光解水制氧具有清洁、原料来源广泛、不污染环境等优点。故利用太阳光分解水制氢在解决环境和能源问题上具有很大的应用价值。

从此之后,关于光催化分解水的科学研究也越来越多。TiO2作为一种典型的半导体光催化材料受到科研工作者的高度重视,经多年研究,已趋于成熟,其在紫外光下,分解水制氢等方面的催化性能较好。但TiO2光催化材料的自身缺陷(如光带隙宽、光生载流子复合率高、量子效率低等)限制了其实际应用。为了提高太阳能的利用率,有待发展具有可见光响应的新型光催化材料。如CdS光催化剂在可见光下照射下具有较好的光催化活性。但其光腐蚀现象严重,需要贵金属负载,在这些方面的性能有待改进。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

1.cofe2o4/cds半导体光催化剂的制备,并优化得到最佳工艺。

2.利用xrd、ir、uv对cofe2o4/cds光催化剂的结构进行表征。

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4. 研究创新点

对硫化物光解水产氢的研究主要集中在对CdS的研究上,但是CdS容易在光照下发生光腐蚀现象,为了克服光腐蚀,提高光催化反应活性,可添加尖晶石型铁酸盐(CoFe2O4)复合。选取Na2S和Na2SO3溶液作为牺牲试剂,提高其产氢速率。

Na2S和Na2SO3体系中CoFe2O4/CdS制氢性能研究,分析CoFe2O4/CdS复合半导体光催化剂表面元素组成和价态,并进行结构表征,探讨光催化剂结构与其性能的关系,揭示CoFe2O4/CdS复合半导体光催化剂在Na2S和Na2SO3体系中的制氢性能。

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