Mo基光催化剂的设计、合成及催化性能研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:woshcn
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Mo基化合物是一种在催化领域非常常见的材料。例如,Mo2C可以作为水煤气,电催化制氢和不饱和烃加氢等反应的催化剂;MoS2是一种传统的光催化剂,它在可见光催化降解和光催化制氢领域非常热门和常见。同时,MoO3也是一种具有紫外光响应的催化材料。本论文提出了使用碳化钼来减少昂贵稀缺的贵金属等在光催化剂领域的使用。我们发现碳化钼对硫化镉的可见光制氢性能有显著的促进作用,为了进一步验证碳化钼在光催化剂体系中的作用,我们设计并合成了Mo2C/MoO3光催化剂,通过实验验证,Mo2C/MoO3光催化剂具有媲美Pt/MoO3(3%质量分数)的可见光降解有机污染物的效率,经过XRD,XPS,PL,IMP,I-T,DRS等表征手段的证明,我们发现,Mo2C在体系中起到类似于Pt的作用,Mo2C可以有效提高MoO3的可见光响应性,扩大MoO3的可见光吸收区间,并能大幅度提高MoO3光激发电荷空穴分离率,进一步的提高MoO3在可见光下用于催化降解甲基橙和降低Cr(Ⅵ)的效率。同时,我们对MoS2形貌对其催化活性的研究也进行了实验研究。具体研究工作和结论如下所示:(1)采用了一种简便的浸渍-煅烧法来合成Mo2C改性的MoO3(Mo2C/MoO3)催化剂,并将其用在可见光降解甲基橙(MO)研究。采用SEM,TEM,I-T和PL等表征手段对催化剂进行了表征,并利用可见光降解MO和Cr(Ⅵ)速率来测定它们的催化活性。实验使用的光源为加400nm滤光片的300W氙灯,Mo2C/MoO3光催化降解MO的表观速率常数k=0.0171min-1,分别是Pt/MoO3和MoO3的4.59和67.38倍。对Mo2C/MoO3光催化机理的研究表明,O2-在MO降解中起主要作用。Mo2C的加入不仅增强了MoO3的吸光范围,还提高了氧化钼的光生电子-空穴对分离率,提升了MoO3的可见光催化能力。(2)设计合成了一种新型的CdS/Pt/Mo2C异质结构光催化剂。合成路径为:使用光还原沉积法将Pt制成的纳米小颗粒紧密嵌入CdS/Mo2C,从而制备出具有高反应活性的光催化剂。通过紫外-可见光谱和光电化学阻抗分析得出,Mo2C增强了体系在紫外-可见光区域的光吸收能力,并改善了CdS光激发电子-空穴对的分离。与此同时,Pt纳米颗粒起到了助催化剂的作用,它能促进体系的瞬时光电流响应。产H2结果表明,CdS/Pt/Mo2C异质结在可见光条件下表现出优异的析H2活性,其产H2效率达到了1828.82μmol·h-1·g-1,分别是CdS和CdS/Mo2C在相同反应条件下的8.5和16.2倍。此外,CdS/Pt/Mo2C异质结光催化剂在受到400nm激发光照射时,它的量子产率(AQY)达到了9.39%。(3)通过溶剂热反应制备出了具有均一球体形貌的甘油钼(MoG)前驱体,并通过改变物料(钼酸铵,钼酸,乙酰丙酮钼)和反应溶剂(水和异丙醇的比例)得到了不同尺寸的甘油钼,并得出了一个一般规律:MoG的形貌可以通过水在混合溶剂中的比例来调节。通常来讲,当溶剂含水量减少时,MoG的整体尺寸会变大并且相对不太均匀。然后经过硫化步骤后得到的MoS2具有和MoG相同的形貌尺寸,产H2实验表明,MoS2形貌对光催化活性具有直接的影响。
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