镍基石墨烯复合物的制备及染料敏化制氢研究

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到目前为止,我们仍然是主要依靠石油、煤以及天然气等传统能源为我们的生产和生活提供支持。但是,它们本身存在许多问题,例如其日渐枯竭,不可再生等,同时,也会带来许多问题,比如会造成严重的环境污染,生态破坏,温室效应等,因此,寻找新型可替代能源迫在眉睫。氢能,作为一种高效、清洁、绿色能源,进入人们视线。目前,氢气的获取途径主要有电解水,石油裂解,太阳能光催化分解水等。其中,太阳能廉价并且取之不尽,因此受到了广大学者的青睐。在染料敏化体系中,将太阳能转化为化学能,这一方法具有很好的研究意义,因此受到广泛关注。在该体系中,助催化剂的使用是十分重要的,因为其可以有效地分离光生电子和空穴,降低析氢过电位,从而提高产氢活性。常用的助催化剂主要是铂、铑等一些贵金属,但是在地壳中含量稀少,难获得,价格昂贵,进而限制了应用。因此需要寻找廉价易得的替代品。镍在地壳中含量丰富、价格低廉。石墨烯有大的比表面积,好的化学与物理性能。该论文通过简单热处理,制备镍基石墨烯复合物作为析氢助催化剂,染料敏化分解水制氢。本文工作主要有以下两部分:(一)、先通过改进的Hummers法获得氧化石墨烯(GO)溶胶,再加入NiCl2溶液,获得Ni2+/GO前驱体,在高温400℃的N2氛围下煅烧,得到了氧化镍/碳化镍/RGO的复合物NNG。其中,氧化镍作为OH-的吸附位点,促进了碱性环境中水的解离,碳化镍作为氢原子吸附的活性位点(Hads),提高了析氢活性,而还原氧化石墨烯(RGO)片作为载体提高氧化镍/碳化镍的分散度的同时,因为其自身优异的导电性和对曙红好的吸附力,加速了光生电子的转移。复合材料NNG中三种组分之间的协同作用使得该催化剂在染料敏化体系中表现出了优异的析氢性能,在最佳的实验条件下,当照射波长为420 nm时,该体系的表光量子效率AQY可达到39.4%。(二)、在低温250℃下,N2氛围中煅烧前驱体Ni2+/GO,得到无定型的氧化镍/碳化镍/RGO复合物NNG-250,与400℃下得到的催化剂相比,该催化剂有更优异的导电性和电子传输能力。在染料敏化体系中,NNG-250比NNG-400有更好的析氢性能。最佳条件下:曙红浓度为5×10-4 M,三乙醇胺水溶液的pH=10.0,该体系的AQY可达到43.0%(λ=420 nm)。
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