WS 2 /g-C 3 N 4 复合光催化剂的制备及在人工光合作用体系中的应用

发布时间：2024-03-30 00:48

　　将光化学辅酶再生与氧化还原酶的催化过程相偶联,构建生物催化的人工光合作体系,合成人类所需的燃料或化学品,对于解决环境和能源问题具体有重要意义。其中,制备和应用高效的可见光活性催化剂是实现这一过程的关键。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有可见光响应活性的聚合物半导体材料,可以作为光催化剂应用于辅酶再生及其他领域。但是存在光生电子-空穴易复合、量子产率较低等问题。为了解决上述问题,本文采用超声辅助水热法将WS2负载在g-C3N4上,制备一种WS2/g-C3N4复合催化剂,并通过与甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶和乙醇脱氢酶三种酶催化的级联反应相偶联,构建人工光合体系,实现CO2到甲醇的转化。主要研究内容和结果如下:1)通过超声辅助水热法制备了一系列含不同比例WS2的WS2/g-C3N4复合材料,并通过不同的光催化实验检测了它们的光催化性能。实验结果表明,5 wt%WS2/g-C3N4的光催化性能最高,4小时内催化辅酶再生产率可以达到35%左右,大约是单独的g-C3N4的3-4倍。通过与甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶和乙醇脱氢酶三种酶催化的级联反应相偶联,10小时内甲醇产率为372.1 μmolh-1gc...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 光催化的基本概念
        1.1.1. 光催化剂和光催化反应
        1.1.2 固体能带结构
        1.1.3 光生电子、光生空穴和复合中心
    1.2 光催化的应用领域
        1.2.1 环境污染净化
        1.2.2 微生物净化
        1.2.3 表面自清洁净化
        1.2.4 能源催化
    1.3 人工光合作用
    1.4 g-C₃N₄的研究进展
        1.4.1 g-C₃N₄的结构与性质
        1.4.2 g-C₃N₄的合成方法
        1.4.3 g-C₃N₄的修饰改性策略
    1.5 WS₂的性质与应用
    1.6 本文选题意义与研究内容
第2章 g-C₃N₄的制备与光催化反应条件探索
    2.1 引言
    2.2 实验材料与仪器
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验仪器
    2.3 g-C₃N₄的制备方法的探索
        2.3.1 热缩聚法制备g-C₃N4

        2.3.2 热氧化蚀刻法制备g-C₃N₄

        2.3.3 熔融盐共聚法制备g-C₃N₄

        2.3.4 原位掺杂B的g-C₃N₄制备
    2.4 不同制备工艺下的g-C₃N₄的基本表征
        2.4.1 X射线衍射(XRD)
        2.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
    2.5 光催化性能考察
        2.5.1 光催化辅酶再生
        2.5.2 光催化降解罗丹明
    2.6 实验结果与讨论
        2.6.1 不同方法制备g-C₃N₄的表征
        2.6.2 光催化辅酶再生过程反应条件的优化
        2.6.3 不同条件制备的催化剂的光催化辅酶再生性能
    2.7 本章小结
第3章 WS₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备与应用
    3.1 引言
    3.2 实验材料与仪器
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验仪器
    3.3 WS₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备
    3.4 催化材料的表征
    3.5 光催化性能测试
        3.5.1 光催化辅酶再生实验
        3.5.2 光催化CO₂还原制甲醇实验
        3.5.3 光催化Rh B降解实验
        3.5.4 自由基种类检测实验
    3.6 实验结果与讨论
        3.6.1 WS₂/g-C₃N₄复合光催化剂的表征
        3.6.2 光催化辅酶再生性能研究
        3.6.3 光催化CO₂制甲醇性能研究
        3.6.4 光催化降解罗丹明性能
        3.6.5 光催化机理研究
    3.7 本章小结
第4章 论文总结
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3941557