收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

MS(M=Cu,Mo)掺杂SnO_2阴极材料的制备及光电催化还原CO_2

胡雪艳  
【摘要】:化石能源过度开采导致环境破坏加剧已经引起当今世界广泛关注,利用光电技术将二氧化碳(CO_2)转化为低碳燃料是近些年的研究热点。二氧化锡(SnO_2)半导体氧化物材料具有导电性好、催化活性高、电子迁移速率快及廉价易得等优点,在CO_2光电催化领域颇具优势。然而SnO_2的带隙较宽为3.6 eV,只能利用太阳光中的部分紫外光,能量利用效率低。近年来,报道发现可以通过元素掺杂和半导体复合来调节半导体氧化物带隙。根据以上思路,本文采用这两种手段对SnO_2进行改性,从而改善其光电性能,拓宽其在CO_2转化方面的应用。本论文以SnO_2为主,主要通过水热法合成Cu掺杂SnO_2,Cu,S共掺杂SnO_2,MoS_2负载SnO_2改性材料用于光电催化还原CO_2制甲酸(HCOOH),考察了各种复合材料的物理和化学性质,并优选出最佳掺杂比例,探讨了光电催化CO_2还原作用机理。具体研究内容如下:(1)以无机盐SnCl_4·5H_2O为前驱体,CuCl_2为掺杂剂通过一步水热法制备Cu掺杂SnO_2阴极材料。采用SEM、XRD、XPS对该物质的表面形貌、晶型结构、元素组成及价态进行表征。在常温常压下于0.5 mol L~(-1) NaHCO_3溶液中,用循环伏安法(CV)、塔菲尔曲线(Tafel)和交流阻抗(EIS)等考察了该阴极材料还原CO_2产HCOOH的性能。结果表明:该物质为金红石相SnO_2,且掺杂后晶粒减小,Cu~(2+)成功的取代了SnO_2晶格中Sn~(4+)。且当Cu掺杂量为1.5%时催化活性最好。FTO(导电玻璃)基体上阴极材料负载量为1 mg cm~(-2)时,电流密度可达到3.5 mA cm~(-2),电解过电位为0.3 V(vs.RHE可逆氢电极),产HCOOH的Tafel斜率为55.1 mV dec~(-1),最大法拉第效率(FE)约23%,为纯SnO_2的12倍。说明Cu掺杂SnO_2是一种较好的CO_2还原制HCOOH的阴极材料。(2)用水热法制备的Cu,S共掺杂SnO_2(记为SCS_x)作为电催化还原CO_2制HCOOH的阴极材料。通过XRD、SEM、XPS、FT-IR、CV、Tafel、EIS等对材料结构和还原CO_2性能进行表征,结果表明掺杂量为10%(记为SCS_(10)),催化性能最好,SCS_(10)保持了SnO_2的金红石结构,Cu~(2+)、S~(2-)分别取代了SnO_2结构中的Sn~(4+)和O~(2-)。在CO_2饱和的0.5 mol L~(-1) NaHCO_3溶液中,于-1.2 V时测得最大电流密度达到5.5 mA cm~(-2),电催化还原CO_2的过电势为0.2 V(vs.RHE),电流密度是纯SnO_2的7倍之高。可以稳定电解30 h以上,HCOOH的FE达到44.5%,是纯SnO_2的10倍。说明SCS_x是一种用于CO_2还原制HCOOH性能较好的催化材料。(3)以SnCl_4·5H_2O、Na_2MoO_4和硫脲为原料,通过水热和热解法制备MoS_2负载纳米SnO_2颗粒复合材料(记为MS/SON)用于光辅助电催化还原CO_2生成HCOOH。通过物理结构表征以及光电性能测试,结果表明,5%MS/SON对HCOOH选择性较高,最大FE为43.8%,是纯SnO_2的9倍。在-1.4 V时,电流密度达到9 mA cm~(-2),0.5 V偏压下光电流值为12.5μA cm~(-2),还原过电位低至0.245 V(vs.RHE)。此外,引入MoS_2后,吸收边带由380nm红移到500 nm,增强了光响应;PL(荧光光谱)峰强度减弱,表明电子和空穴不易复合;EIS和Tafel(43.2 mV dec~(-1))值均较小,表明电荷转移传递速率较快;恰当的引入MoS_2使得比表面积由47.64 m~2 g~(-1)增加至55.99 m~2 g~(-1),有助于扩充活性位点数量。充分表明MS/SON是一种性能优良的CO_2还原制HCOOH的阴极材料。以上三种材料均对CO_2还原制HCOOH表现出催化活性,对比发现SCS_x的性能优于其它两种,产HCOOH法拉第效率达到44.5%,表明SCS_x是一种较好的CO_2还原阴极材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 金克强;黄刚;徐波;张立红;;基于铁电阴极材料离子源的结构设计[J];机械研究与应用;2013年02期
2 徐红梅;;中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展[J];材料导报;2012年13期
3 邵宗平;;中低温固体氧化物燃料电池阴极材料[J];化学进展;2011年Z1期
4 周洪英;;日立开发出新型长寿命锂电阴极材料[J];功能材料信息;2010年02期
5 吴万祥,陈爱娣;钍一钨阴极材料碳化工艺研究[J];应用科技;2002年05期
6 金开生,王忠,张国栋;离子交换膜电解槽活性阴极材料的研究概况[J];矿冶;2001年03期
7 王发展;张晖;丁秉钧;;钨阴极材料及其研究进展[J];材料导报;2001年06期
8 ;锂离子电池阴极材料尖晶石结构Li_(1+x)Mn_(2-x)O_4的研究[J];电化学;1998年04期
9 谢原寿,柳全丰;水溶液电解新阴极材料Ni-Co-S-Mo合金的研究[J];电化学;1998年04期
10 夏定国,魏秋明,朱时珍,刘庆国;高温固体氧化物燃料电池中的阴极材料[J];中国稀土学报;1994年03期
11 王新波,刘人敏;锂离子二次电池用阴极材料[J];电池;1995年06期
12 肖海明;;中南工大惰性阴极材料研究取得进展[J];轻金属;1987年11期
13 ;隔膜电解(续三)[J];氯碱工业;1987年06期
14 J.W.Marple,张丞源;Li/MnO_2-CF_x混合阴极卷式电池特性[J];电池;1988年03期
15 E.R.KOTZ;S.STUCKI;杨国义;;RuO_2作为氢的释放阴极[J];氯碱工业;1989年07期
16 朱斌,陈茂春,刘永谦,俞文海;高价离子对层状结构阴极的插入研究[J];物理学报;1989年03期
17 Б.Ф.К.КОВАЛЕВ;昱中乐;;从卤熔物中提炼钨钼时阴极材料的选择[J];钼业经济技术;1989年04期
18 王维;逯峙;谷万铎;;铝电解碳素阴极材料在高温和电解状态下的蠕变模型[J];中国有色金属学报;2014年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 袁晓佳;纪岩龙;张华;;La_2Ni_(1-x)Zn_xO_(4+δ)的性能研究[A];2015中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会议暨第三届全国固态离子学青年学术交流会论文摘要集[C];2015年
2 翟鹏;冯宪平;卫子健;;氮掺杂石墨烯阴极材料在染料敏化太阳能电池上的应用(英文)[A];第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集[C];2017年
3 刘孝娟;孟君玲;袁娜;姚传刚;孟健;;高性能固体氧化物燃料电池阴极材料设计的新自由度:阳离子有序度[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年
4 张文强;于波;徐景明;;掺杂CeO_2高温共电解阴极材料的制备与电性能研究[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年
5 樊星;许兴燕;夏长荣;孟广耀;;溶胶-凝胶法制备固体氧化物燃料电池阴极材料[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
6 俞小花;谢刚;吕霖;王达健;李荣兴;李永刚;;氧化铝凝胶-硼化钛阴极材料的电性能研究[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年
7 刘效疆;陆瑞生;宋文斌;;长寿命热电池技术[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
8 刘佳;王鑫;冯玉杰;;微生物电化学系统中新型空气阴极材料及效能评价[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
9 刘伟;马玉民;黄汉年;;阴极电子发射材料高压测试系统[A];中国电子学会真空电子学分会第二十一届学术年会论文集[C];2018年
10 曾萍英;周嵬;顾红霞;邵宗平;;新型高性能中低温固体氧化物燃料电池用阴极材料[A];第三届全国化学工程与生物化工年会邀请报告[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘清;聚合物太阳能电池的新型阴极界面材料研究[D];中国科学技术大学;2019年
2 李金霞;新型有机二硫聚合物作锂二次电池阴极材料的基础研究[D];武汉大学;2004年
3 黄端平;层状结构La_2NiO_(4+δ)体系混合导体的化学合成、结构与性能研究[D];武汉理工大学;2006年
4 张兰;凝胶注模工艺在中温固体氧化物燃料电池制备过程中的应用研究[D];山东大学;2007年
5 吕洪;中温固体氧化物燃料电池新型阳极及阴极材料研究[D];上海交通大学;2007年
6 李强;类钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
7 孙雪丽;低温固体氧化物燃料电池阴极材料制备及其性能研究[D];大连海事大学;2007年
8 付大伟;碱土与过渡金属掺杂的双钙钛矿结构阴极材料及其性能[D];吉林大学;2016年
9 吕世权;中温固体氧化物燃料电池钴基阴极材料的性能研究[D];吉林大学;2011年
10 马文会;固体氧化物燃料电池复合掺杂阴极材料的研究[D];昆明理工大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛振宇;黄金湿法冶金用Ag-Ti双金属阴极材料的制备与应用[D];西安理工大学;2019年
2 刘晶晶;高性能质子导体基固体氧化物燃料电池新型阴极材料及其电化学研究[D];中国科学技术大学;2019年
3 胡雪艳;MS(M=Cu,Mo)掺杂SnO_2阴极材料的制备及光电催化还原CO_2[D];太原理工大学;2019年
4 原婷婷;O_2还原生物阴极-电催处化膜反应器对难降解有机物的去除[D];天津工业大学;2019年
5 祁晨;阴极菌群对MFC脱氮动力学影响研究[D];合肥工业大学;2018年
6 秦龙;中温固体氧化物燃料电池阴极材料BaCo_(1-x-y)Nb_xZr_yO_(3-δ)的研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
7 任昊晔;铝电解废旧阴极中碳和电解质的分离及回收利用[D];兰州交通大学;2018年
8 韩星;基于光谱诊断的无热子空心阴极启动过程研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
9 王青;Y和Gd掺杂对IT-SOFCs阴极材料BaCe_(0.1)Co_(0.4)Fe_(0.5)O_(3-δ)的性能影响[D];山西师范大学;2018年
10 李冬梅;BaCo_(0.4)Fe_(0.4)Zr_(0.2-x)Y_xO_(3-δ)作为LT-SOFCs阴极材料的性能研究[D];山西师范大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;看镍与电池密不可分的关系[N];中国有色金属报;2017年
2 本报驻美国记者 毛黎;巧用病毒制电池[N];科技日报;2009年
3 记者 魏双林;我国电解铝阴极材料生产技术有新突破[N];中国冶金报;2004年
4 本报记者 陆双平 张燎原;“世界钪王”科学发展“十一五”[N];中国有色金属报;2006年
5 纪涛 高校记者站记者 刘冰;中国强势资源稀土钼 终可取代百年钍钨[N];北京日报;2005年
6 罗晔;韩国庆尚北道大力发展碳素产业[N];中国有色金属报;2016年
7 林琳;“冀炭”科技创新挑战买方市场[N];中国有色金属报;2002年
8 魏双林;跳起来,才能摘到好果子[N];中国有色金属报;2004年
9 钱宇;京杭大运河的驿站[N];中华建筑报;2014年
10 杨裕生;“电极”与“电池”存储的能量别混淆[N];科技日报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978