催化剂设计.docx

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1、存档日期：存档编号:北京化工大学争论生课程论文课程名称： 课程代号： 任课教师： 完成日期： 年月日专 业： 学 号： 姓 名：成 绩：提高中光催化水分解光催化材料效率的半导体异质结型催2化剂 CaFeO4PbBi2Nb1.9W0.1O9 设计一、设想的描述1、光催化水分解的目的及应用价值。氢能已被普遍认为是一种抱负、无污染的绿色能源，其燃烧值高且燃烧后唯一的产物是水，对环境不会造成任何污染，因此，氢能开发是解决能源危机和环境问题的抱负途径。在众多氢能开发的手段和途径中，通过光催化剂，利用太阳能光催化分解水制氢是最为抱负和最有前途的手段之一；而开发高效、廉价的有用光催化剂是实现这一过程的关键，

2、也成为当前国际能源材料领域的争论热点之一。2、光催化分解水反响机理像其他的催化反响一样,光催化水的分解开头当一个半导体催化剂开头吸取比它的带隙能量强的光子。这些吸取使得处于导带的电子被激发并且在半导体的价电子带产生了空穴就像图 1 呈现的那样。1光电子和空穴氧化和复原水，产生了 2：1 混合着的氢气和氧气通过以下的反响。氧化反响：H2O + 2h+ 2H+ + 1/2O2(1)复原反响：2H+ + 2e H2(2)总的反响方程式：H2O H2 + 1/2O2(3)总的反响方程包括四个电子转移每生成摩尔氧气通常是通过金属和金属氧化物助催化剂在图中用 cat1 和 cat2 表示附着在半导体外表。

3、这些助催化剂为催化反响供给电子和反响的活性中心。2 这个反响包括标准 Gibbs自由能变化G=237KJ/mol1.23eV 每转移一个电子。实际上，一些超电势可以加速反响，所以半导体能承受的电压应当大于等于 1.6-1.8eV 在水的分解中。为了吸取更多的可见光的照耀，半导体的电压应当小于 2.2eV。除此之外，为了复原和氧化水,导带应当位于一个比水的复原电势更负的位置 (0V NHE),然而价电子带应当比水的氧化态更正(1.23V NHE)如图 1。因此，可见光下水分解的催化材料应当满足这两个关于带隙能量1.6-1.8eVEg1.23 V(pH=0，NHE)和水的复原半反响电势，Ered3

4、00 nm 的光透过 进展。测前，取 0.2 g CaFe2O4PbBi2Nb1.9W0.1O9 和(distilled H2O(170 mL) + CH 3OH(30 mL)溶液放入反应器中，利用气泵将反响中的空气排出。测定时，使用 500 W 的氙灯作为光源，反响器置于水浴中冷却保室温，并用磁力搅拌器进展搅拌。每次照耀3 h 后，利用气相色谱检测气体产物的种类和数量。不同波长的入射光由一系列的截止滤波片供给。四、小结 结论异质结半导体作为一种有效的方法来制造一种高效率的催化剂促进水在可见光下分解。和单一的催化剂相比，半导体异质节是一个有效的系统对于电子空穴的分别可以在废弃电子空穴的重组合的

5、过程中使能量最低化。但是太阳能转化氢的效率太低，同时间催化效率获得是通过牺牲了药剂系统(CH3OH AgNO3 )， 这些没有实际价值。我们面临着一个很大的挑战去查找一种材料来吸取更多来自太阳光的光子并且把它们更有效的转化为化学能，同时将电荷的组合损失降到最低。五 文献1 J.S. Lee, Catal. Surv. Asia 9 (2023) 217227.2 T. Sakata, in: N. Serpone, E. Pelizzetti (Eds.), Photocatalysis: Fundamentals and Applications, Wiley, New York, 1989

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