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2011 实验进展总结. 孙 启 梅 2012.1.11. Content. 湿浸渍法 Cu 负载 TiO2 光催化剂的研究; 不同 Cu 负载 TiO2 光催化剂的制备方法及比较; 文献阅读 下一步实验计划、需要解决的问题; 总结. 湿浸渍法 Cu 负载 TiO2 光催化剂的研究. 不同质量分数的 Cu 负载到 TiO2 上的光催化性能. 经多次重复实验数据可以看出,对于湿浸渍法制备的 Cu/TiO2 催化剂,当 Cu 的负载量≥ 2wt% 且≤ 8wt% 时光催化活性相差不大。. 不同质量分数的 Cu 负载到 TiO2 上催化剂的比表面与孔径大小.

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2011 实验进展总结

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Presentation Transcript


2011

2011 实验进展总结

孙启梅

2012.1.11


Content

Content

湿浸渍法Cu负载TiO2光催化剂的研究;

不同Cu负载TiO2光催化剂的制备方法及比较;

文献阅读

下一步实验计划、需要解决的问题;

总结


Cu tio2

湿浸渍法Cu负载TiO2光催化剂的研究

不同质量分数的Cu负载到TiO2上的光催化性能

经多次重复实验数据可以看出,对于湿浸渍法制备的Cu/TiO2催化剂,当Cu的负载量≥2wt%且≤8wt%时光催化活性相差不大。


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不同质量分数的Cu负载到TiO2上催化剂的比表面与孔径大小


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反应液中甲醇的含量对光催化活性的影响

随着甲醇含量的增加光催化水分解产氢活性逐渐升高,但当全为甲醇时产氢活性反而降低了,说明水在其中也可起到了提供H+的作用。


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不同光催化剂分散量对光催化性能的影响

催化剂在溶液中的最佳分散量在0.8g/L左右


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催化剂制备过程中焙烧温度对光催化性能的影响

当温度>350℃时,随着焙烧温度的升高催化剂的产氢活性逐渐降低,有文献中报道,在焙烧温度>300℃时催化剂开始形成晶体,但是随着焙烧温度的升高,Cu组分开始在TiO2的表面聚集,从而使起催化活性降低。

结晶的形成对其催化活性也有重要影响


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不同焙烧温度下催化剂的比表面积与孔径大小


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催化剂光催化的稳定性

溶液pH值由6.12降低到5.31

最后三小时又向反应液中加入了20mL 10%的甲醇水溶液产氢活性没有提高说明活性降低不在于甲醇水溶液的消耗而是由于铜的流失


Cuo x tio2

CuOx/TiO2的不同制备方法及活性测试

用乙醇作溶剂湿浸渍法

甘油做复合剂

复合沉淀法

甲醇做复合剂

乙醇做复合剂

化学吸附水解法——制得铜氨溶液然后加入TiO2,加水稀释使Cu组分沉淀到TiO2上,在0℃恒温水浴中搅拌6h后抽滤,自然干燥,焙烧

二次浸渍法——用湿浸渍法制的0.5wt%的催化剂,然后称取4g催化剂,继续用湿浸渍法制备7.5wt%的催化剂

溶胶凝胶法——用钛酸丁酯作为TiO2的前躯体制备,然后老化七天后蒸干,焙烧


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各种制备方法所得催化剂的比表面积及孔径


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用同一个灯对所制备的催化剂进行了一些列的测试

各种制备方法所得催化剂的产氢活性

与之前进行组分含量对光催化活性影响时7.5wt%的产氢量为974.647μmol/(h.g)不同,但还是说明了各种催化剂制备方法的优劣

故需进行重复试验,在用另一只灯管重测一次


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文献阅读

有关石墨烯及石墨烯与二氧化钛光催化的文章

石墨烯:二维碳原子晶体,良好的电子传输性、透光性好、柔性结构以及比表面积大;石墨烯一般由氧化石墨烯经过还原得到,而氧化石墨烯(GO)可以看成是石墨烯表面经过羧酸、羟基、环氧基团等的修饰,且石墨烯的化学性质也强烈依赖于表面基团种类、数量以及结构畸变等有关。石墨烯的带隙宽度随着氧化程度而变化,故可通过调节其氧化程度来改变带隙,从而产生具有良好光催化活性的催化剂。

石墨烯一般是由氧化石墨烯(GO)经还原得到,而GO的制备最普遍的方法是将预处理过的天然石墨采用Hummer’s化学法氧化成石墨氧化物(GO)。

石墨烯/TiO2:有文献中报道氧化石墨烯在二氧化钛表面的杂化可以将光催化活性提高60%左右。


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Chengping等将利用Hummer’s化学法制得的GO与P25用乙醇作溶剂采用溶剂热反应制的了石墨烯/TiO2催化剂,左图为其可见-紫外光漫反射光谱,有图可以看到,与P25相比,掺杂石墨烯后的催化剂对光的吸收红移。从而表明石墨烯的掺杂使得P25的带隙变窄。


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由左图也可以看到,当石墨烯的质量分数为0.5%时其催化产氢活性最高,其产氢活性比P25提高约68%。

氧化石墨烯杂化二氧化钛后光催化活性提高的机理主要是二氧化钛在紫外光条件下价带上的电子会被激发跃迁至导带,同时在价带上产生相应的空穴,并在电场的作用下分离、跃迁到粒子的表面,而光生电子具有很好的还原性,它能够被杂化在二氧化钛表面的氧化石墨烯俘获,并将氧化石墨烯还原为石墨烯,促进了光生电子和空穴有效分离,提高了光催化效率。


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ZhangXiaoYan等用Hummer’s化学法制得的GO,然后采用溶胶凝胶法制得了石墨烯片/TiO2催化剂,将光催化活性的提高归结为两个重要的因素:石墨烯良好的导电性能和大的比表面积。并发现其光催化活性是纯TiO2的1.9倍。

最佳GO的含量为5wt%,当继续增大GO量时,由于复合物中过量的GO的存在增大了电子和空穴碰撞的几率,从而使光生电子和空穴结合几率增大。


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实验还发现,当催化剂在N2下焙烧时其光催化活性比在空气中高,主要原因可能是由于在空气中焙烧时TiO2表面的自由碳与空气中的O2反应,而在N2条件下,自由碳只能与TiO2晶格中的氧反应,从而有利于形成氧空缺(这些样氧空缺可作为电子陷阱),从而使其产氢活性比在空气中焙烧高。


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ZhangXiaoYan等在另外一篇文献中用Hummer’s化学法制得的GO,然后用简单的一步水热法合成了石墨烯/TiO2催化剂,左图为催化剂中石墨烯的不同质量分数对其产氢活性的影响,可以看到,随着石墨烯含量的增加(≤2%)催化活性增加,当超过2wt%后,GS继续增加时,产氢活性降低,但GS含量在10wt%时的产氢活性反而比5wt%高,主要是由于当GS含量由2wt%增至5wt%和10wt%时其TiO2的平均粒径由16nm到6nm,粒子尺寸的降低不经引起了量子尺寸效应而且引起了TiO2粒子量的相对增加,尽管GS增加,但却使得GS的表观比降低。

2wt%

10wt%

0.8wt%

5wt%

P25

GS的最佳含量为2wt%,此时的产氢量为P25的1.6倍


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下一步实验计划、需要解决的问题

对不同方法制备的催化剂进行重复试验,以明确各种制备方法的优劣,并对起催化活性不同的原因通过各种表征手段进行比较。

继续阅读有关石墨烯/TiO2的文章,以找到一种对TiO2较为有效地修饰方法提高光催化活性。

问题:在测试催化剂光催化性能中,灯的稳定性及实验的可重复性仍为急需解决的问题,只有这个问题得以解决才可以进行进一步的实验。


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总结

在进实验室半年的时间里,通过对实验的不断摸索与尝试,解决了一些实验过程中出现的问题,自己分析解决问题的能力有了一定的提高。但考虑问题还是不够全面,在实验条件的改进上还没有太多的想法,缺乏一定的创新能力。

这段时间也使我认识到科学研究不同于学习,不是光靠主观努力就可以的,这里面存在着太多的主客观因素,所以我也在努力学着以良好的心态去面对这些,不管怎么样“天道酬勤”始终是没错的。同时还发现自己的自制力没有以前强了,当遇到难以解决的问题时,会想去逃避,以致浪费了很多的时间。

总之,在以后一年半的时间,我会努力去改掉自身的一些缺点,严格要求自己,培养严谨的科研作风,积极与老师同学沟通。


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谢谢王老师及实验室师兄、师姐、同学在过去的一年中对于自己的帮助!


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