掺杂型纳米MgO光催化还原CO2性能及机制研究.pdf

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摘 要 摘 要 光催化还原技术利用无限的太阳能作为唯一的能源,可将CO 直接转化为一氧2 化碳、烃或醇类等化合物。因此该技术不仅可缓解碳排放引发的温室效应,还能作 为一种能源补充形式,缓解化石能源危机。然而,低活性和较差产物选择性限制了 该技术的实际应用。 为了提升材料的光催化还原二氧化碳的能力,惰性的CO 分子在材料表面的吸2 附和活化成为了该领域的研究热点和重点。纳米氧化镁因其颗粒细微化和丰富的缺 陷态,使其具有不同于本体材料的热、光、电、力学和化学等特殊功能,因此其在 力学、催化、环境等领域显示出较好的应用价值,尤其在吸附活化H 、O 和CO2 2 2 方面表现出独特的优势。因此,本论文基于吸附是催化的前提,选择氧化镁做为光 催化剂。实验结果表明以水为质子供体,在模拟太阳光的照射下,4小时纯氧化镁 CO产量可达2.52μmol/g。有趣的是,我们发现二氧化碳浓度对纯氧化镁光催化还原 CO CO 1.75% 4 CO 2性能具有重要的影响。其中当 2 的体积浓度为 ,同等条件下 小时 产量可达4.68μmol/g。XRD结果表明反应后的氧化镁的物相组成转化为氢氧化镁。 为了验证该催化剂的活性中心,我们又初步摸索了氢氧化镁在同等条件下的光催化 活性仅为1.21μmol/g,因此初步判断纯氧化镁的活性中心并不是氢氧化镁,后续将 对活性中心进行深入研究。 基于上述研究结果,分别向氧化镁中掺杂非金属P元素和过渡金属Fe元素以减 弱氧化镁表面的碱性。研究结果表明这些酸性元素的引入,均提高了氧化镁对光的 吸收能力,引起价带上移进而缩小氧化镁的禁带宽度。同时,它们改善了材料表面 的碱性,利于反应物CO 分子的迁移和转化。与纯氧化镁相比,同等反应条件下,2 3% 2% CO 当磷和铁的掺杂量分别为 和 时,掺杂型纳米氧化镁光催化还原 2 的活性分 别提高了大约4倍和2.5倍。重复试验表明磷掺杂型纳米氧化镁重复使用24小时后, 活性并没有下降。此外,P和铁元素的引入可以抑制氧化镁向氢氧化镁转变。 关键词 掺杂型纳米MgO;能带结构;光催化还原CO2;吸附;碱性 I Abstract Abstract Photocatalyticreductiontechnologyuses solarenergyasanonlyenergysource,which can directly convert CO into compounds such as carbon monoxide, hydrocarbons or2 alcohols. Therefore, it can not only alleviate the greenhouse effect caused by carbon emissions, but also serve as a form of energy su lement to alleviate the fossil energy crisis.However,lowactivityandpoorproductselectivitylimititspracticala lication. In order to enhance the ability of materials to photocatalytic reduce of CO , the2 adsorptionandactivationofinertCO moleculesonthesurfaceofmaterialhavebecomea2 research hotspot and focus in this field. Nano magnesium oxide has special proper

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