多孔氧化铝基光催化剂的制备及其还原CO2性能研究.pdf

摘 要 如今，随着化石燃料（煤炭，天然气和石油）的迅速枯竭，以及其利用过程中 带来的温室气体排放等问题，寻找长期可持续供应的可再生能源以及转化主要温室 气体CO2 的方式成为热门话题。利用太阳能光催化还原CO2 反应，将CO2 转化为燃 料或化工原料是解决上述问题的理想途径。Al O 因其良好的吸附性能及热稳定性、 2 3 价廉易得等优点，作为载体或者助催化剂广泛应用于催化领域。本课题组前期探索 发现，无定形Al2O3 具有一定的光催化活性，但仍存在一定的不足。为了提高无定形 Al2O3 光催化还原CO2 的性能，通过改变煅烧温度、采用碱性元素修饰、构建空心微 球分级结构等途径对其进行改性处理。主要内容如下： 1）通过简单水热法制备了具有分层纺锤状结构的勃姆石（AlO(OH) ）前驱体， 再经过不同温度焙烧，得到了一系列不同结晶程度的Al2O3 光催化剂。SEM 及TEM 结果表明，催化剂仍呈分层纺锤状结构，并含有不规则多孔结构，具有较大的比表 面积。通过在模拟太阳光下还原 CO2 实验考察了催化剂的活性，结果表明，当煅烧 温度为400 ℃时，无定形Al O 光催化剂表现出最好的光催化活性。PL 及ESR 测试 2 3 表明，400 ℃煅烧时，无定形Al O 光催化剂表面具有丰富的缺陷位，缺陷位的存在 2 3 提高了光生电子-空穴对的分离效率，从而提高了催化剂的光催化活性。 2 ）采用碱性金属Ca 对分层纺锤状无定形Al O 光催化剂进行修饰。ESR 结果 2 3 表明，Ca 元素并未掺杂进Al O 中，可推测其是以CaO 的形式存在于Al O 表面。 2 3 2 3 光催化还原CO2 结果表明，当Ca 元素的摩尔量占Al 元素4%时，催化剂具有最佳的 光催化活性。CaO 的存在，提高了无定形Al O 催化剂的碱性，从而提高其对于CO 2 3 2 的吸附能力，进而提高了光催化活性。 3 ）通过水热法，分别以CTAB 和TX-100 为模板剂，合成了具有分级结构的花 状空心微球和海胆状空心微球无定形Al2O3 光催化剂。所制备的催化剂具有大孔空心 结构以及不规则多孔结构。具有空心结构的 Al O 光催化剂的 CO 还原活性均大于 2 3 2 分层纺锤状Al O 光催化剂，且海胆状空心微球Al O 光催化剂具有最高的光催化活 2 3 2 3 性。空心微球结构使催化剂具有较高的比表面积和较多的表面缺陷，提高了催化剂 对CO2 的吸附能力以及光生载流子的分离效率，从而提高了催化剂的光催化活性。 关键词 无定形Al O ；光催化还原CO ；Ca 修饰；空心微球分级结构 2 3 2 I Abstract Nowadays, with the rapid depletion of fossil fuels (coal, natural gas, and oil), and the problems of greenhouse gas