光热耦合增强Cu/ABO3-x复合结构催化产氢性能和机理研究PPT
引言氢气作为一种清洁、高效的能源载体，在能源、化工、交通等领域具有广泛应用前景。然而，传统的氢气生产方法主要依赖化石燃料，导致碳排放量高，不利于环境保护。...
引言氢气作为一种清洁、高效的能源载体，在能源、化工、交通等领域具有广泛应用前景。然而，传统的氢气生产方法主要依赖化石燃料，导致碳排放量高，不利于环境保护。光催化产氢是一种将太阳能转化为氢能的新型技术，具有绿色、可持续的优点。在光催化产氢中，催化剂的性能至关重要。ABO3-x是一种具有钙钛矿结构的氧化物，具有优异的离子导电性和光催化性能，被广泛用于光催化产氢。然而，ABO3-x的光催化活性仍受到光吸收能力、电荷分离效果和氢气产率的限制。此外，光催化产氢过程中往往需要高温加热，导致能耗较高。因此，如何提高ABO3-x的光催化活性、实现高效的光热耦合以及降低能耗是当前研究的重点。最近，有研究报道在ABO3-x中引入金属元素可以有效地提高光催化活性。其中，铜(Cu)作为一种常见的金属元素，具有优异的电子传输能力和良好的稳定性，被认为是理想的金属掺杂剂。然而，目前关于Cu/ABO3-x复合结构在光热耦合作用下的产氢性能和机理研究尚不充分。因此，本研究旨在通过制备不同Cu掺杂量的Cu/ABO3-x复合结构，研究其光热耦合作用下的产氢性能和机理，以期为提高光催化产氢效率提供新的思路和方法。材料与方法实验材料实验所用的原料包括硝酸铜（Cu(NO3)2·3H2O）、硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)、氨水(NH3·H2O)、乙醇(C2H5OH)等试剂，购自国药集团化学试剂有限公司。实验方法首先，将硝酸铜、硝酸镧和硝酸铈按照一定的摩尔比例混合，再加入适量的氨水作为矿化剂，搅拌均匀后形成凝胶。将凝胶在烘箱中烘干后研磨成粉末，然后在高温炉中分别在600℃、700℃、800℃下煅烧2小时，得到不同温度下制备的Cu/ABO3-x复合结构。将制备的Cu/ABO3-x复合结构置于光催化反应器中，以氙灯作为光源，提供可见光照射。反应器内的气体由氮气和氢气组成，其中氮气用于保护样品，氢气用于提供反应物。在一定的光照时间后，通过在线气相色谱仪测量产生的氢气体积。结果与讨论光热耦合增强产氢性能通过对比不同温度下制备的Cu/ABO3-x复合结构的光催化产氢性能发现：随着温度的升高，样品的产氢性能逐渐提高。当温度为800℃时，样品的光催化产氢性能达到最佳。此外，通过对比不同Cu掺杂量的样品发现：随着Cu掺杂量的增加，样品的产氢性能逐渐提高。当Cu掺杂量为10%时，样品的产氢性能达到最佳。为了进一步探讨光热耦合对产氢性能的影响，我们对不同温度和Cu掺杂量的样品进行了详细的光吸收性能和电荷分离效果的表征。结果显示：随着温度的升高和Cu掺杂量的增加，样品的可见光吸收能力和电荷分离效果均得到显著改善。这表明光热耦合作用对提高样品的产氢性能具有积极的影响。机理研究为了深入探讨Cu/ABO3-x复合结构光热耦合增强产氢的机理，我们对不同温度和Cu掺杂量的样品进行了能带结构和光电性能的表征。结果显示：随着温度的升高和Cu掺杂量的增加，样品的导带(CB)和价带(VB)之间的能隙逐渐减小，导电性能逐渐增强。这表明光热耦合作用可以促进电子从价带跃迁到导带，进而参与光催化反应。此外，我们还发现Cu的掺杂可以显著提高样品的电导率，有利于光生电子的传输。为了进一步验证上述结论，我们进行了光电化学测试和动力学模型的拟合。结果显示：随着温度的升高和Cu掺杂量的增加，样品的反向饱和电流密度逐渐增大，动力学常数逐渐减小。这表明光热耦合作用可以促进光生电子的传输和参与光催化反应的活性。同时，我们还发现Cu的掺杂可以显著提高样品的电荷传输速率常
