發(fā)布時間：2025-01-19 11:45

　　自然界中,固定氮氣合成氨是將氮源輸入全球生物化學(xué)循環(huán)的非常重要的化學(xué)過程。氨是必不可少的清潔能源,是人類生活生產(chǎn)重要的工業(yè)產(chǎn)品,也是氮肥的原料之一。Haber-Bosch法是目前工業(yè)上采用的合成氨技術(shù),但是面臨的問題是高耗能、反應(yīng)條件苛刻、污染嚴重。光催化合成氨具有綠色、安全、可持續(xù)等優(yōu)點,被認為是一種理想的合成氨技術(shù)。因此,尋求高效的光催化劑實現(xiàn)在常溫常壓下持續(xù)的合成氨,徹底解決工業(yè)合成氨所涉及的問題至關(guān)重要。多金屬氧酸鹽,簡稱多酸,是一類由豐產(chǎn)元素組成的無機金屬氧簇,具有均一的納米尺寸、可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)、寬的吸收光譜、強的電子接受給予性能、可逆的多電子氧化還原等性質(zhì)。催化是多酸重要的研究領(lǐng)域之一,本論文以多酸為分子預(yù)組裝平臺,根據(jù)光催化固氮反應(yīng)對催化劑的活性需求,構(gòu)筑一系列源于多酸復(fù)合納米材料,實現(xiàn)了多酸在非均相光催化還原氮氣中催化性能顯著提高,且穩(wěn)定性增強。通過對這些復(fù)合納米材料的研究,為設(shè)計和合成高效,穩(wěn)定的多酸基催化劑提供了前所未有的機遇和挑戰(zhàn),并為進一步拓展多酸在光催化還原氮氣中的應(yīng)用研究提供了重要的參考依據(jù)。具體工作如下:1、我們首次報道了三種還原性的多酸和氧化石墨烯(GO)...

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.3提出的光催化氮氣還原反應(yīng)機理的路線[50]

在光驅(qū)動還原氮氣合成氨的情況下,基本的電化學(xué)反應(yīng)可以用來幫助更詳細地解釋加氫過程。例如,在第一次質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移時,吸附在光催化劑表面的氮氣(*N≡N),從環(huán)境中獲得一個質(zhì)子,同時催化劑產(chǎn)生一個光生電子,形成一種被吸附的化學(xué)物質(zhì)(*N=NH),即*N≡N+H++e-→*N=NH●....

圖1.4提出的光催化氮氣氧化反應(yīng)機理的三種途徑[51]

圖1.3提出的光催化氮氣還原反應(yīng)機理的路線[50]同時另一種被廣泛認可的光催化還原氮氣機制也被提出,即結(jié)合和分離機制。傳統(tǒng)的Haber–Bosch方法反應(yīng)被認為遵循分離機制,在反應(yīng)過程中,吸附的氮氣分子中的N≡N三鍵在高的裂解能介導(dǎo)下,在加氫過程之前被破壞(圖1.5a)。[54]....

圖1.5提出的光催化劑還原氮氣的反應(yīng)機理(a)分離途徑;(b)交替途徑;(c)遠端途徑;(d)酶促途徑[54]

同時另一種被廣泛認可的光催化還原氮氣機制也被提出,即結(jié)合和分離機制。傳統(tǒng)的Haber–Bosch方法反應(yīng)被認為遵循分離機制,在反應(yīng)過程中,吸附的氮氣分子中的N≡N三鍵在高的裂解能介導(dǎo)下,在加氫過程之前被破壞(圖1.5a)。[54]游離氮氣通過加氫作用生成氨氣,生成的氨氣從催化劑表....

圖1.6不同類型的光催化劑中可能存在的缺陷結(jié)構(gòu)[85]

對不同類型的缺陷進行分類,提出了幾種具體的分類方法。(1)通過維數(shù)。缺陷可以被分為:零維點缺陷(例如,空位和摻雜);一維線狀缺陷(例如,旋轉(zhuǎn)錯位和邊緣錯位);二維平面缺陷(例如,晶粒間界和雙晶邊界);三維體積缺陷(例如,晶格無序和空洞)。考慮光催化固氮,一維和高維缺陷很少被討論,....

本文編號：4028933