硫化镉纳米晶体与双核钴配合物静电自组装光催化体系还原二氧化碳性能研究

• 作 者: 毕倩倩
• 出 处: 天津理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 光催化 二氧化碳还原 硫化镉纳米晶体 双核钴配合物 静电吸引自组装

随着全球工业发展和社会的进步,人类面临的能源危机和温室效应等环境问题日益加重。因此,我们致力于构筑一个高效的模拟自然界光合作用的光催化体系,将二氧化碳还原成可以直接利用的能源,从而达到减少化石能源消耗和缓解温室效应的目的。目前,光催化还原CO₂体系仍有一些问题亟待解决。其一,CO₂还原产物类型较多,包括CO、CH₄、CH₃OH、HCOOH等,催化还原选择性是光催化体系所需面临的挑战之一;其二,还原二氧化碳的过程较为缓慢,需要效率较高的光敏剂和催化剂来驱动反应;其三,催化体系中光敏剂和催化剂的稳定性也依旧存在着较大问题;其四,光催化体系中,多数情况下光敏剂与催化剂以自由碰撞的形式传递电子,导致体系中电子传递效率较低;其五,光敏剂或催化剂多为贵金属配合物,催化体系中的溶剂多为有机溶剂,不符合经济适用性原则。本文主要研究了在可见光（λ>420 nm）照射下,利用静电作用将带有负电性配体的硫化镉纳米晶体（CdS-MPA）与正电性的非贵金属双核钴配合物（Co₂L）组装为一体,在水中进行光催化还原CO₂反应。主要研究内容如下:1.探究了不同表面电性的硫化镉纳米晶体对光催化性能的影响,分别为负电性配体的硫化镉纳米晶体（CdS-MPA）、中性配体的硫化镉纳米晶体（CdS-OA）和表面无配体、正电性的硫化镉纳米晶体（CdS-BF₄）,结果表明负电性配体的硫化镉纳米晶（CdS-MPA）可使CO的选择性、产量和TON达到最高,分别为95%、34.51μmol和1380。2.利用动态光散射纳米粒度仪,探究了硫化镉纳米晶体与催化剂的自组装过程对光催化反应的影响。结果表明,10 h时组装体的粒径为20.6 nm。此时,组装体已明显形成,反应速率迅速加快;进一步反应后,组装体的粒径达到278 nm,CO的产生速率变慢并在120 h时反应终止。3.通过质谱、X射线光电子能谱、电感耦合等离子质谱对光反应后反应混合物中的固体进行了表征,证明了硫化镉纳米晶体（CdS-MPA）与双核钴配合物（Co₂L）通过静电吸引作用形成了组装体。4.通过稳态光致发光测试和瞬态光致发光测试,证明了CdS-MPA与Co₂L之间快速的电子转移。