光合作用可以产生氢气

光合作用可以产生氢气

一、光合作用可生产氢气(论文文献综述)

孙文瑄[1](2021)在《钌基配合物敏化g-C3N4复合钴基催化剂光催化二氧化碳还原》文中提出化石燃料的大量燃烧不仅消耗了有限的环境资源,而且排放了大量的二氧化碳,使环境状况更加恶化。二氧化碳是导致全球变暖的主要原因,因此,寻找可再生能源以减少对化石燃料的依赖是至关重要的。在可用的可再生能源中,太阳能是最丰富和取之不尽用之不竭的,所以利用人工模拟光合作用将二氧化碳转化为可利用的有机小分子燃料是一条理想的途径。然而,二氧化碳的稳定性较高,需要很高的能量才能将其还原。于是开发高效的光催化剂是光催化二氧化碳还原的主要研究方向。g-C3N4由于容易制备、无毒、廉价等特点备受关注,但可见光的利用率低、比表面积小、光生电子-空穴对易复合等缺点限制了其应用。基于以上的研究背景,本文针对g-C3N4的缺点进行改性,首先将g-C3N4进行剥离增加其活性位点,并将常见光敏剂三联吡啶钌用羧基基团固定在g-C3N4上以提高对可见光的利用率,再将比表面积较大的MOFs材料Co-MOF-74与之进行复合,制备了一系列Ru L2L’@x C3N4/MOF(x,g-C3N4用量:100,200,400 mg)光催化剂,并对其进行了一系列的表征通过光催化二氧化碳还原实验可知,Ru L2L’@200C3N4/MOF表现出优异的催化效率,光照3 h能够产生4688μmol/g的一氧化碳和727μmol/g的氢气,选择性高达86.6%。并通过光电化学、紫外-可见漫反射以及荧光光谱证实了Ru L2L’@200C3N4/MOF比Ru L2L’@100C3N4/MOF和Ru L2L’@400C3N4/MOF有更好的电子-空穴分离能力以及更快的电子传输能力。此外,在钌基配合物敏化g-C3N4的基础上,将分子催化剂二连吡啶钴用羧基基团与三联吡啶钌共吸附在g-C3N4上,结果表明,当Ru2+:Co2+=10:1时,光照4 h可产生一氧化碳233μmol/g以及氢气68.1μmol/g,其中一氧化碳的选择性为77.4%。并通过实验推测了光催化二氧化碳反应路径。

温汉泉[2](2021)在《光发酵生物膜反应器强化产氢运行调控与机制》文中指出环境污染与能源危机是人类社会面临的主要问题。未来能源发展主要方向是能源能量密度的提高、成本的降低以及对环境影响的减弱。光发酵制氢作为高效绿色氢能获得方式,可以利用本身的代谢特性,降解污水中的有机物,并将其中的化学能和太阳能转化为还原力储存在氢气中,达到同步治理环境污染和生产氢能的作用,因而受到广泛的关注。光发酵制氢生物膜反应器正是完成该目标的关键技术与手段。但到目前为止,对光发酵生物膜反应器运行策略研究主要集中在营养因子、环境因子等方面,生物膜强化光发酵制氢机制少有分子水平层面的研究。本论文以沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas sp.nov.strain A7)作为实验菌株,以硅胶作为生物膜载体构建光发酵生物膜反应器,针对光发酵生物膜反应器的运行过程中微生物不同阶段自我调控、关键组分手性变化及生物膜对反应器运行影响进行研究,同时也从蛋白质角度和胞外聚合物等方面分析生物膜强化光发酵产氢机制。首先对光发酵生物膜制氢反应器的快速产氢展开研究,反应器的启动是决定其经济竞争力和运行效能的关键点。实验结果发现:通过在光发酵细菌迟滞期加入衰亡期沼泽红假单胞菌A7并投入载体形成生物膜,使得光发酵制氢得以快速产氢和提高反应器产氢性能。在生物膜反应器运行第0天(菌体处于迟滞期)添加衰亡期菌体反应器,成功地在第1天加速了氢气的生产,其产氢速率可达273 m L/(L·d)左右,累积产氢量可达2925 m L/L。而在没有加入衰亡期菌体对照组反应器中,第1天反应器没有成功启动,产氢量几乎为0,累积产氢量仅为1167 m L/L。在生物膜反应器运行前添加衰亡期菌体既能快速启动反应器,又促进了反应器产氢效能的提升,而在反应器运行第2天(细菌处于对数期)添加衰亡期菌体对反应器产氢效果影响较小。形成生物膜和添加衰亡期菌体加速启动反应器和提高反应器产氢能力是通过单位细菌产氢能力的提高实现的。此外,添加衰亡期菌体和形成生物膜这两种方法具有单独的互不干扰的综合促进作用。光发酵制氢反应器运行过程中,关键营养组分如L-半胱氨酸会产生手性变化生成D-半胱氨酸,光发酵细菌本身也可以在微生物稳定期及衰亡期积累D-半胱氨酸。因此,探究了L-半胱氨酸和D-半胱氨酸对于光发酵制氢反应器运行调控作用。研究结果发现:L-半胱氨酸和D-半胱氨酸表现出了对细菌细胞生长和产氢截然不同的影响规律。光发酵细菌迟滞期添加D-半胱氨酸会抑制细胞的增殖和产氢能力,抑制效果随着D-半胱氨酸浓度增加而逐渐加强,当D-半胱氨酸浓度高于0.3 g/L时,反应器运行阶段无法产氢,产氢量为0 m L。D-半胱氨酸在光发酵细菌迟滞阶段发挥着群体感应因子的调控功能。光发酵细菌对数期添加D-半胱氨酸对光发酵制氢反应器菌体增殖和产氢影响较小。尽管生物膜没有改变D-半胱氨酸对光发酵制氢的细菌代谢和产氢浓度阈值(0.3 g/L),但是生物膜在D-半胱氨酸抑制条件下仍然可以强化光发酵制氢反应器产氢效果。相比于D-半胱氨酸,L-半胱氨酸可以促进反应器产氢能力。没有添加L-半胱氨酸生物膜反应器累积产氢量为1267 m L/L,对照组反应器累积产氢量为915 m L/L,而添加0.5 g/L L-半胱氨酸生物膜反应器累积产氢量为1647 m L/L,对照组反应器累积产氢量为1080 m L/L。由于L-半胱氨酸促进和D-半胱氨酸抑制效应明显,所以需要在运行光发酵制氢反应器中对L-半胱氨酸的转变成D-半胱氨酸过程监测和限制。建立光发酵制氢生物膜反应器运行策略之后,对生物膜强化光发酵机制进行了探究。实验结果发现:生物膜强化前对照组反应器累积产氢量为1811 m L/L,强化后生物膜反应器累积产氢量可达到3050 m L/L,生物膜提升光发酵制氢效能约68.4%。同时生物膜调控下光发酵细菌内部蛋白及代谢通路发生了相应改变。固氮酶、ATP、TCA、跨膜转运关键、鞭毛和趋化活性蛋白表达水平上调,光能利用相关蛋白表达水平下调。其中固氮酶相关蛋白上调倍率可达1.8-2.6倍,ATP相关蛋白活性上调2.0-2.6倍,由于固氮酶利用能量(ATP)和电子将[H]还原为氢,所以这两种相关蛋白活性增强是生物膜强化光发酵制氢的直接原因。光能利用相关蛋白表达下调1.7-2.7倍,光能吸收降低从而减少光发酵细菌氧化压力,增强反应器内光能平均分配,最终提升光发酵细菌光能利用和产氢能力。硫代谢改变调节了细胞的氧化/还原状态更有利于产氢。对胞外聚合物分析发现:光发酵细菌A7在载体表面形成复杂成熟的三维生物膜且菌体生物膜状态和游离状态EPS官能团中苯结构和OH结构具有明显不同,这些结构代表不同状态细菌聚集特性和相关功能发生了改变。生物膜调控下光发酵细菌的胞外聚合物中二级蛋白结构也呈现明显差异。生物膜细胞EPS中的蛋白质二级结构主要以β型为主,含量高达49.8%。含有β型二级结构较多蛋白倾向于形成球形蛋白,其对调节细菌代谢具有高度的特异性和敏感性。游离细胞EPS中蛋白二级结构主要为α+β或α/β型,含量可达51.3%,因此蛋白多呈现稳定状态,从而保证了游离细菌自身的功能结构完整性。在投入载体后光发酵细菌进行功能分离和生态分区,有利于光发酵产氢效能的提高。本文通过对光发酵生物膜反应器运行参数进行调整优化,构建了有效的光发酵制氢生物膜反应器运行调控策略,为光发酵制氢扩大化生产及规模化应用提供了理论依据和技术支持。

李元林[3](2021)在《基于叶绿素衍生物复合Ti3C2Tx MXene的光催化产氢研究》文中指出随着全球经济的快速发展和工业化程度的不断提高,寻找可持续能源将成为近期影响人类生存和发展的最重要问题之一。氢能作为一种丰富的、清洁的、可再生的能源,一直被认为是满足能源消费需求的最重要的潜在候选者之一。其中,太阳能驱动的光催化分解水制氢气是将太阳能转化为化学能的最有前途的策略之一。然而,经过几十年的努力,光催化制氢的实际应用仍受阻于可见光吸收能力不足、光生电子-空穴对的快速复合导致的制氢能力和量子效率低下、催化剂表面析氢反应(HER)动力学迟缓等问题。与其他人工合成的半导体光催化剂相比,天然叶绿素具有优异的光化学和光物理性能。例如,优异的太阳光吸收、可调控的分子结构、原料来源丰富、环境友好等特性。与其他传统的贵金属助催化剂相比,Ti3C2Tx MXene作为一种新兴的二维层状材料,已经被广泛的报道具有高效的光催化活性,这主要归因于Ti3C2Tx MXene表面的亲水基团(-OH和-O)可以很容易地与各种半导体构建强连接。此外,Ti3C2Tx Mxene具有可调控的功函数和优良的电子传导性,有利于光诱导的电荷从半导体转移到Ti3C2Tx MXene上。本论文中,我们以叶绿素衍生物(Chls)作为光催化分解水产氢的光催化剂,非贵金属Ti3C2Tx MXene作为捕获电子的助催化剂,构建了叶绿素基无贵金属光催化系统Chls/Ti3C2Tx并开展了一系列的研究。主要的工作内容如下:首先受自然光合作用中,含有自聚集叶绿素的叶绿体天线系统的启发,我们通过在Ti3C2Tx MXene表面沉积叶绿素衍生物即锌-甲基-3-二乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿酸a(Chl)超分子聚集体,制造出具有二维手风琴状形态的Chl/Ti3C2Tx有机-无机复合材料。该复合材料以叶绿素聚集体作为光催化分解水产氢的有机半导体,非贵金属Ti3C2Tx MXene作为捕获电子的助催化剂,构建了叶绿素基非贵金属光催化系统Chl/Ti3C2Tx复合物并开展了一系列的研究。首先我们通过XRD、红外光谱以及扫描电镜表征了Chl/Ti3C2Tx复合材料的结构和形貌特征。与此同时,我们还通过电子吸收光谱确定了Chl/Ti3C2Tx复合材料的吸光能力和聚集状态。并且我们还在可见光照射下,对Chl/Ti3C2Tx复合材料进行了光催化产氢测试分析,结果表明不同的Chl和Ti3C2Tx MXene复合比例对叶绿素产氢具有较大影响,其中Chl/Ti3C2Tx复合材料中Chl含量为2%时,其光催化产氢性能最高可达52±5μmol/h/gcat。然后为了分析不同的Chl和Ti3C2Tx MXene复合比例对Chl/Ti3C2Tx复合材料的电子-空穴对分离效率的影响,我们对Chl/Ti3C2Tx复合物进行了光电流和阻抗测试。结果表明如此高的HER活性主要归因于Chl聚集体高效的光收集能力以及高效的激子转移,以及由此产生的Chl/Ti3C2Tx界面上的电荷分离。在上一章中,我们成功的将Chl聚集体与Ti3C2Tx MXene结合起来制备了叶绿素基无贵金属光催化系统Chl/Ti3C2Tx并将其用于光催化制氢,证明了通过利用Chl聚集体中的激子转移,将电荷转移到Ti3C2Tx表面与水中的H+结合产生的氢气具有可行性。然而,这一系统的光催化性能仍然不足,需要进一步改进。在本章中,受自然产氧光合作用的Z-scheme过程启发,我们使用两种具有不同物理特征的叶绿素衍生物即Chl-1作为PSI模拟器,甲基131-脱氧-131-二氰基亚甲基-脱镁叶绿酸Chl-2作为PSII模拟器,并通过简单的交替沉积工艺制备了叶绿素基有机异质结无贵金属光催化剂Chl-1@Chl-2@Ti3C2Tx并将其用于光催化制氢。与普通的光催化剂相比,有机异质结光催化剂Chl-1@Chl-2@Ti3C2Tx表现出远高于Chl-1@Ti3C2Tx或Chl-2@Ti3C2Tx光催化剂的光催化性能。与此同时,为了进一步分析光催化性能提高的原因,我们表征了其结构、形貌、光吸收能力和载流子分离效率。

商文喆[4](2021)在《人工光合作用体系中激发态氢键的重要作用研究》文中进行了进一步梳理针对日益严重的环境问题研究者提出了人工光合作用的概念来解决该问题,本文研究了人工光合作用中激发态氢键的作用这一课题,本文采用分子光化学理论与光催化理论结合,选取具有代表性的g-C3N4和均相催化剂叶绿素铁钠两种人工光合作用体系,采用含时微扰理论与费米黄金规则研究光物理过程,采用含时密度泛函理论研究光化学过程,并且结合实验讨论激发态氢键在人工光合作用中的重要作用。本文做了以下研究:(1)选取g-C3N4作为光催化剂在实验上光解水产氢。理论计算上通过g-C3N4截取结构基元使激发态的计算成为可能,并将结构基元与H2O构建氢键复合物,研究了氢键复合物整体的光物理与光化学过程。通过计算结果发现激发态氢键在电子-空穴分离起到了促进作用,在光化学过程中能量、氢及电子转移过程起到了诱导作用,同时得到g-C3N4光解水产氢的速控步骤是光生电子-空穴分离部分,其主要复合发生在系间窜跃(ISC(S1-T1))过程。(2)以g-C3N4为载体成功负载了Fe单原子Fe-C3N4,在相同条件下Fe-C3N4光催化产氢速率提升了110倍。为探究Fe单原子在反应中起到的作用,本文通过实验结合理论计算的方法进行讨论。实验上通过荧光(PL)与紫外漫反射(UV-vis)发现Fe-C3N4荧光发射能力降低,吸光性增强,有利于光反应进行。理论计算结果表明,1、Fe单原子的加入通过MLCT效应增强了与Fe原子配位的N原子的电负性,增强了反应过程中激发态氢键诱导的氢转移;2、Fe单原子的加入增大了ISC(S1-T1)的HSO,增强了电子-空穴复合能力。以上结论不但验证了预测的瓶颈,并在关键步骤增强了光解水产氢的活性。(3)以均相催化剂叶绿素铁钠(Fe Chl Na3)将CO2通过调节p H在无牺牲剂与光敏剂的条件下还原为CO。计算上通过构建Fe Chl Na3与CO2、H2O的氢键复合物,研究了其光物理与光化学过程。理论计算结果表明,激发态氢键在ISC(S1-T1)过程中将直线型CO2活化为弯曲的HCO2-,在基态到激发态的过程中将H2O活化使其具有自由基性质,二者均有利于CO2光还原。同时对比有无氢键的情况发现激发态氢键使三重态寿命增长,使其与光化学动力学过程更匹配,有效增强了反应活性。本文通过理论计算与实验相结合的方式研究两种典型体系的人工光合作用机理,并且得出以下结论:激发态氢键在电子-空穴的复合,反应物分子的活化,能量、电子与氢转移等主要步骤起到非常重要的作用。

王康[5](2021)在《CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂上CH3OH重整制氢的研究》文中进行了进一步梳理甲醇水蒸气重整制氢是生产氢气的重要途径,基于CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂,本文研究了 CH3OH重整制氢反应。考察了操作条件对CH3OH重整制氢结果的影响。结果表明,反应的适宜温度在240℃左右,高温会使得CO选择性较高,低温会使得CH3OH转化率较低;进料甲醇水溶液水醇比增大,CH3OH转化率变大,CO选择性变小,反应的适宜水醇比为1.2;在保证CH3OH转化率的前提下,适当提高进料液时空速,能够提高反应效率。催化剂还原温度为300℃、还原时长为2h时,CH3OH转化率较高,同时CO选择性较低。采用Langmuir-Hinshelwood型双速率动力学模型,根据实验数据进行参数估值和模型检验。通过负载Ce、Ga、La、Zr四种金属助剂,考察添加金属助剂对催化剂反应性能的影响。实验表明,负载量为2%wt的Ce改性催化剂在低温下的表现较好。考察CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂在200℃和300℃下的失活现象,采用SEM、BET、XRF、XRD以及CO-TPD对失活催化剂进行表征。催化剂的表征结果表明,本实验中催化剂主要的失活原因除热烧结外,催化剂比表面积减小、介孔比例减少、活性组分CuO的流失、CuO晶粒变大也是催化剂失活的具体原因,高温反应中产生的高含量CO没有对催化剂的失活产生明显影响。

魏浩山[6](2021)在《低维半导体光催化剂的合成与分解水析氢及二氧化碳还原的研究》文中提出利用光催化剂将太阳能转换为化学能是解决人类目前面临的能源环境危机的重要手段之一。Ti基光催化剂和g-C3N4是目前广泛研究的光催化剂。由于存在光生载流子复合效率高、导电性能差、可见光利用率低等缺陷,限制了它们在光催化能源转换领域的应用。在本论文研究工作中,作者主要着眼于光解水以及光催化二氧化碳还原催化剂的研究。在光解水析氢方面,选择TiO2和g-C3N4这两种最有代表性的材料,考察了助催化剂和掺杂对其光解水制氢性能的影响。在CO2还原方面,以SrTiO3为研究对象,主要考察了晶面以及晶面吸附对光催化还原CO2性能的影响。本论文中所研究的几种不同而又具有关联性的光催化剂材料分别为:具有高比表面积以及高可见光响应的中空管状(W,O)/g-C3N4;具有高效光解水性能的小尺寸Au粒子负载TiO2纳米片;具有高载流子分离效率和载流子寿命的AuPt双金属负载的海胆状TiO2微米球;具有高光催化还原CO2与水分解性能的SrTiO3亚微米立方体。具体结果如下:1)在本文第三章中,采用一步热解的方法首次制备了空心(W,O)/g-C3N4管状结构。W和O的引入有效抑制了g-C3N4的缩聚,将g-C3N4的比表面积由10.19m2 g-1提高到了38.39 m2 g-1。同时材料的光吸收边明显红移,对光的吸收增强,带隙由2.69 e V减小到了2.37 e V。形成的W-N键可能作为电子传输的通道,对于促进载流子的传输,抑制载流子的复合起到了重要的作用。样品的载流子寿命由g-C3N4的1.401 ns增长到了3.0%(W,O)/g-C3N4的6.291 ns。光解水产氢性能得到了显着的改善,其中1.0%(W,O)/g-C3N4具有最优的产氢性能(403.57μmol g-1h-1),是g-C3N4的2.5倍。2)在本文第四章中,采用沉积-沉淀法在TiO2表面获得了高度分散的Au纳米粒子助催化剂。高价态Au元素的出现表明Au纳米粒子与TiO2表面的相互作用对光催化性能的改善起着至关重要的作用。两种方法制备的复合催化剂的产氢性能比较显示Au助催化剂的尺寸对光催化水分解的性能有着非常显着的影响。TiO2-0.1Au-DP样品(沉积-沉淀法制备,负载量0.1 wt%)的产氢性能达到了1325.9μmol g-1 h-1,是相同负载量TiO2-0.1Au-PD样品(光沉积法制备)的1.88倍。3)在本文第五章中,利用光沉积法制备了不同混合比的AuPt双金属助催化剂。AuPt双金属助催化剂的负载明显增长了载流子的寿命,TiO2-AuPt23样品达到了17.524 ns,明显高于TiO2-Au的12.391 ns和TiO2-Pt 14.517 ns。TiO2-AuPt23样品的光解水产氢速率达到了3318.09μmol g-1 h-1,分别是TiO2-Au的2.2倍和TiO2-Pt的2.4倍,且表现出了较好的稳定性。在单位比表面积上的产氢性能,表现出绝对的优势,TiO2-AuPt23样品为59.32μmol m-2 h-1是商品P25粉末(38.25μmol m-2 h-1)的1.55倍,这一结果为后续在增强催化剂的催化性能指明了方向。4)在本文第六章中,采用熔融盐法制备了具有单晶特性的立方体钛酸锶(SrTiO3)亚微米晶体,暴露的晶面为(100)和(110)晶面。实验结果表明光催化还原二氧化碳和光催化水分解产氢的化学反应可以同时进行,但是两者之间存在着明显的竞争关系。这种竞争关系与Pt纳米颗粒的负载存在着紧密的联系,具有稳定的可重现性。根据表面状态的变化,作者认为反应过程可能与反应物的选择性吸附相关。在反应的早期,吸附在SrTiO3表面的CO2分子的浓度足够高,使得在此期间CH4生成速率高。随着反应的持续进行,CO2吸附位的表面化学或微观结构发生嬗变,使其更倾向于催化生成氢气。

熊松林[7](2021)在《NaHSO3增强蓝藻突变株Δ135光合产氢能力的机理研究》文中认为由于传统化石能源储备有限,且在使用过程中会造成环境污染,因此,发展绿色环保的清洁能源已成为人们的共识。在众多的清洁能源中,光合产氢是微藻利用太阳能和水生产氢气的过程。考虑到这种产氢方法清洁无污染,因此,具有很高的发展潜力。然而,目前微藻光合产氢的工业化生产还面临着一些挑战,一是微藻在光合作用过程中会放出氧气,而氢化酶对氧气极为敏感;二是微藻氢代谢途径复杂,需要让氢化酶从光合电子传递链上获得更充足的电子。因此,探索微藻光合产氢的厌氧技术,以及对影响微藻氢代谢的关键调控位点,对未来微藻光合产氢的工业化生产具有重要的理论和实践意义。根据以往的研究发现,当用适当浓度的NaHSO3处理微藻细胞时,经过高光培养后的微藻细胞产生的超氧阴离子,会与加入的NaHSO3发生反应,间接地降低了细胞内的氧气含量,从而激活氢化酶活性,增加微藻光合产氢水平。在成功创造厌氧环境后,氢化酶得到的电子数量将直接影响光合产氢的效率,因此,人们希望在厌氧背景下,维持微藻PSⅡ活性在较高水平,以实现更持续的微藻光合产氢。本论文就是在添加NaHSO3诱导产氢的背景下进行的,我们选用遗传学背景清晰的集胞藻6803作为实验材料,通过高光添加NaHSO3诱导产氢法对集胞藻6803(Synechocystis sp.strain PCC 6803)转座子突变体库进行筛选,得到一株生长比野生型好且具有较高PSⅡ活性的突变株Δ135,并发现该未知功能的基因位点135缺失后显着提升了集胞藻6803的光合产氢水平。我们发现在高光下Δ135具有比野生型生长更慢更容易发黄的表型,但PSⅡ的活性却好于野生型;高光下Δ135的PSI活性受损,此时Δ135的细胞内产生了比野生型更多的超氧阴离子,而在藻液中加入一定浓度的NaHSO3之后,在12小时内Δ135的PSI活性恢复到与野生型相似的水平。进一步研究发现,加入NaHSO3后Δ135藻液里的溶解氧更快地降到零,也就是更快地进入厌氧状态,进而保留了更多的PSⅡ活性,实现持续时间更长的光合产氢,突变株36h的产氢积累量大约是野生型的1.6倍。通过在产氢过程中添加PSⅡ抑制剂林肯霉素(Lin),碳同化抑制剂乙醇醛(GA)和PSI循环电子传递抑制剂抗霉素A(AA),我们确认了集胞藻6803光合产氢的电子源主要来自PSⅡ光解水,Δ135比野生型光合产氢更高的根本原因是其拥有更高的PSⅡ活性,为氢化酶提供了更充足的电子源。本文通过对NaHSO3背景下的突变株Δ135高产氢的原因进行探索,希望对未来微藻光合产氢的工业化应用提供理论参考。

张艳艳[8](2021)在《卟啉功能化仿生膜制备及其光催化产氢性能研究》文中研究指明能源短缺和环境污染问题日趋严重,人类探索高效、环境友好以及可持续性能源的任务迫在眉睫。氢能作为一种环境友好型能源受到了极大的关注。在众多的制氢方法中,光催化分解水制氢技术因其经济、环保而备受关注,开发具有可见光响应的高效光催化剂是实现这一技术的关键。本文构建了Pt0@THPP纳米复合物,并进一步通过化学手段将THPP接枝到氯甲基聚砜上,构建Pt0@THPP-g-PSf光催化功能膜,并用于光催化水解产氢。首先,以Meso-四(4-羟基苯基)卟啉(THPP)为络合剂,采用光还原法合成了Pt0@THPP纳米复合物,并用UV-vis、XRD、TEM、电化学、荧光等手段进行表征。结果表明Pt0@THPP已被成功制备,且在激发态THPP分子与Pt纳米粒子之间可以发生有效的电子转移,抑制电子-空穴对的复合,从而提高电子转移效率。此外,对Pt0@THPP纳米复合物的光催化分解水产氢性能进行研究。在可见光下,将Pt0@THPP作为光敏剂和催化剂,AA作为牺牲剂进行光催化产氢实验。结果表明:在pH值为4,AA浓度为0.2M时,在此条件下作为牺牲剂能提供最佳的光催化效率,得到较高的产氢量,为1.0mmol×g-1×h-1。进一步研究了该纳米复合物的重复使用性,发现其在光催化过程中表现出良好的稳定性。进一步,采用表面接枝的方法,将THPP负载到CMPSf膜上,得到THPP-g-PSf膜。通过XPS、紫外-可见光谱、红外光谱等手段对其进行表征,确定THPP成功接枝到了聚砜膜表面。进一步将THPP-g-PSf膜浸泡于H2PtCl6溶液中,采用光还原处理后得到Pt0@THPP-g-PSf功能化膜。通过XPS表征验证了Pt已成功负载到膜表面。利用荧光光谱表征证明了Pt的引入能够抑制THPP-g-PSf光生电子-空穴对的复合,从而有利于电子/能量的转移,提高了光催化活性。此外,对Pt0@THPP-g-PSf功能化膜的光催化分解水产氢性能进行研究。将制备的THPP-g-PSf膜和Pt0@THPP-g-PSf膜分别作为催化剂,在可见光下进行水解产氢实验。发现与THPP-g-PSf膜相比,负载Pt之后的Pt0@THPP-g-PSf膜具有较高的光催化活性,其产氢量为5.7 mmol×m-2×h-1,是THPP-g-PSf膜的2倍以上。进一步考察了体系p H值、牺牲剂种类、牺牲剂浓度对光催化性能的影响以及复合膜的重复使用性,结果表明,当pH值为4,牺牲剂为AA且浓度为0.2M时,该催化剂表现出优异的光催化产氢性能和良好的稳定性。

周生辉[9](2020)在《生物质衍生物原位加氢高效催化剂的绿色构建与性能研究》文中研究指明催化转化可再生的生物质及其衍生化合物制备生物燃料和高值化学品,对人类社会的可持续发展具有重要意义。糠醛、5-羟甲基糠醛、香草醛、肉桂醛等来源于生物质的平台分子,被认为是连接生物质和可再生化学品的桥梁。然而,现有的催化体系存在催化剂催化活性低、产物选择性低、反应条件苛刻、催化剂制备过程复杂、制备原料昂贵且不可再生、制备过程使用有毒试剂等缺点。本论文围绕新型高效催化剂的绿色构建,以廉价生物质衍生物或者废弃物为原料,开发了一系列制备工艺简单且环保、催化活性高的绿色加氢催化剂,并研究了其在生物质衍生物转化中的构效关系。主要研究内容如下:1.整体式MnOx负载掺氮碳气凝胶催化剂的制备与应用以纤维素的溶剂氢氧化钠/尿素溶液为分散媒介,制备了负载过渡金属的纤维素气凝胶。碳化后获得了一种高效、整体且易于分离的锰氧化物负载的掺氮碳气凝胶催化剂(Mn-NCA)。研究发现,Mn-NCA具有整体多孔气凝胶结构。原位生成的MnOx与表面掺氮碱性位的协同作用,使该催化剂对生物质基醛/酮的加氢反应具有良好的催化性能。在优化条件下,糠醛的转化率和糠醇的选择性可分别高达99%和85%。催化剂在反应过程中具有较好的稳定性,回收5次后仍然有85%的糠醛转化率,且糠醇选择性基本维持不变。与传统的粉末催化剂相比,所开发的整体式碳气凝胶催化体系具有催化活性高、催化剂分离方便、催化活性高等优点。2.超细纳米Co3O4负载掺氮碳纳米纤维催化剂的制备与应用以细菌纤维素(BC)为原料,采用尿素协助碳化和温和硝酸盐分解的方法,成功地制备了超细Co3O4(约1.57nm)负载的掺氮碳纳米纤维催化剂(Co3O4/NCNF)。研究发现,BC特有的纳米纤维网状结构在碳化后扔然保留。在吸附硝酸钴并热分解后,纳米纤维结构对Co3O4具有限域作用,可防止纳米Co3O4聚集。该催化剂在生物质基醛的加氢反应中具有优良的催化活性,在160°C下可获得90~100%底物转化率。对比实验证明尿素的协助碳化可以促进碳纤维多孔结构以及碱性位的生成,从而使Co3O4/NCNF的催化活性明显高于其他碳负载型催化剂。3.含锆木质素配位多酚聚合物催化剂的制备与应用以亚硫酸盐制浆副产物木质素磺酸盐为原料,构建了木质素配位锆基催化剂(Zr-LS)。研究发现,Zr-LS对生物质基醛和酮的加氢反应具有较高的活性。在温和条件下(80°C,3 h内),糠醛制备糠醇的收率可达96%。实验结果表明,Zr-LS中强Lewis酸碱对(Zr4+-O2-)和中等酸性的Br?nsted位点(-SO3H)在加氢反应中具有协同催化作用。同位素标记测试结果显示,氢从异丙醇的α-C直接转移到糠醛的α-C是该反应的速率决定步骤。此外,Zr-LS可以重复使用,回收七次后糠醛转化率仅下降5%。4.木质素配位过渡金属催化剂的制备及其催化5-羟甲基糠醛一锅还原转化开发并对比了一系列过渡金属(Hf4+,Zr4+,Fe3+,Al3+和Zn2+)配位的木质素基催化剂(Metal-LigS)在5-羟甲基糠醛(5-HMF)加氢反应中的催化活性。研究发现,Hf-Lig S具有最高的碱/酸摩尔比、强Lewis酸碱对活性位和中等的Br?nsted酸性位。因此,在温和的反应条件下(100°C,2 h内),Hf-Lig S在5-HMF加氢反应中表现出最佳的催化性能,目标产物的收率>90%。由于催化剂结构中含有磺酸基团,该催化剂还可以催化5-HMF一步还原醚化制备5-[(1-甲基乙氧基)甲基]-2-呋喃甲醇。动力学实验表明,5-HMF加氢反应的活化能(Ea)为64.64 k J/mol。此外,Hf-Lig S稳定性好,回收使用十次后5-HMF转化率仅下降10%,催化剂的结构和理化性质无明显变化。5.掺氮碳封装纳米钴催化剂的制备与应用以生物大分子羧甲基纤维素(CMC)为原料,制备了一种多层氮掺杂碳包裹的高分散钴纳米催化剂(Co@NG)。研究发现,CMC、尿素和Co2+的离子胶凝作用可使不同反应原料均匀分散并螯合。在高温热解后可形成高度分散的纳米Co颗粒(约10.9nm)。尿素的加入可作为非腐蚀性的碳结构活化剂,从而引入多孔结构和丰富掺氮碱性位点。制备的催化剂可以高效催化生物质衍生物香草醛与甲酸的加氢反应。在160°C反应6 h后,2-甲氧基对甲酚的收率可达99%。动力学同位素研究表明,Co-H-通过β-H的脱除和质子化形成是反应速率的决定步骤。而质子化的N-H+和Co-H-是加氢脱氧反应中的活性中间物。此外,钴纳米颗粒外面包裹的碳层可防止其被腐蚀和团聚,使催化剂在酸性反应条件下具有较好的稳定性,回收7次后香草醛的转化率仍然维持在90%以上。

霍德标[10](2020)在《含有钌络合物光敏剂金属有机框架(MOF)的设计,合成与应用》文中研究指明光驱动的化学反应,特别是光催化过程,涉及当前化学科学各研究领域,既有重要的基础研究意义,又有极大的应用潜力。例如,自然界中的光合作用利用太阳光驱动二氧化碳和水生成糖的转化过程。人工模拟光合作用可以解决太阳能的转化和存储问题,为绿色能源开发和温室气体治理提供有效途径。此外,在水体污染物治理,化石燃料重整,精细有机化学品合成,以及光动力/光热治疗等方面,光催化反应已得到广泛关注和研究。本论文工作设计合成基于Ru络合物的新型金属有机框架(MOF)化合物,并探索其光催化应用,主要内容包括如下四部分:(1)设计合成羧酸修饰的二(三吡啶)钌光敏络合物,双羧酸[RuⅡ(tpyCOO-)2],三羧酸[RuⅡ(tpyCOO-)(tpy(COO-)2)]-,以及四羧酸[RuⅡ(tpy(COO-)2)]2作为构建金属有机框架的链接体(linker)。(2)设计合成以双羧酸Ru光敏剂[RuⅡ(tpyCOO-)2]为链接体,以3d过渡金属(Mn,Co,Ni,Zn)为节点(node)的新型金属有机框架(MOF)。通过物理剥离方法生成二维MOF纳米片后,研究纳米片光催化质子还原(HER)的性能和反应机理。(3)设计合成以双羧酸Ru光敏剂[RuⅡ(tpyCOO-)2]为链接体,以稀土金属(Sm,Eu,Tb,Dy,Er,Yb)为节点的三维金属有机框架。探索Tb-MOF-Ru(tpyCOO)2(Tb-Ru)在水相中光催化降解有机染料的性能。(4)设计合成以双羧酸Ru光敏剂[RuⅡ(tpyCOO-)2]为链接体,以过渡金属Cu2+离子为节点的三维金属有机框架,Cu-MOF-Ru(tpyCOO)2(Cu-Ru)。初步探索其光催化产氢活性。

二、光合作用可生产氢气(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、光合作用可生产氢气(论文提纲范文)

(1)钌基配合物敏化g-C3N4复合钴基催化剂光催化二氧化碳还原(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 人工模拟光合作用
    1.3 光催化二氧化碳还原的研究进展
    1.4 g-C_3N_4的研究进展
        1.4.1 g-C_3N_4 的结构与性质
        1.4.2 形貌调控
        1.4.3 金属和非金属掺杂
        1.4.4 缺陷工程
        1.4.5 与半导体形成异质结
        1.4.6 分子催化剂耦合g-C_3N_4
    1.5 本论文的选题背景和研究思路
2 RuL_2L’@C_3N_4/MOF三元复合物光催化CO_2还原
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要化学药品和分析仪器
        2.2.2 光催化剂RuL_2L’@xC_3N_4/MOF的制备
        2.2.3 光催化剂的表征
        2.2.4 光催化二氧化碳还原实验
        2.2.5 电化学测试
        2.2.6 荧光光谱测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 光催化剂的表征
        2.3.2 RuL_2L’@C_3N_4/MOF的光催化二氧化碳还原的性能
        2.3.3 光催化剂RuL_2L’@200C_3N_4/MOF的稳定性
        2.3.4 光催化反应机理的探讨
    2.4 本章小结
3.Co(Ⅱ)和染料Ru(Ⅱ)共吸附g-C_3N_4光催化二氧化碳还原41
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要化学药品和分析仪器
        3.2.2 光催化剂RuL_2L’@C_3N_4/CoLL’的制备
        3.2.3 光催化剂的表征
        3.2.4 光催化二氧化碳还原实验
        3.2.5 电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 光催化剂的表征
        3.3.2 光催化二氧化碳还原性能分析
        3.3.3 光催化反应机理的探讨
    3.4 本章小结
4.结论与展望
    4.1 结论
    4.2 创新点摘要
    4.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(2)光发酵生物膜反应器强化产氢运行调控与机制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 氢能发展现状与趋势
    1.2 生物制氢
        1.2.1 光解水制氢
        1.2.2 暗发酵制氢
        1.2.3 光发酵制氢
        1.2.4 暗-光耦合发酵制氢
    1.3 光发酵制氢强化策略
        1.3.1 碳源优化
        1.3.2 氮源优化
        1.3.3 光照选择
    1.4 光发酵制氢与固定化
        1.4.1 光发酵细菌存在形态
        1.4.2 光发酵细菌固定化方式
        1.4.3 生物膜和胞外聚合物
    1.5 生物膜强化光发酵制氢
        1.5.1 光发酵生物膜反应器设计
        1.5.2 光源设计
        1.5.3 载体改性
    1.6 生物膜法光发酵制氢面临的问题
        1.6.1 光发酵生物膜反应器运行调控关键参数研究少
        1.6.2 生物膜强化光发酵制氢机制待确定
    1.7 本论文的研究内容
    1.8 技术路线
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 菌种来源
        2.1.2 培养基
    2.2 实验装置
        2.2.1 载体选择
        2.2.2 反应器类型
        2.2.3 反应器运行
    2.3 实验方法
        2.3.1 实验样品的选取
        2.3.2 生物膜形态特征观察
        2.3.3 样品的提取
        2.3.4 衰亡期菌体处理
        2.3.5 D-半胱氨酸对反应器运行的影响探究
    2.4 检测方法
        2.4.1 生物量检测
        2.4.2 氢气浓度检测
        2.4.3 乙酸浓度检测
        2.4.4 L-半胱氨酸浓度检测
        2.4.5 活死细胞鉴定
        2.4.6 蛋白质测量
        2.4.7 胞外聚合物结构组分测量
    2.5 分析方法
        2.5.1 蛋白质组分析
        2.5.2 细菌胞外聚合物图像合成及三维分布
    2.6 试验数据处理与分析方法
第3章 衰亡期菌体对光发酵生物膜反应器的产氢启动调控
    3.1 引言
    3.2 光发酵生物膜反应器运行情况
        3.2.1 光发酵生物膜反应器产氢效能
        3.2.2 光发酵生物膜形态
    3.3 衰亡期菌体对反应器产氢效能影响
        3.3.1 反应器运行第0 天添加衰亡期菌体产氢效果
        3.3.2 反应器运行第2 天添加衰亡期菌体产氢效果
        3.3.3 添加衰亡期菌体调控反应器的启动
        3.3.4 影响反应器产氢效能的因素分析
        3.3.5 添加其他稳定期和衰亡期菌体下反应器的运行情况
    3.4 添加衰亡期菌体对光发酵细菌生长的影响
        3.4.1 反应器运行第0 天添加衰亡期菌体后生物量生长
        3.4.2 反应器运行第2 天添加衰亡期菌体后生物量生长
        3.4.3 影响反应器内生物量因素分析
    3.5 衰亡期菌体不同处理方式比较
        3.5.1 不同处理方式对反应器产氢速率的影响
        3.5.2 不同处理方式调控反应器运行的数据分析
    3.6 衰亡期菌体和生物膜对于光发酵制氢影响的探讨
    3.7 本章小结
第4章 D-半胱氨酸对光发酵生物膜反应器运行的影响
    4.1 引言
    4.2 D-半胱氨酸对反应器运行的影响
        4.2.1 L-半胱氨酸调控光发酵生物膜制氢反应器运行效果
        4.2.2 添加D-半胱氨酸光发酵制氢反应器产氢情况
        4.2.3 无牛肉膏条件下D-半胱氨酸对反应器的影响
        4.2.4 D-半胱氨酸对光发酵细菌生长的影响
    4.3 不同条件D-半胱氨酸对于反应器运行的影响
        4.3.1 不同浓度D-半胱氨酸下反应器启动情况
        4.3.2 低浓度D-半胱氨酸对反应器整体运行情况
        4.3.3 D-半胱氨酸对光发酵细菌产氢和生长调控
        4.3.4 D-半胱氨酸不同添加时间对反应器的调控
        4.3.5 D-半胱氨酸与生物量对反应器的快速产氢的影响
    4.4 D-半胱氨酸抑制反应器效能及机制分析
        4.4.1 初始D-半胱氨酸浓度和生物量调控下的菌体增长
        4.4.2 不同D-半胱氨酸与初始生物量条件下反应器产氢启动情况
        4.4.3 D-半胱氨酸对菌体存活的影响
        4.4.4 D-半胱氨酸调控光发酵制氢反应器机制探讨
    4.5 本章小结
第5章 基于蛋白质组和EPS结构的生物膜强化光发酵产氢机制
    5.1 引言
    5.2 生物膜反应器和对照组反应器细菌的蛋白质变化
        5.2.1 蛋白质组取样点的选择
        5.2.2 蛋白质组整体比较
    5.3 生物膜形成后光发酵细菌蛋白表达差异
        5.3.1 蛋白整体表达区别
        5.3.2 差异蛋白比较
        5.3.3 差异蛋白网络分析
    5.4 生物膜调控蛋白质组代谢通路
        5.4.1 蛋白质组代谢通路GO分析
        5.4.2 蛋白质组代谢通路KEGG分析
    5.5 生物膜反应器中光发酵细菌EPS分析
        5.5.1 生物膜影响下不同细菌EPS结构差异
        5.5.2 EPS中蛋白质二级结构变化
    5.6 生物膜强化光发酵产氢机制分析
    5.7 本章小结
结论
    论文的主要创新点
    建议与展望
参考文献
附录1 生物膜反应器与对照组反应器中筛选的243 种差异蛋白
附录2 生物膜反应器相比于对照组反应器的上调和下调GO项目
附录3 生物膜反应器相比于对照组反应器的富集KEGG通路
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
    (一)发表的学术论文
        主要期刊论文
    (二)参与的科研项目及获奖情况
致谢
个人简历

(3)基于叶绿素衍生物复合Ti3C2Tx MXene的光催化产氢研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 目前的现状
    1.3 制氢技术简介
        1.3.1 热化学分解水制氢
        1.3.2 光生物分解水制氢
        1.3.3 高温电解水制氢
        1.3.4 光电解水制氢
        1.3.5 光催化分解水制氢
    1.4 光催化分解水制氢
        1.4.1 光催化分解水制氢原理
        1.4.2 光催化分解水的热力学和动力学原理
        1.4.3 光催化剂的类别
    1.5 Ti_3C_2T_x MXene的研究概况
    1.6 叶绿素的研究概况
    1.7 本论文设计思想和主要内容
    参考文献
第2章 叶绿素聚集体在非贵金属Ti_3C_2T_x MXene纳米片上高效光催化产氢的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 Chl和 Ti_3C_2T_x MXene的合成
        2.2.4 Chl/Ti_3C_2T_x光催化剂的制备
        2.2.5 Chl/Ti_3C_2T_x复合材料的表征
        2.2.6 光催化活性的测量
        2.2.7 光电化学表现测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 原材料和复合材料结构特征
        2.3.2 原材料和复合材料形貌特征
        2.3.3 电子吸收光谱
        2.3.4 复合材料的光催化产氢表现
        2.3.5 光电化学测试
        2.3.6 光催化产氢机理
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 基于叶绿素有机异质结的Ti_3C_2T_x MXene纳米片上的高效光催化制氢的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 Chl和 Ti_3C_2T_x MXene的合成
        3.2.4 光催化剂Chl-1@Chl-2@Ti_3C_2T_x复合材料的制备
        3.2.5 Chl-1、Chl-2、Ti_3C_2T_x及复合材料的表征
        3.2.6 复合物光催化活性的测量
        3.2.7 光电化学表现测试
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 复合材料的制备和Chl的分子结构
        3.3.2 原材料和复合材料结构特征
        3.3.3 原材料和复合材料形貌特征
        3.3.4 光物理特征
        3.3.5 光催化产氢活性
        3.3.6 不同复合物的电化学阻抗
        3.3.7 不同复合物的光电流响应
        3.3.8 有机异质结光催化剂Chl-1@Chl-2@Ti_3C_2T_x高效光催化制氢的机制
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 结论与展望
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

(4)人工光合作用体系中激发态氢键的重要作用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 人工光合作用
        1.1.1 人工光合作用简介
        1.1.2 自然光合作用背景
    1.2 人工光合作用分类及反应特征
        1.2.1 光催化产氢
        1.2.2 光还原二氧化碳
        1.2.3 光催化反应基本特征
        1.2.4 光催化反应面临的主要问题
    1.3 人工光合作用典型体系
        1.3.1 均相体系
        1.3.2 非均相体系
    1.4 光物理过程及光化学过程研究方法
        1.4.1 光物理过程及其速率系数计算
        1.4.2 光化学过程速率系数计算
    1.5 选题依据和研究思路
2 石墨相氮化碳(g-C_3N_4)光催化产氢机理研究
    2.1 前言
    2.2 实验方法与实验材料
        2.2.1 实验材料与仪器
        2.2.2 样品制备
        2.2.3 光催化产氢反应
        2.2.4 计算方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 g-C_3N_4表征
        2.3.2 产氢性能测试
        2.3.3 g-C_3N_4光催化产氢机理探究
    2.4 本章小结
3 石墨相氮化碳负载Fe单原子光催化产氢
    3.1 前言
    3.2 实验方法与实验材料
        3.2.1 实验试剂与与仪器
        3.2.2 样品制备
        3.2.3 光催化产氢反应
        3.2.4 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 g-C_3N_4负载单原子结构表征
        3.3.2 精细结构拟合
        3.3.3 光学性质表征
        3.3.4 光催化活性测试
        3.3.5 Fe-C_3N_4光催化产氢机理探究
    3.4 本章小结
4 叶绿素铁钠光催化还原CO_2
    4.1 前言
    4.2 实验方法与实验材料
        4.2.1 实验材料与仪器
        4.2.2 光催化还原CO_2反应
        4.2.3 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 光催化还原CO_2
        4.3.2 光物理与光化学过程机理研究
    4.4 本章小结
结论
创新点及展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(5)CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂上CH3OH重整制氢的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 研究背景
    1.2 研究内容
第2章 文献综述
    2.1 甲醇性质及应用
        2.1.1 甲醇的性质
        2.1.2 甲醇的应用
    2.2 制氢技术
        2.2.1 电解水制氢
        2.2.2 化石燃料制氢
        2.2.3 生物质制氢
    2.3 甲醇重整制氢反应体系
        2.3.1 甲醇水蒸气重整制氢
        2.3.2 甲醇部分氧化催化重整制氢
        2.3.3 甲醇热分解催化重整制氢
    2.4 甲醇水蒸气重整制氢催化剂
        2.4.1 铜基催化剂
        2.4.2 双金属催化剂
        2.4.3 贵金属催化剂
    2.5 甲醇水蒸气重整制氢反应机理
第3章 操作条件对甲醇水蒸气重整制氢的影响
    3.1 概述
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验原料及仪器
        3.2.2 催化剂的考评装置
        3.2.3 反应管恒温区测量
        3.2.4 催化剂的装填
        3.2.5 催化剂的还原
        3.2.6 产物分析方法
        3.2.7 催化剂性能指标计算公式
        3.2.8 催化剂的表征方法
    3.3 反应条件对甲醇水蒸气重整制氢反应的影响
        3.3.1 温度对催化反应的影响
        3.3.2 水醇比对催化反应的影响
        3.3.3 液时空速对催化反应的影响
    3.4 催化剂还原条件对催化反应的影响
        3.4.1 还原温度对催化反应的影响
        3.4.2 还原时长对催化反应的影响
    3.5 小结
第4章 甲醇水蒸气重整制氢本征动力学
    4.1 概述
    4.2 催化剂稳定性实验
    4.3 扩散影响的消除
        4.3.1 内扩散影响的消除
        4.3.2 外扩散影响的消除
    4.4 物料衡算
    4.5 动力学实验数据
    4.6 动力学模型的介绍和选取
        4.6.1 单速率动力学模型
        4.6.2 双速率动力学模型
        4.6.3 三速率动力学模型
        4.6.4 动力学模型的选取
    4.7 参数估值和模型检验
    4.8 小结
第5章 添加助剂对催化剂性能的影响
    5.1 概述
    5.2 改性催化剂制备方法
    5.3 助剂种类对催化剂性能的影响
    5.4 改性催化剂的结构性质
        5.4.1 BET分析
        5.4.2 XRD分析
        5.4.3 CO-TPD分析
    5.5 Ce添加量对催化剂性能的影响
    5.6 改性催化剂制备条件对催化剂性能的影响
        5.6.1 焙烧温度对催化剂性能的影响
        5.6.2 焙烧时长对催化剂性能的影响
    5.7 小结
第6章 催化剂失活研究
    6.1 概述
    6.2 失活催化剂表征结果分析
        6.2.1 SEM实验
        6.2.2 BET实验
        6.2.3 XRF实验
        6.2.4 XRD实验
        6.2.5 CO-TPD实验
    6.3 小结
第7章 结论
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
硕士学习期间发表论文情况

(6)低维半导体光催化剂的合成与分解水析氢及二氧化碳还原的研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 世界能源现状
        1.1.2 我国能源现状
        1.1.3 太阳能的利用
    1.2 半导体光催化
        1.2.1 半导体光催化的发展
        1.2.2 半导体光催化的基本原理
        1.2.3 半导体光催化的影响因素
    1.3 半导体光催化的应用领域
    1.4 半导体光催化的改性方法
        1.4.1 离子掺杂
        1.4.2 半导体材料的复合
        1.4.3 金属助催化剂沉积
        1.4.4 表面敏化
    1.5 本文的选题意义以及研究思路和内容
        1.5.1 本文的选题意义
        1.5.2 本文研究思路和内容
第二章 实验材料及仪器表征
    2.1 实验材料及仪器设备
    2.2 样品的结构表征和光催化性能测试
    2.3 光催化性能测试
第三章 (W,O)/g-C_3N_4管状结构的合成与可见光驱动光催化制氢性能
    3.1 引言
    3.2 样品制备与材料表征
        3.2.1 样品的制备流程
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 光解水性能测试
        3.2.4 光电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 形貌和结构表征
        3.3.2 物相及表面分析
        3.3.3 光催化性能评估
        3.3.4 光催化剂能带结构分析
        3.3.5 光生载流子分离特性及催化机理分析
    3.4 本章小结
第四章 Au/TiO_2纳米片复合结构的制备与光解水制氢性能
    4.1 引言
    4.2 样品制备与材料表征
        4.2.1 样品的制备流程
        4.2.2 材料表征
        4.2.3 光解水性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 形貌结构与物相表征
        4.3.2 光解水性能测试
        4.3.3 XPS分析
        4.3.4 能带结构以及PL分析
    4.4 本章小结
第五章 海胆形AuPt/TiO_2纳米复合结构的合成与光解水制氢性能
    5.1 引言
    5.2 样品制备与材料表征
        5.2.1 样品的制备流程
        5.2.2 材料表征
        5.2.3 光解水性能测试
        5.2.4 光电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 物相分析
        5.3.2 微结构与表面表征
        5.3.3 光吸收与载流子的复合表征
        5.3.4 光解水及光电化学测试
    5.4 本章小结
第六章 钛酸锶亚微米立方体的制备与同步光催化析氢和二氧化碳还原
    6.1 引言
    6.2 样品制备与材料表征
        6.2.1 样品的制备流程
        6.2.2 材料表征
        6.2.3 光催化性能以及电化学测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 物相及形貌表征
        6.3.2 材料表面以及光响应测试
        6.3.3 光催化性能以及电化学表征
        6.3.4 反应前后表面表征
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 创新之处
    7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况
    1 参加的学术交流与科研项目
    2 发表的学术论文和专利

(7)NaHSO3增强蓝藻突变株Δ135光合产氢能力的机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
缩写
第1章 文献综述微藻光合制氢的研究进展
    1.1 前言
    1.2 微藻光合产氢的研究历程
    1.3 微藻光合产氢的机理
        1.3.1 微藻光合产氢的氢酶和电子传递途径
        1.3.2 微藻氢化酶对氧气的敏感性
    1.4 厌氧环境下微藻可持续光合产氢
        1.4.1 缺硫法
        1.4.2 改变光合/呼吸比率
        1.4.3 添加NaHSO_3提高微藻光合产氢
    1.5 通过基因工程提高微藻光合产氢的策略
        1.5.1 构建NDH-1 缺失突变株
        1.5.2 呼吸末端氧化酶的改造
        1.5.3 硝酸盐同化途径突变株
        1.5.4 截短捕光天线
    1.6 本论文研究的目的和意义
第2章 实验材料与方法
    2.1 细胞培养方法
    2.2 突变体库质粒的提取
    2.3 集胞藻6803 的自然转化
    2.4 亚硫酸氢钠背景下突变株筛选
    2.5 集胞藻6803总DNA和 RNA的提取
    2.6 突变株基因插入位点鉴定
    2.7 突变株DNA和 RNA水平整合鉴定
    2.8 集胞藻6803 细胞密度和叶绿素浓度测定
    2.9 产氢积累量的测定
    2.10 叶绿素荧光参数的测定
    2.11 光系统Ⅱ光合放氧的测定
    2.12 细胞内ROS的测定
    2.13 溶解氧的测定
第3章 结果与分析
    3.1 突变株的筛选
    3.2 突变株转座子插入位点鉴定
    3.3 突变株整合度鉴定和回补株的构建
    3.4 突变株与野生型光合产氢积累量测定
    3.5 Δ135 具有高光生长变黄但F_v/F_m更高的表型
    3.6 产氢条件下Δ135和WT的 PSⅡ活性差异
    3.7 产氢条件下Δ135和WT的 PSⅠ活性差异
    3.8 产氢条件下Δ135和WT的 ROS含量差异
    3.9 产氢条件下Δ135 和WT的溶解氧差异
    3.10 Δ135 和野生型产氢积累量的差异是来自于PSⅡ
第4章 讨论与结论
    4.1 讨论
    4.2 结论
参考文献
致谢

(8)卟啉功能化仿生膜制备及其光催化产氢性能研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 光催化制氢
        1.2.1 光合作用
        1.2.2 光解水制氢
        1.2.3 光解水制氢催化剂
    1.3 卟啉及其应用
        1.3.1 卟啉简介
        1.3.2 卟啉的合成
        1.3.3 卟啉类化合物的应用
        1.3.4 卟啉类化合物在光催化制氢中的应用
    1.4 膜及其应用
        1.4.1 膜及其膜材料
        1.4.2 膜的应用
        1.4.3 光催化膜
    1.5 本论文的研究目的及内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
第二章 Pt~0@THPP的制备及其光催化产氢性能研究
    2.1 本章内容
    2.2 实验材料与设备
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 设备仪器
    2.3 实验方法
        2.3.1 Meso-四(4-羟基苯基)卟啉的合成
        2.3.2 Pt~0@THPP纳米复合物的制备
        2.3.3 氢气标准曲线
        2.3.4 光催化反应
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 Meso-四(4-羟基苯基)卟啉的表征
        2.4.2 Pt~0@THPP纳米复合物的表征
        2.4.3 Pt~0@THPP纳米复合物的光催化性能
        2.4.4 Pt~0@THPP纳米复合物的光催化制氢机理分析
    2.5 本章小结
第三章 卟啉功能化聚合物膜的制备及其光催化产氢性能研究
    3.1 本章研究内容
    3.2 实验材料与设备
        3.2.1 实验药品及仪器
        3.2.2 设备仪器
    3.3 实验方法
        3.3.1 氯甲基化聚砜膜的制备
        3.3.2 卟啉接枝聚砜膜的制备
        3.3.3 金属卟啉功能化聚砜膜的制备
        3.3.4 卟啉接枝聚砜膜接触角的测定
        3.3.5 纯水通量测量
        3.3.6 孔隙率测试
        3.3.7 平均孔径计算
        3.3.8 光催化反应
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 卟啉接枝聚砜膜的表征
        3.4.2 金属卟啉功能化聚砜膜的表征
        3.4.3 金属卟啉功能化聚砜膜的光催化性能
        3.4.4 金属卟啉功能化聚砜膜光催化制氢机理分析
    3.5 本章小结
第四章 结论及下一步研究建议
    4.1 结论
    4.2 下一步研究建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(9)生物质衍生物原位加氢高效催化剂的绿色构建与性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 生物质概述
        1.2.1 纤维素
        1.2.2 半纤维素
        1.2.3 木质素
    1.3 生物质衍生物催化转化
        1.3.1 5 -羟甲基糠醛催化转化
        1.3.2 糠醛催化转化
        1.3.3 木质素衍生物催化转化
    1.4 生物质衍生物加氢氢源研究进展
        1.4.1 氢气
        1.4.2 有机醇
        1.4.3 甲酸
        1.4.4 其他氢源
    1.5 生物质基催化剂的绿色制备
        1.5.1 纤维素基催化剂
        1.5.2 木质素基催化剂
        1.5.3 半纤维素基催化剂
        1.5.4 其他生物质基催化剂
    1.6 选题的目的、意义和主要研究内容
        1.6.1 选题的目的和意义
        1.6.2 主要研究内容
第二章 整体式MnO_x负载掺氮碳气凝胶催化剂的制备与应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 不同催化剂的制备
        2.2.3 催化剂的表征
        2.2.4 Mn-NCA催化糠醛加氢
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 不同催化剂的表征
        2.3.2 不同催化剂的催化性能对比
        2.3.3 反应条件优化
        2.3.4 催化剂的回收
        2.3.5 反应底物扩充
        2.3.6 反应机理探讨
    2.4 本章小结
第三章 超细纳米Co_3O_4负载掺氮碳纳米纤维催化剂的制备与应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 不同催化剂的制备
        3.2.3 催化剂的表征
        3.2.4 Co_3O_4/NCNF催化糠醛加氢
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 不同催化剂的表征
        3.3.2 不同催化剂的催化性能对比
        3.3.3 反应条件优化
        3.3.4 催化剂的回收
    3.4 本章小结
第四章 含锆木质素配位多酚聚合物催化剂的制备与应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 不同催化剂的制备
        4.2.3 不同催化剂的表征
        4.2.4 Zr-LS 催化糠醛加氢
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同催化剂的表征
        4.3.2 不同催化剂的催化性能对比
        4.3.3 反应路径研究
        4.3.4 催化剂的回收
        4.3.5 反应机理研究
        4.3.6 与其他催化剂的对比
    4.4 本章小结
第五章 木质素配位过渡金属催化剂的制备及其催化5-羟甲基糠醛一锅还原转化
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂
        5.2.2 不同催化剂的制备
        5.2.3 催化剂的表征
        5.2.4 催化反应
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 不同催化剂的表征
        5.3.2 不同催化剂的催化性能对比
        5.3.3 反应条件优化与反应动力学
        5.3.4 反应路径与5-HMF一锅催化还原醚化
        5.3.5 催化剂的回收
        5.3.6 反应机理研究
        5.3.7 与其他催化剂的对比
    5.4 本章小结
第六章 掺氮碳封装纳米钴催化剂的制备与应用
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验试剂
        6.2.2 不同催化剂的制备
        6.2.3 催化剂的表征
        6.2.4 催化反应
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 不同催化剂的表征
        6.3.2 不同催化剂的催化性能对比
        6.3.3 催化剂的回收
        6.3.4 反应底物扩充
        6.3.5 反应机理研究
        6.3.6 与其他催化剂的对比
    6.4 本章小结
结论与展望
    一、结论
    二、本论文创新之处
    三、展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(10)含有钌络合物光敏剂金属有机框架(MOF)的设计,合成与应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 研究背景
    1.2 金属有机框架(MOF)及其在光催化领域的应用
        1.2.1 MOF的结构特点
        1.2.2 MOF在光催化应用中的优势
        1.2.3 MOF光催化质子还原产H2的应用
        1.2.4 MOF光催化污染物降解的应用
        1.2.5 MOF在其他有机催化反应中的应用
    1.3 选题依据与研究内容
        1.3.1 选题依据
        1.3.2 研究内容
第二章 含二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)二维金属有机框架光催化质子还原产氢反应(HER)
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验仪器与试剂
        2.2.2 光敏剂二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)的合成
        2.2.3 二维金属有机框架的合成
        2.2.4 二维MOF的剥离
    2.3 二维MOF结构表征
        2.3.1 X射线单晶结构表征
        2.3.2 晶体结构描述
        2.3.3 晶体的X射线粉末衍射图(PXRD)
        2.3.4 场发射扫描电镜(FE-SEM),高分辨透射电镜(HR-TEM)和原子力显微镜(AFM)表征晶体形貌与结构
    2.4 晶体的热稳定性
    2.5 MOF的光/电化学性能研究
        2.5.1 MOF电化学测试仪器和测试环境
        2.5.2 电化学测试MOF样品制备方法
        2.5.3 MOF的固体紫外吸收以及固体荧光测试
        2.5.4 MOF的电化学测试
        2.5.5 MOF激发态氧化还原电位推算
    2.6 二维MOF光催化质子还原产氢反应(HER)
        2.6.1 光催化实验测试方法
        2.6.2 二维MOF可见光催化HER性能
        2.6.3 MOF光催化剂的稳定性评估
        2.6.4 光催化反应机理分析
    2.7 本章小结
第三章 含二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)的稀土金属有机框架的合成和性质研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验仪器
        3.2.2 光敏剂二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)的合成
        3.2.3 Ln-MOF的合成
    3.3 Ln-MOF结构分析与表征
        3.3.1 X射线单晶结构表征
        3.3.2 晶体结构描述
    3.4 晶体的热稳定性
    3.5 Tb-Ru光催化降解有机染料
        3.5.1 Na_2HPO_4/NaH_2PO_4缓冲溶液配制
        3.5.2 Tb-Ru前处理
        3.5.3 光催化降解混合溶液的配制
        3.5.4 Tb-Ru光催化降解有机染料
        3.5.5 Tb-Ru光催化降解有机染料数据分析
    3.6 本章小结
第四章 含二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)的铜三维金属有机框架以及多羧酸三吡啶钌络合物的合成
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验仪器和试剂
        4.2.2 光敏剂二(4'-羧基-2,2':6',2''-三吡啶)合钌(Ⅱ)、4'-羧基-2,2':6,2-三吡啶-4,4''-二羧基-2,2':6,2-三吡啶合钌和二(4,4''-二羧基-2,2':6,2-三吡啶)合钌的合成
        4.2.3 MOF的合成
    4.3 Cu-Ru结构分析与表征
        4.3.1 X射线单晶结构表征
        4.3.2 晶体结构描述
    4.4 Cu-Ru的热稳定性
    4.5 Cu-Ru光催化质子还原产氢反应(HER)
        4.5.1 光催化实验测试方法
        4.5.2 Cu-Ru可见光催化HER性能与Ni-Ru和Co-Ru比较
    4.6 本章小结
第五章 总结
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

四、光合作用可生产氢气(论文参考文献)

  • [1]钌基配合物敏化g-C3N4复合钴基催化剂光催化二氧化碳还原[D]. 孙文瑄. 大连理工大学, 2021(01)
  • [2]光发酵生物膜反应器强化产氢运行调控与机制[D]. 温汉泉. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
  • [3]基于叶绿素衍生物复合Ti3C2Tx MXene的光催化产氢研究[D]. 李元林. 吉林大学, 2021(01)
  • [4]人工光合作用体系中激发态氢键的重要作用研究[D]. 商文喆. 大连理工大学, 2021(01)
  • [5]CuO/ZnO/Al2O3改性催化剂上CH3OH重整制氢的研究[D]. 王康. 华东理工大学, 2021(08)
  • [6]低维半导体光催化剂的合成与分解水析氢及二氧化碳还原的研究[D]. 魏浩山. 合肥工业大学, 2021(02)
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光合作用可以产生氢气
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