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摘 要

Mo₂C是一种渗碳体，碳原子间隙式地进入金属钼的晶格中使钼的晶格被撑大，从而与Pt的能带结构近似，因此具有类似Pt的优良催化性能，被称为类铂催化剂。碳化钼因为储量高，成本低，催化性能好，作为催化剂而备受注目。

本论文利用程序升温还原法制备了不同碳源含量Mo₂C催化剂以及金属掺杂Mo₂C复合催化剂，对其进行了XRD和SEM表征，并设计实验进行了光催化活性评价，最终我们得出结论：

（1）在不同碳源含量碳化钼催化剂（0.4C、0.45C、0.50C、0.55C、0.6C、1.0C六个样）中，0.45C样品（Mo元素和C元素的摩尔比为1:2.02）光催化性能最好，0.4C样品（Mo元素和C元素的摩尔比为1:1.82）光催化性能最差，实用价值低；

（2）通过金属掺杂的方式制备Mo₂C复合催化剂来提高Mo₂C光催化性能的方法是可行的；

（3）在掺杂10%K、Co、Fe、Mn金属元素的Mo₂C复合催化剂中，掺杂Co元素的光催化性能最好，掺杂Fe元素的光催化性能最弱。

关键字：Mo₂C 金属掺杂 催化剂 光催化

Preparation and Properties of Mo₂C Composite Catalyst

Abstract

Mo₂C is a kind of cementite. Carbon atoms enter the lattice of molybdenum interstitially to enlarge the lattice of molybdenum, which causes that the energy band structure of Mo₂C is similar to the energy band structure of Pt. Therefore, Mo₂C has good catalytic performance similar to Pt and is called platinum-like catalyst.

In this paper, we prepared Mo₂C catalysts with different carbon source content and metal-doped Mo₂C composite catalysts by temperature-programmed reduction. They were characterized by XRD and SEM. We also design an experiment to evaluate their photocatalytic activity. In the end, we came to some conclusions：

1. In Mo₂C catalysts of different carbon source contents (0.4C, 0.45C, 0.50C, 0.55C, 0.6C, 1.0C), the photocatalytic performance of 0.45C (the ratio of Mo to C is 1: 2.02) is the best, the photocatalytic performance of 0.4C (the ratio of Mo to C is 1: 1.82) is the worst and its practical value is low；
2. It is feasible to prepare Mo₂C composite catalyst by metal doping to improve its photocatalytic performance；
3. In Mo₂C composite catalysts with 10% K, Co, Fe, Mn metal elements, the photocatalytic performance of doping Co element is the best, the photocatalytic performance of doping Fe element is the weakest.

Key words: Mo₂C; Metal doping; Catalyst; Photocatalysis

目 录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 Mo₂C的概述 2

1.3.1 Mo₂C的结构 2

1.3.2 Mo₂C的性质 3

1.4 Mo₂C的制备方法 3

1.4.1 程序升温还原法 3

1.4.2 气相法 4

1.4.3 热分解法 4

1.4.4 液相法 4

1.4.5 溶胶-凝胶法 4

1.4.6 其它方法 4

1.5 研究目的及意义 4

1.6 论文主要工作 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验试剂和仪器 6

2.2 实验方法 7

2.2.1 催化剂的制备 7

2.2.2 光催化活性评价方法 7

2.3 表征方法 8

2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 8

2.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 8

第三章 催化剂的表征与光催化活性 10

3.1 Mo₂C催化剂的表征 10

3.1.1 Mo₂C前驱体的XRD表征 10

3.1.2 碳源含量不同碳化钼催化剂的XRD表征 10

3.1.3 碳源含量不同碳化钼催化剂的SEM表征 11

3.2 金属掺杂Mo₂C复合催化剂的表征 12

3.2.1 金属掺杂Mo₂C复合催化剂的XRD表征 12

3.2.2 金属掺杂Mo₂C复合催化剂的SEM表征 14

3.3 催化剂的光催化活性 15

3.3.1 碳源含量不同碳化钼催化剂的光催化活性评价 15

3.3.2 金属掺杂Mo₂C复合催化剂的光催化活性评价 17

第四章 结论和展望 18

4.1 实验结论 18

4.2 展望 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1 研究背景

一方面由于传统能源资源日趋紧张，且污染严重，导致能源问题成为阻碍人类发展的一大难题。毋庸置疑，开发新能源成了人类发展的当务之急。新能源包括太阳能、地热能、潮汐能、风能、氢能等等，在这些新能源当中，氢能作为一种二次能源，其特点是燃烧热值高，产生能量大；燃烧后产物是水，清洁无污染；来源丰富，可以用水制得，通过水循环可开发循环制备，因而具有广泛的应用前景。氢能制备方法目前有电解水制氢、光解水制氢、重油及天然气制氢等，在这之中，毫无疑问光解水制氢是最佳方案。因为太阳能也是一种清洁能源，取之不尽用之不竭，高能量且无污染，将此二者新能源结合起来，无疑会是解决能源问题和环保问题的一大成功之举。光催化制氢最重要的一点就是找到高效的催化剂以获得较高的能量转化率。而另一方面解决环境问题的一大手段也是寻找高效的催化剂，以达到燃料脱硝、提高燃料利用率、加快降解污染物等方式来解决环境问题。综上所述，寻找一种优异的催化剂是极其具有重要性的一项研究。

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