金属—半导体复合纳米阵列的可控制备及光催化性能研究

发布时间：2021-11-06 07:59

　　我们主要通过燃烧不可再生的化石燃料来获取能源,然而化石燃料燃烧的同时释放出大量的二氧化碳,这将引发一系列潜在的环境问题。近年来,利用半导体光催化剂,通过水分解产氢、二氧化碳还原等反应将太阳能转化为清洁能源成为研究热点。其中,纳米阵列半导体材料具有高比表面积,可实现对入射光的多次反射,促进光生载流子的迁移,提供更多活性位点,提升电子传输及光学吸收等优势,被广泛应用于光催化、电催化等催化反应中。无机半导体作为光催化剂,在应用过程中需要解决两方面问题:一是提升半导体对全谱光的利用。例如TiO₂性能稳定,但带隙较宽,只能在紫外光条件下工作,不能高效利用可见光。二是抑制半导体中载流子复合,提升其活性。例如半导体Fe2O₃,可以有效利用可见光,但是其电子-空穴易复合,活性不高。本文中,我们通过利用模板法、水热法及电化学合成方法,制备无机纳米阵列结构,通过掺杂、与贵金属纳米颗粒形成复合结构等方式来调节纳米阵列的吸光范围,并与共催化剂形成复合结构,提升复合材料在光催化过程中的活性。所取得主要成果如下:1.以Au/BiVO₄纳米碗阵列结构... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．３自然光合系统中Ｚ型光催化机制［５１］??

再外加光源照射下，分别产生光生电子空穴，并利用一系列氧化还原中间体，实??现光生载流子在两种半导体中可连续使用，即为Ｚ－ＳＣｈｅｍｅ［５１］。自然界中光合作??用中光催化机制如图１．３。Ｚ－ｓｃｈｅｍｅ体系包括ＰＳ２和ＰＳ１的光激发过程。光照条??件下，ＰＳ２半导体和ＰＳ１半导体受光激发，分别产生电子进入各自导带，空穴留??在各自价带；其中，ＰＳ２半导体价带的空穴有强氧化能力，ＰＳ１导带电子有强还??原能力。ＰＳ２导带上电子与ＰＳ１价带空穴在中间体导电介质上湮灭。??Ｆｅｒｒｃｄｏｘｉｎ－ＮＡＰＤ?ｒｅｄｕｃｔａｓｅ??（Ｐｆ?＊）??Ｏｘｖｇｅｎ?ｅｖｏｌｖｉｎｇ?ｃｏｍｐｌｅｘ?１??（ＰＳ；Ｕ）??ｙ?Ｓｏｌａｒ?Ｈｇｈｔ?丨?＼??ｊ，?１?＼?ａｄｐｎ／ｎａｄｐｈ??她ｒ?：?Ｌ（??ＡＴＰ?ＡｎａＤＰ?＋?２Ｈ＾??２Ｈ＋＋；丨、｜??１?雞ｐＴ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ??一?ｍｅｄｉａｔｏｒ??图１．３自然光合系统中Ｚ型光催化机制［５１］??Ｚ型材料也可以实现宽光谱响应范围。与传统异质结结构复合光催化材料不??同，传统异质结复合材料的氧化反应发生在ＰＳ１的价带，而还原反应发生在ＰＳ２??４??

化剂；（ｉｉ）催化剂中的光生电子活化吸附的反应底物；（ｉｉｉ）表面中间体产生；（ｉｖ）??中间体向产物转换；（ｖ）产物从催化剂表面解吸；（ｖｉ）催化剂再生。光催化剂工作??机制如图１．４。??５??

【参考文献】：
期刊论文
[1]氮自掺杂暴露（001）晶面TiO2微米片的可见光光催化CO2还原性能增强（英文）[J]. Maxwell Selase Akple,刘敬祥,秦志扬,S.Wageh,Ahmed.A.Al-Ghamdi,余家国,刘升卫.  催化学报. 2015(12)



本文编号：3479485