纳米催化剂负载TiO 2 光阳极的制备及其光电化学分解水性能研究
发布时间：2023-02-12 19:56
为了解决日益严重的资源短缺和环境污染问题,氢能作为绿色能源越来越受欢迎。因此,利用半导体材料进行光电化学(PEC)分解水产氢具有广阔的应用前景。众所周知,由于TiO2无毒、成本低和稳定性好,它被广泛用作PEC的光阳极。然而,仍存在一些固有的问题需要解决。首先,TiO2因为带隙宽仅吸收紫外线(占太阳光谱的4%)。而且,它的电子-空穴复合率较高,从而降低了它的光转换效率。因此扩大光的吸收区域并加速光生载流子的分离是增强TiO2PEC性能的关键途径。本文以三维(3D)TiO2纳米花(NFs)作为光阳极,在其上负载合适的窄禁带纳米光催化剂,构建异质结以提高光吸收能力,并抑制光生载流子的复合,具体研究内容如下:(1)通过溶胶-凝胶法在FTO导电玻璃上旋涂TiO2晶种液以制备薄膜,进一步用水热法在TiO2薄膜上生长3D花状结构的TiO2。TiO2 NFs拥有更大的比表面积,增加了反应的活性位点,并且利于催化剂的负载,扩大了电极/电解液接触界面。鉴于TiO2几乎没有可见光响应,我们采用连续离子层吸附反应(SILAR)法在TiO2NFs上沉积窄禁带的CdS量子点(QDs)作为光催化剂,用来敏化TiO2...
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光电化学(PEC)分解水概述
1.2.1 PEC分解水过程
1.2.2 PEC光电极材料的选取
1.3 半导体光电极的研究
1.3.1 光电极的制备
1.3.2 光阳极
1.3.3 光阴极
1.3.4 常见光阳极的研究现状
1.4 半导体光阳极PEC性能的改性方法
1.4.1 微观纳米结构调整
1.4.2 元素掺杂
1.4.3 半导体复合
1.4.4 表面处理
1.5 本文的研究思路及研究内容
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验试剂和仪器设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 光阳极样品的制备方法
2.2.1 溶胶-凝胶法
2.2.2 水热法
2.2.3 SILAR法
2.3 样品形貌与结构表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.5 紫外、可见吸收光谱(UV-VIS)
2.3.6 光致荧光光谱(PL)
2.4 样品PEC测试
第三章 Pt/TiO2/CdS光阳极的光电化学性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 TiO2 NFs的制备
3.2.2 CdS QDs的沉积
3.2.3 Pt金属层的淀积
3.3 结果与讨论
3.3.1 TiO2 NFs/CdS QDs的基本表征
3.3.2 TiO2 NFs/CdS光电化学性能测试
3.3.3 Pt/TiO2 NFs/CdS光电化学性能测试
3.4 本章小结
第四章 TiO2/CdS/MoS2 三元光阳极的光电化学性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 TiO2 NFs的制备
4.2.2 CdS QDs的沉积
4.2.3 构建TiO2/CdS/MoS2 三元复合材料
4.3 结果与讨论
4.3.1 TiO2/Cd S/MoS2 的基本表征
4.3.2 TiO2 NFs/CdS QDs/Mo S2 光电化学性能测试
4.4 本章小结
第五章 TiO2/MoSe2 复合光阳极的光电化学性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 TiO2 NFs的合成
5.2.2 MoSe2 NSs的制备
5.2.3 TiO2 NFs/MoSe2 的浸渍涂覆
5.3 结果与讨论
5.3.1 TiO2/MoSe2 的基本表征
5.3.2 TiO2 NFs/MoSe2 光电化学性能测试
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的结论
6.2 本文的不足和展望
参考文献
致谢
附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目
本文编号：3741729
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光电化学(PEC)分解水概述
1.2.1 PEC分解水过程
1.2.2 PEC光电极材料的选取
1.3 半导体光电极的研究
1.3.1 光电极的制备
1.3.2 光阳极
1.3.3 光阴极
1.3.4 常见光阳极的研究现状
1.4 半导体光阳极PEC性能的改性方法
1.4.1 微观纳米结构调整
1.4.2 元素掺杂
1.4.3 半导体复合
1.4.4 表面处理
1.5 本文的研究思路及研究内容
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验试剂和仪器设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 光阳极样品的制备方法
2.2.1 溶胶-凝胶法
2.2.2 水热法
2.2.3 SILAR法
2.3 样品形貌与结构表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.3.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.5 紫外、可见吸收光谱(UV-VIS)
2.3.6 光致荧光光谱(PL)
2.4 样品PEC测试
第三章 Pt/TiO2/CdS光阳极的光电化学性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 TiO2 NFs的制备
3.2.2 CdS QDs的沉积
3.2.3 Pt金属层的淀积
3.3 结果与讨论
3.3.1 TiO2 NFs/CdS QDs的基本表征
3.3.2 TiO2 NFs/CdS光电化学性能测试
3.3.3 Pt/TiO2 NFs/CdS光电化学性能测试
3.4 本章小结
第四章 TiO2/CdS/MoS2 三元光阳极的光电化学性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 TiO2 NFs的制备
4.2.2 CdS QDs的沉积
4.2.3 构建TiO2/CdS/MoS2 三元复合材料
4.3 结果与讨论
4.3.1 TiO2/Cd S/MoS2 的基本表征
4.3.2 TiO2 NFs/CdS QDs/Mo S2 光电化学性能测试
4.4 本章小结
第五章 TiO2/MoSe2 复合光阳极的光电化学性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 TiO2 NFs的合成
5.2.2 MoSe2 NSs的制备
5.2.3 TiO2 NFs/MoSe2 的浸渍涂覆
5.3 结果与讨论
5.3.1 TiO2/MoSe2 的基本表征
5.3.2 TiO2 NFs/MoSe2 光电化学性能测试
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的结论
6.2 本文的不足和展望
参考文献
致谢
附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目
本文编号：3741729
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