钛基多级结构在光催化及能源存储中的应用研究

发布时间：2024-05-09 02:22

　　新能源的开发与利用是有效应对当前环境污染和能源危机的关键。通过选择合适的材料体系来实现太阳能的高效转换、存储以及利用其促进光/电化学反应对彻底解决能源和环境问题有重要的意义。本论文以钛基材料为基础,重点研究了柔性碳布负载的钛基多级结构在可见光降解污染物、光电化学分解水制氢以及锂离子电池能源存储等领域的应用,主要包括:(1)通过水热合成过程结合化学气相沉积的方法制备了柔性碳布衬底负载、金纳米颗粒修饰的TiO₂纳米棒阵列多级结构(Au-TiO₂ NRAs),并详细研究了其在可见光下的光催化性能。Au-TiO₂ NRAs结构的可见光催化降解污染物的能力比纯的TiO₂ NRAs提高了13倍。此外,该体系也具有良好的循环稳定性,在经过连续60天的搅拌后,催化活性几乎没有衰减,可实现100%的循环重复使用。结合FDTD理论模拟,我们系统研究了该复合体系可见光光催化性能提升的主要机制。其中,Au纳米颗粒在可见光区强的LSPR吸收产生热电子,随后热电子越过Au/TiO₂界面处的肖特基势垒转移到...

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1人类社会面临的十大问题

油、煤炭和天然气等化石燃料耗尽之时，基本上能够（除部分可控核能外）完全占据整个能源市场，成为推动全球经济和人类社会稳步发展的决定性力量。图1.1人类社会面临的十大问题然而，在可再生清洁能源完全替代化石燃料之前，人类社会目前已经面临着

图1.2全球已探明原油总量及分布(截止2016年)

占比例不到3%（不到500亿桶）。可见，全球石油资源的分布呈现出明显的地区差异，同时这种极不平衡的分布对地区稳定和区域经济发展水平有着重大影响。图1.2全球已探明原油总量及分布(截止2016年)此外，石油资源的消耗也呈现出区域不均衡的特点,尽管全球石油的消耗总量整体呈逐年....

图1.3太阳能光解水制氢示意图

博士学位论文5图1.3太阳能光解水制氢示意图[33]由于电子的还原性和空穴的氧化性，在工作电极和对电极表面发生水的氧化和还原反应，产生氧气和氢气。具体的反应过程可简单用以下化学反应式表示：光激发电子空穴对：TiO2+hν→e+h+(1.1)阴极还原反应：2H+(a....

图1.4TiO2纳米材料光催化污染物降解过程中电子-空穴对的产生和迁移机制示意图

TiO2纳米材料光催化污染物降解过程中电子-空穴对的产生和迁移机制于成功迁移到TiO2催化剂表面的电子和空穴而言，由于空穴具有氧取半导体表面被吸附物质或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质。同时，电子受体通过接受表面的电子而被还原。在液相反应过程中去电子的主要是水分子（H2O）....

本文编号：3968173