铁电势增强光电催化反应及同步能量收集和探测的摩擦纳米发电机

发布时间：2020-12-04 15:48

　　水资源在当今社会相当的重要。淡水资源不但是生命之源,更可以作为原材料制备氢气或利用水的动能产生电力。在光电催化分解水制备氢气的过程中,其内部载流子分离效率一直是制约光电催化整体效率的重要因素。对于依靠压电效应促进载流子分离率的方法而言,为提高压电效应,铁电或压电材料的电阻往往较高,这不利于光生载流子的分离。为解决这个难题,本文首先考虑了将压电部分放置于电荷收集层之后,使得压电材料的高电阻不影响载流子的分离。作者构建了相应的异质结的理论模型,并通过计算的方法论证了采用不同电荷收集层时,电荷收集层对铁电势的屏蔽效应。作者证明了采用单层石墨烯时,铁电势可以穿过石墨烯并影响光电催化。作者在理论研究的基础之上,进一步通过实验制备了PMN-PT/石墨烯/TiO₂的光电催化器件,实验同样证明了PMN-PT的铁电势可以穿过石墨烯,并可以促进二氧化钛的光电催化效率,在1 V vs RHE的电压下,通过施加正向偏压,光电流有了50%的提升,并且开启电压也下降了约0.1 V,器件整体的填充因子也相应增加。这是目前为止压电电子调控对于光电流来说能得到的最大的改进。此外,作者制备了同步能量... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 以水作为原材料制备氢气
        1.1.1 光电催化分解水制氢气原理
        1.1.2 提升光电催化效率的手段
    1.2 水的动能转化为电能
        1.2.1 基于电磁感应利用水的动能
        1.2.2 基于摩擦发电利用水的动能
    1.3 机遇与挑战
第二章 铁电势增强光电催化反应的理论计算
    2.1 本实验中涉及的软件和方法
        2.1.1 实验软件介绍
        2.1.2 实验方法介绍
    2.2 石墨烯作为电荷收集层
2界面处电势分布变化">        2.2.1 不同电荷浓度下PMN-PT/石墨烯/TiO₂界面处电势分布变化
2界面电势分布">        2.2.2 不同极化强度下PMN-PT/石墨烯/TiO₂界面电势分布
2/电解液界面的电势变化">        2.2.3 不同极化强度下,TiO₂/电解液界面的电势变化
    2.3 金属金作为电荷收集层
    2.4 本章小结
第三章 PMN-PT/石墨烯/二氧化钛结构增强光电催化反应效率
    3.1 本实验中涉及的药品和仪器
        3.1.1 实验所需药品和材料
        3.1.2 实验仪器
    3.2 实验部分
        3.2.1 制备石墨烯包覆的PMN-PT表面
        3.2.3 整体PEC器件制备
        3.2.4 光电催化测试
    3.3 器件制备及工作原理
        3.3.1 石墨烯生长原理
        3.3.2 器件工作原理
    3.4 测量结果
        3.4.1 不同极化强度下PEC电池的输出特性
        3.4.2 器件的稳定性测试
        3.4.3 采用金属电极时器件对铁电极化的响应
    3.5 本章小结
第四章 可同时发电并检测液珠盐度的摩擦纳米发电机
    4.1 涉及药品和仪器
        4.1.1 实验所需药品和材料
        4.1.2 实验所需仪器
    4.2 实验部分
        4.2.1 传感器的制备过程
    4.3 实验原理
        4.3.1 PDMS表面微结构形成的生长
        4.3.2 具有微结构PDMS的超疏水机理
        4.3.3 摩擦发电机工作原理
    4.4 自供能发电机基本电学特性的表征
    4.5 通过改变物理参数提升自供能传感器的性能
        4.5.1 通过改变上下电极距离改变自供能传感器的性能
        4.5.2 通过改变PDMS层厚度调控传感器的输出
        4.5.3 通过对PDMS表面修饰提升性能
    4.6 自供能传感器的负载测试
    4.7 本章小结
第五章 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
    发表论文
致谢



本文编号：2897862