基于窄带半导体的复合光阳极的设计、合成与光电催化水氧化性能研究
发布时间：2021-04-14 17:51
全球化石能源的快速消耗以及严重的环境污染问题使得人们加快了研究开发可再生清洁能源的步伐。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的绿色能源,引起了人们的极大关注,对其进行了广泛的利用与转化研究。当前,太阳能分解水制氢被认为是最有前景的绿色能源获取方式,人们在这一领域进行着不懈的努力。光电催化水分解主要是基于半导体光电极进行水裂解产氢产氧的研究,其中,发生在光阳极的产氧过程由于热力学的难题成为限制光电催化水分解实现的最关键瓶颈问题。研究最广泛的光阳极材料包括α-Fe2O3、BiVO4和WO3等n型半导体,但是他们仍然存在各自的缺点,比如光生载流子容易体相复合、表面产氧动力学缓慢以及材料稳定性较差。本论文针对这些光阳极半导体材料各自的问题,通过不同的均相和多相产氧催化剂,来设计和构筑复合/杂化的光阳极,从而提升光阳极的光电催化水氧化性能。主要的工作内容如下:1.通过水热方法合成了纳米棒的α-Fe2O3光电阳极,然后我们采纳多金属氧酸盐[(A-α-SiW9
【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】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体/电解液的固液界面能级图：（a）平衡前；（b）平衡后；（c）光照条件下[5]
图 1-2 光电催化水分解系统结构示意图[6]因此带隙必须小于 3.2 eV。但是为了满足水分解的要求，理论带隙能必须大于1.23 eV，实际带隙能约大于 1.8 eV（考虑过电势等影响），即吸收光的上限是 700nm 左右。也就是说，光阳极半导体一般选用带隙能 1.8~3.2 eV 的 n 型半导体，其吸光能力就可以满足对可见光区太阳光的吸收。其次，所选半导体需要具有可靠的稳定性。光腐蚀是影响半导体的稳定性最主要的一个问题，一些半导体的光生载流子会自氧化/还原其金属离子，造成光腐蚀，导致光阳极不稳定。一个例子就是 BiVO4光阳极，光照条件下，其 V5+离子容易溶脱[7]，导致光腐蚀的发生。另一个影响光电极稳定性的因素是 pH 值，典型的例子是 WO3。一般情况下，碱性条件会使得 WO3自身发生腐蚀，所以基于 WO3构筑光阳极必须采用酸性或者中性电解液。最后，所选半导体需要具有较好的电荷分离与传输能力，减少光生电子-空穴对的复合率。这就需要考虑所选半导体的本身属性、材料结晶度以及
比如纳米棒、纳米颗粒、纳米树和纳米管等（如图1-3 所示）。合适的纳米结构的构筑不仅有利于减少光生载流子的复合，还能增大半导体材料与电解液的接触面积，扩大活性表面积。Beermann 等人在较早的时6
本文编号：3137749
【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】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体/电解液的固液界面能级图：（a）平衡前；（b）平衡后；（c）光照条件下[5]
图 1-2 光电催化水分解系统结构示意图[6]因此带隙必须小于 3.2 eV。但是为了满足水分解的要求，理论带隙能必须大于1.23 eV，实际带隙能约大于 1.8 eV（考虑过电势等影响），即吸收光的上限是 700nm 左右。也就是说，光阳极半导体一般选用带隙能 1.8~3.2 eV 的 n 型半导体，其吸光能力就可以满足对可见光区太阳光的吸收。其次，所选半导体需要具有可靠的稳定性。光腐蚀是影响半导体的稳定性最主要的一个问题，一些半导体的光生载流子会自氧化/还原其金属离子，造成光腐蚀，导致光阳极不稳定。一个例子就是 BiVO4光阳极，光照条件下，其 V5+离子容易溶脱[7]，导致光腐蚀的发生。另一个影响光电极稳定性的因素是 pH 值，典型的例子是 WO3。一般情况下，碱性条件会使得 WO3自身发生腐蚀，所以基于 WO3构筑光阳极必须采用酸性或者中性电解液。最后，所选半导体需要具有较好的电荷分离与传输能力，减少光生电子-空穴对的复合率。这就需要考虑所选半导体的本身属性、材料结晶度以及
比如纳米棒、纳米颗粒、纳米树和纳米管等（如图1-3 所示）。合适的纳米结构的构筑不仅有利于减少光生载流子的复合，还能增大半导体材料与电解液的接触面积，扩大活性表面积。Beermann 等人在较早的时6
本文编号：3137749
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