缺位式SnO 2 /g-C 3 N 4 的光生电子迁移特性与光解水产氢性能研究

发布时间：2022-04-23 17:31

　　本论文主要以缺位式SnO2/g-C3N4复合催化材料为研究对象,系统调控催化材料中氧空位的相对含量和光生电子迁移特性,并获得不同的光解水产氢性能。采用多种表征手段对光生电子的迁移特性进行了探讨。根据侧重点的不同,本论文所取得的研究结果分主要为以下两方面：（1）利用水热和高温退火两步法合成了表面具有一定氧空位浓度的Sn02纳米晶,通过固相法将其与g-C3N4进行了杂化。系统地调整体系中Sn02的质量分数改变杂化材料中氧空位相对含量,获得了双极大值的光解水产氢活性。探讨了杂化材料中光电子的竞争性迁移与催化性能之间的关系。（2）将Sn02量子点经过不同温度退火处理获得了具有不同晶粒尺寸和氧空位浓度的Sn02纳米晶。在可见光下,通过使用隔热滤光片对杂化材料的光解水产氢性能进行了测试,研究了氧空位-晶粒尺寸-红外光的协同作用对SnO2/g-C3N4杂化材料可见光光解水产氢性能的影响。当Sn02晶粒尺寸小于其2倍德拜长度时,受红外光激励的声子辅助二次激发实现了束缚态电子到自由态电子的转变,使材料保持了较高的催化活性。相关研究工作有助于深入开展半导体/g-C3N4杂化材料中光生电子迁移特性与光解水产... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
中文文摘
绪论
    1. 研究背景
    2. 半导体光催化基本原理
    3. 提高半导体材料光催活性的基本方法
        3.1 离子掺杂
        3.2 表面染料敏化
        3.3 半导体复合结构
        3.4 Z构型催化系统设计
        3.5 使用光生电荷捕获剂
        3.6 催化材料纳米化
    4. 氧空位作为电子捕获中心带来的问题
    5. 本文设计思路与研究内容
第一章 实验试剂及仪器测试条件
    第一节 实验试剂与仪器
    第二节 样品测试与仪器分析条件
        1.2.1 样品物相表征(XRD)
        1.2.2 样品微观形貌表征(TEM)
        1.2.3 样品光谱学特性表征
        1.2.4 缺陷电子态表征(EPR)
        1.2.5 样品表面化学价态表征(XPS)
        1.2.6 光解水产氢性能表征
        1.2.7 表面瞬态光电压(TPV)测试
第二章 SnO_2/g-C_3N_4纳米催化剂合成及光电子竞争迁移对光解水产氢性能的影响
    第一节 引言
    第二节 SnO_2表面氧空位调控及SnO_2/g-C_3N_4催化剂的合成
        2.2.1 石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的合成
        2.2.2 缺陷态SnO_2纳米晶的制备
        2.2.3 g-C_3N_4/SnO_2杂化材料的合成
    第三节 结果与讨论
        2.3.1 样品的微结构与组成分析
        2.3.2 样品表面元素价态分析(XPS)
        2.3.3 光响应特性分析(UV-vis)
        2.3.4 杂化材料的双极大值光解水产氢活性
        2.3.6 双极大值催化活性机理研究
    第四节 本章小结
第三章 SnO_2/g-C_3N_4微结构-红外光协同调控的光解水产氢性能及光电子迁移特性研究
    第一节 引言
    第二节 SnO_2氧空位-晶粒尺寸的协同控制与SnO_2/g-C_3N_4的合成
        3.2.1 SnO_2量子点的制备
        3.2.2 SnO_2纳米晶表面氧空位与尺寸的协同调控
        3.2.3 g-C_3N_4的合成
        3.2.4 SnO_2/g-C_3N_4杂化材料制备
    第三节 结果与讨论
        3.3.1 SnO_2的XRD物相分析
        3.3.2 不同晶粒尺寸SnO_2的EPR分析
        3.3.3 量子限域效应下SnO_2的紫外-可见吸收光谱
        3.3.4 杂化材料XRD物相及热重分析
        3.3.5 样品TEM形貌分析
        3.3.6 X射线光电子能谱分析
        3.3.7 氧空位-晶粒尺寸-红外光协同影响的SnO_2/g-C_3N_4可见光光解水产氢性能
        3.3.8 晶粒尺寸-氧缺陷-红外光协同作用下声子辅助的束缚态电子二次激发机制
    第四节 本章小结
第四章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in sonochemical fabrication of nanostructured photocatalysts[J]. Chang-Lin Yu,Jimmy C.Yu,Hong-Bo He,Wan-Qin Zhou.  Rare Metals. 2016(03)



本文编号：3647652