碳材料修饰氧化锌纳米棒阵列的制备与光催化性能研究

发布时间：2020-04-25 07:45

【摘要】：半导体光催化技术,作为一种绿色理想的技术,可以通过水分解、二氧化碳光还原以及污染物降解将太阳能转化为化学能。氧化锌作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,具有性能优异、价格低廉、易制备以及对人体无害等优点。因此,近年来被学术界认为是一种重要的半导体材料,但是由于氧化锌的光腐蚀造成了其在光照下的不稳定,大大限制了氧化锌的实际应用。如何提高氧化锌在光催化反应中的稳定性仍是一个挑战。本课题报道了碳材料修饰的氧化锌纳米棒阵列的制备以及其二氧化碳光还原稳定性研究。本文合成氧化锌纳米棒阵列的制备工艺是水热法,同时实现了碳材料对氧化锌纳米棒阵列的双修饰,即碳包覆和碳掺杂。本课题使用了不同质量的葡萄糖(0.05g、0.1g、0.2g、0.3g)作为碳源。利用TEM、SEM、UV-Vis、Raman、PL、EIS等分析手段对合成材料的结构和光学性能进行了表征。研究结果表明,碳材料的修饰可以大大提高氧化锌纳米棒阵列的稳定性,抑制了光催化反应过程中的光腐蚀。同时由于碳材料的修饰,氧化锌纳米棒阵列大大提高了光生电子和空穴的分离和迁移。基于上述的协同作用,碳材料修饰后的氧化锌纳米棒阵列的光催化二氧化碳还原稳定性能大大提高。本文还探究了光催化材料的光电性能,发现在可见光下,当碳材料修饰时,光电流提高了4.4倍,光电性能的结果进一步验证了我们的设想。最后,本文探究了碳材料的双修饰提高氧化锌纳米棒阵列稳定性的机理。
【图文】：

反应过程机理,半导体光催化

天津大学硕士学位论文体光化学的角度来看，光催化是半导体材料在光照条件下氧化还原反应。当入射光子的能量不少于半导体的禁带宽料受光激发才会产生电子空穴对。半导体材料的导带电子级范围是+0.5~-1.5 V，因此这些半导体材料可以作为还原空穴的强氧化能级范围是+1.0 ~ +3.5 V。入射光子的能量中。这些能量通过一系列的电子传导过程以及表界面反应。

光解水,光催化,基本原理

也被命名为“人工光合成”，越来越，这也由于由于氢气具有超高的能力密度。作为 100 kWh 的化学能，然而 450 Kg 的锂电池才相外，如果全部的化石燃料可以被可再生能源代替碳的化合物，这样全球气候变暖危机也可以得到产生可再生能源的光催化技术为人们提供了可持应由两个半反应组成，即产氢反应和产氧反应。应必需的一步，产氧反应为产氢反应提供了质子解水的基本原理如图 1-2 所示36。如图所示，电在价带产生同量的空穴，这些电子和空穴随后转应和产氧反应。因此，为了实现全水分解，，匹配得尤为重要。从热力学角度讲，光催化半导体材级下的-0.41 V（pH =7），同时价带位置要高于标因此，为了实现全水分解，材料的禁带宽度最小
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

【相似文献】