光催化材料微电场的构建及其性能研究

发布时间：2020-12-21 12:22

　　在能源短缺和环境污染的时代背景下,利用光催化材料将太阳能转变成特定的化学能是一种具有前景的技术手段。然而,光生载流子的复合严重地降低了材料的催化活性,限制了光催化技术的工业级应用。为了提高光生电子和空穴的分离效率,科研工作者们尝试了许多措施,如负载助催化剂,掺杂金属离子或单质以及优化催化剂的合成条件等。尽管这些处理方式能够显著改进合成材料的光催化性能,但是昂贵的成本以及复杂繁琐的制备过程限制了它的实际应用。因此,我们需要探索出一种简便且具有巨大应用前景的技术手段来应对这一问题。本论文研究工作中,我们将“微电场”这一概念引入到光催化领域,并借助微电场对电子和空穴的原位驱动作用,加速了光生载流子的相互分离,继而提升了合成材料的光催化性能。由于光生电子和空穴的复合得到了抑制,更多的电子迁移至光催化材料的表面,提高了光催化剂表面的局部电子密度,因此在产物产率提升的同时,催化进程朝着多电子反应的方向进行。这样一种新颖且操作简便的能量转换技术不仅能够提升合成材料的光催化活性,而且可以在改变催化反应的选择性以及收集自然界中存在的机械振动方面展现出巨大的应用前景。围绕着“微电场”的建立与应用,我们开展... 

【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２半导体光催化机理??Ｆｉｇ．?１－２?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｈｏｔｏｃａｔａｌｓｉｓ??

ＺｎＯ这种特殊的物理性质，陈［２１］以四氢呋喃（ＴＨＦ）和正丁胺（ＢＡ）为溶剂合??成制备了不同形貌的ＺｎＯ纳米材料。研究表明，增加ＢＡ／Ｚｎ２＋的比例能够促使??ＺｎＯ生长成纳米片，使ＺｎＯ暴露更大比例的的极性晶面。如图１－４所示，ＺｎＯ??的极性晶面由于带有相反的电性，会在材料内部形成内电场，驱动光生载流子的??相互分离。因此，随着极性晶面的暴露，ＺｎＯ光催化降解甲基橙染料的活性显著??增加。??（ａ）?（ｂ｝?Ｒｕｄｕｃｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??［〇〇ｌ｜?Ｚｎ－ＺｎＯ?（００１）?ｓｕｒｆａｃｅ?〇，?？〇；??０．３４４?＾?……?？?Ｅ，?Ｂ??捕?！?：?ＴＴＩＴＴ??Ｉ?！ｖ?Ｕｎｙ平？ｉｎｇｊ—丨■丨??Ｏ－ＺｎＯ?（００１）?ｓｕｒｆａｃｅ?Ｚ?．〇Ｈ?〇Ｈ??ｙ?噱文?Ｘ?Ｏｘｉｄａｄｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??图１－４?ＺｎＯ纳米片｛００１｝晶面的（ａ）原子电荷排布和（ｂ）电荷分离示意图［２１］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｉｌｌ

１．４．４表面光敏化??采用色素或染料敏化处理，是拓展宽带隙半导体可见光光催化活性的新尝试??．和途径。以金红石相的Ｔｉ０２为例，图１－７展示了色素敏化Ｔｉ０２的作用机理。某??种色素或染料吸附在Ｔｉ０２表面，当对其进行可见光照射时，色素或染料分子产??生激发，使催化体系中的光生载流子数目增加，此为光敏化或光增感现象。金红??石相的Ｔｉ０２只对波长在４１０?ｎｍ以下的紫外光有吸收，因而可见光无法激发其产??生光生载流子。在使用色素玫瑰红（ＲＢ）敏化Ｔｉ０２后，由于玫瑰红（ＲＢ）的最??大吸收波长在５５０?ｎｍ左右，故用５５０?ｎｍ附近的光照射敏化处理后的Ｔｉ０２时，??会有光生电流的产生。接着，敏化剂产生的电子会转移至半导体的导带中，随后??参与后续的光催化反应过程。需要注意的是，光敏化现象受色素或染料分子的最??高能级

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2929819