金属氧/硫化物异质结半导体在光催化中的应用

发布时间：2021-08-13 01:03

　　由于全球人口的快速增长,工业化进程不断加快,能源短缺和环境污染已成为当前人类面临的两大挑战。可再生的清洁能源,如太阳能、地热、风能、水力发电和潮汐能,被认为是替代化石燃料的绝佳选择。其中,太阳能作为一种储量丰富、分布广泛且永久的清洁能源,可以满足当前和未来人类对能源的需求。近几十年来,半导体光催化技术在解决世界范围的能源短缺和减轻环境污染等方面展现出强有力的潜在优势,已成为最有前途的太阳能利用方案之一。迄今为止,已经有大量的研究致力于开发各种光催化材料、系统和设备,以及对相关界面化学、电子结构和反应动力学的探讨。然而,目前整体的光催化效率仍然偏低,归结起来最突出的问题就是太阳光吸收利用效率低和光生载流子的分离输运效率低。如何更深入的理解半导体光催化的反应机制,探索限制光催化活性的基本因素,开发具有可见光响应的高效光催化材料体系是突破瓶颈的关键。本论文针对当前半导体光催化系统对太阳光的吸收和对光生载流子的分离问题,提出构建同源的Z型异质结光催化剂。从特定的结构出发,实现了更高质量的异质结界面接触、拓宽了材料的光吸收范围并促进光生电荷的分离与传输而不牺牲其氧化还原能力。本文选择了两族同源的... 

【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】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 半导体光催化技术
        1.2.1 光催化分解水的原理
        1.2.2 光催化二氧化碳还原的原理
    1.3 半导体光催化剂材料设计
        1.3.1 金属氧化物材料
        1.3.2 金属硫化物材料
    1.4 半导体异质结构
    1.5 本论文选题依据和研究内容
第二章 实验材料、方法和测试手段
    2.1 实验材料
    2.2 实验设备及制备方法
    2.3 材料表征方法
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 X射线衍射光谱(XRD)
        2.3.4 激光拉曼光谱仪(Raman)
        2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.6 紫外可见光谱仪(UV-vis)
        2.3.7 光致发光光谱仪(PL)
    2.4 光电化学性能表征
        2.4.1 线性扫描伏安法(LSV)
        2.4.2 电流-时间特性曲线(I-T)
        2.4.3 莫特-肖特基测试(Mott-Schottcky)
        2.4.4 交流阻抗谱(EIS)
    2.5 重要参数及计算方法
        2.5.1 入射光子光电转换效率/外量子效率(IPCE)
        2.5.2 光吸收效率(LHE)
        2.5.3 吸收光子光电转换效率/内量子效率(APCE)
        2.5.4 偏压下光电转换效率(ABPE)
        2.5.5 电荷分离效率和界面注入效率
第三章 氧化铋/硫化铋异质结在光催化全分解水中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 非化学计量相氧化铋(Bi_2O_(2.33))纳米片的制备
        3.2.2 Bi_2O_(2.33)/Bi_2S_3的制备
        3.2.3 TiO_2-Bi_2O_(2.33)/Bi_2S_3的制备
        3.2.4 荧光法检测羟基自由基浓度
        3.2.5 光电化学性能测试
        3.2.6 光催化分解水活性评估
    3.3 实验结果表征和分析
        3.3.1 Bi_2O_(2.33)/Bi_2S_3 异质结形貌结果及成分表征
        3.3.2 Bi_2O_(2.33)/Bi_2S_3 异质结的光学性质表征
        3.3.3 Bi_2O_(2.33)/Bi_2S_3 异质结光电化学表征
    3.4 光催化分解水性质
    3.5 包覆超薄保护层的影响
    3.6 本章小结
第四章 锡掺杂氧化铟/硫化铟异质结在光催化二氧化碳还原中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 锡掺杂氧化铟(Sn-In_2O_3)纳米线的制备
        4.2.2 Sn-In_2O_3/In2S_3 的制备
        4.2.3 光电化学测试
        4.2.4 光催化活性评估
    4.3 异质结形貌结果及成分表征
    4.4 光电化学性能
    4.5 光催化活性评估
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3339422