可见光响应n型半导体纳米结构构筑及光（电）催化性能研究
发布时间：2021-09-30 14:55
基于半导体材料的光（电）催化（指光催化和光电催化）技术可直接将太阳能转化为高能量密度的化学能,是解决目前全球能源危机和环境污染的有效途径之一。其中,高效、稳定半导体光（电）催化材料的开发和光（电）催化作用机理的研究是实现这一过程的关键步骤和重要基础。鉴于此,本论文通过异质结构筑、晶面调控、多孔结构设计及纳米结构自组装等多种材料设计手段联合采用的策略成功开发了片对片型m-BiVO4/（001）TiO2异质结光催化剂、海绵状多孔ZnFe2O4/TiO2异质结光催化剂和纳米棒阵列ZnFe2O4光阳极三种高效稳定的光（电）催化体系,并从有机物降解和水分解两个重要应用方面对光（电）催化性能和光（电）催化反应机理等进行了研究。本论文由以下七章构成:第1章绪论首先简述了在全球性能源危机和环境污染日益严重的背景下,太阳能转化利用技术的发展进程。随后介绍了有关半导体物理的基本概念和理论,包括半导体能带结构和半导体/溶液界面的形成等。然后重点综述了基于半导体材料光（电）催化研究的进展,包括光（电）催化的基本原理、通用实验装置、活性评价参数、半导体光（电）催化材料的发展（影响活性的主要因素和常用的改性手段）...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?２０１６年美国能源部报道的１９９０年至２０４０年世界能源消耗
石油和天然气）来实现社会的工业化，到２０１２年化石燃料在世界能源消耗总量??中仍占有高达８４％的比例。［１］?一方面，随着全球人口增长和发展中国家工业??化，未来几十年全球能源消耗将急剧增加（图１．１ａ）。己知的化石燃料储量相??当于约１４００?ＴＷｙ能量，也就是说大约５０年以后化石资源将被消耗殆尽。而??且，石油和天然气储量在全球的分布很不均匀［２］，大部分能源供应主要集中在??少数国家手中（如图１．ｌｂ所示）。目前这种发达国家集中生产和分配策略已经??不能满足发展中国家的需求，是引发边疆争端和政治冲突的导火索之一。另一??方面，使用化石燃料对全球气候和环境造成了巨大危害。在过去１５０年中，化??石燃料燃烧过程产生的二氧化碳（Ｃ０２）以前所未有的速度在大气中累积，引??发全球气温的快速升高，导致了严重的环境问题。为了缓解这一持续的气候变??化及其后果，１３４个国家于２０１６年通过了“巴黎协定”，承诺迅速减少全球??Ｃ０２排放量。［３］因此
量就可以使得ＶＢ中的电子（ｅ＿）激发到ＣＢ中，同时在ＶＢ留下空的能态（即??空穴，ｈ＋），激发态的ｈ＋与＾都能参与导电。??光催化剂和光电极材料主要是半导体。如图１－４所示，半导体可分为本征??半导体和杂质半导体。理想情况下，纯净无缺陷的半导体被称为本征半导体。??在本征半导体中掺入少量的适当杂质或者当某些空位、间隙原子及代位原子等??缺陷存在时，一般会在禁带中产生附加的电子能级，这种半导体称为杂质半导??体。根据掺杂类型的不同，杂质半导体可分为ｎ型和ｐ型两种。在ｎ型半导体??中，附加能级（ＥＤ）接近ＣＢ能级，附加能级上的ｅ＿容易激发到ＣＢ，杂质原子??成为带正电的固定离子，通过杂质中的ｅ？导电；而在ｐ型半导体中，附加能级??（ＥＡ）接近ＶＢ能级，杂质原子很容易捕获ＶＢ上的ｅ＿成为带负电的固定离??子，通过由杂质带来的ｈ＋导电。??个??Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｐ－ｔｙｐｅ??ＣＪＢ?ＣＢ?ＣＢ??ｃ?Ｅｆ???ｕ??ＭＭ：Ｍ?＾??图１－４半导体能带结构示意图。ＣＢ和ＶＢ分别表示导带和价带
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced photocatalytic activity of sponge-like ZnFe2O4 synthesized by solution combustion method[J]. Song Sun,Xiaoyan Yang,Yi Zhang,Fan Zhang,Jianjun Ding,Jun Bao,Chen Gao. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
本文编号：3416097
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?２０１６年美国能源部报道的１９９０年至２０４０年世界能源消耗
石油和天然气）来实现社会的工业化，到２０１２年化石燃料在世界能源消耗总量??中仍占有高达８４％的比例。［１］?一方面，随着全球人口增长和发展中国家工业??化，未来几十年全球能源消耗将急剧增加（图１．１ａ）。己知的化石燃料储量相??当于约１４００?ＴＷｙ能量，也就是说大约５０年以后化石资源将被消耗殆尽。而??且，石油和天然气储量在全球的分布很不均匀［２］，大部分能源供应主要集中在??少数国家手中（如图１．ｌｂ所示）。目前这种发达国家集中生产和分配策略已经??不能满足发展中国家的需求，是引发边疆争端和政治冲突的导火索之一。另一??方面，使用化石燃料对全球气候和环境造成了巨大危害。在过去１５０年中，化??石燃料燃烧过程产生的二氧化碳（Ｃ０２）以前所未有的速度在大气中累积，引??发全球气温的快速升高，导致了严重的环境问题。为了缓解这一持续的气候变??化及其后果，１３４个国家于２０１６年通过了“巴黎协定”，承诺迅速减少全球??Ｃ０２排放量。［３］因此
量就可以使得ＶＢ中的电子（ｅ＿）激发到ＣＢ中，同时在ＶＢ留下空的能态（即??空穴，ｈ＋），激发态的ｈ＋与＾都能参与导电。??光催化剂和光电极材料主要是半导体。如图１－４所示，半导体可分为本征??半导体和杂质半导体。理想情况下，纯净无缺陷的半导体被称为本征半导体。??在本征半导体中掺入少量的适当杂质或者当某些空位、间隙原子及代位原子等??缺陷存在时，一般会在禁带中产生附加的电子能级，这种半导体称为杂质半导??体。根据掺杂类型的不同，杂质半导体可分为ｎ型和ｐ型两种。在ｎ型半导体??中，附加能级（ＥＤ）接近ＣＢ能级，附加能级上的ｅ＿容易激发到ＣＢ，杂质原子??成为带正电的固定离子，通过杂质中的ｅ？导电；而在ｐ型半导体中，附加能级??（ＥＡ）接近ＶＢ能级，杂质原子很容易捕获ＶＢ上的ｅ＿成为带负电的固定离??子，通过由杂质带来的ｈ＋导电。??个??Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｐ－ｔｙｐｅ??ＣＪＢ?ＣＢ?ＣＢ??ｃ?Ｅｆ???ｕ??ＭＭ：Ｍ?＾??图１－４半导体能带结构示意图。ＣＢ和ＶＢ分别表示导带和价带
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced photocatalytic activity of sponge-like ZnFe2O4 synthesized by solution combustion method[J]. Song Sun,Xiaoyan Yang,Yi Zhang,Fan Zhang,Jianjun Ding,Jun Bao,Chen Gao. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
本文编号：3416097
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