基于二维材料高效可见光催化剂的结构设计、构建及构性关系

发布时间：2022-01-07 18:22

　　半导体光催化作为一种新兴技术,在清洁能源开发利用和环境治理方面已经受到研究者们的广泛关注。在这种―绿色‖化学变化过程中,半导体光催化剂吸收太阳光激发产生活性电荷载流子,而后具有强氧化还原性的电荷载流子裂解水分子产生氢气或者分解环境污染物。同时半导体光催化剂能够保持自身结构及性质的稳定。然而目前大规模实际应用光催化技术的最大阻碍在于催化剂的可见光利用率低、电荷复合速率快、吸附性能差和分离困难。因此,寻找高效、高稳定性且可大规模制备的可见光催化剂成为当前研究的一个重要任务。本文基于二维纳米片构建了零维（0D）球形叠层、一维（1D）纳米管、二维（2D）多孔和三维（3D）三明治结构的高效可见光催化剂,从催化剂构性关系角度做了以下研究:一、通过在球形模板表面交替原位生长聚苯胺（PANI）和静电自组装钛氧化物(Ti_0.91O₂)纳米片,制备了0D叠层PANI/Ti_0.91O₂球形复合物。定向形成叠层结构的主要原因是Ti_0.91O₂纳米片（带负电荷）和PANI（带正电）... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

常见半导体的能级间隙、导带和价带能级位置相对于标准氢电极的示意图

应机理体的能级间隙、导带和价带能级位置相对于标准氢电极ps and band-edge positions with respect to NHE for some semjishima 和 Honda 首次发现 TiO2在紫外光照射下光化理论已经取得了重大发展。目前，人们主要采[8]。对于半导体，它们的能带分为充满电子的价带邻两能带之间的空隙称为禁带，其大小记为能级间半导体的能级间隙、导带和价带能级位置如图 1.1

图 1.3 光催化反应（a）实验室简易装置，（b）圆柱形反应器示意图。Fig. 1.3 Schematic view of photocatalytic (a) experimental simple apparatus, (b) cylindrical reactor.作为一种新兴的环境污染处理技术，半导体光催化与传统治理技术相比具有以下优点[19-21]：①半导体光催化是将太阳能转化为化学能，通过化学氧化将有机污染物直接矿化分解为二氧化碳、水以及无毒害的无机酸。而传统物理处理方法中的相转移法（吸附法）和筛滤截留法（膜分离技术）只是通过物理作用将污染物富集并转移，还需要进一步处理（如焚化、填埋），无法实现污染物的彻底降解，易造成二次污染。②半导体光催化是一种室温深度氧化技术，无需高温、高压，能耗低。在环境温度下即可将有机物完全分解，无二次污染，且反应装置简单（如图 1.2）。而传统的高温焚烧法，设备复杂且耗能大，成本较高，并且存在燃烧不完全生成有毒有害废气物的缺点。③半导体光催化反应速度快，效率高，且无选择性，能够处理大部分的有机、


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