还原型氧化钛/水滑石复合材料的制备及其光电催化水氧化性能研究

发布时间：2022-02-27 21:47

　　光催化或光电催化分解水技术是新能源领域的一个重要发展方向。通过该途径,将太阳能转换为绿色高效清洁和可存贮的化学能,同时促进水资源在自然界中无害循环利用。截止目前,氧化钛仍然是最具潜力的光催化剂和光阳极材料;但是其较差的导电性和较宽的带隙成为进一步提高其光催化活性的制约因素。近年来,含自掺杂Ti3+的氧化钛（即还原型氧化钛TiO2-x）引起了研究者的关注,由于施子密度的增加和新中间能级的产生,使得其导电性和带隙宽度得到一定程度的改善,但是其光生激子分离效率和迁移传输效率有限,导致光催化或光电催化的性能仍然不尽人意。因此,如何获得高性能的氧化钛基光催化/光电催化材料,是一个具有挑战性的课题。水滑石（LDHs）是一类典型的无机二维层状材料,具有层板金属离子、层间客体阴离子可调控的特性。近年来的研究证明含过渡金属的LDHs材料是一种极具潜力的水分解电催化剂,但同时存在对光的利用率低、光催化活性低等缺点。因此,将光催化剂与电催化剂复合,构筑更高效的光电催化分解水的光阳极材料,是实现太阳能转换的一条有效途径。本论文基于还原型氧化钛/LDHs复合光阳极的构筑,以提高其光电催化水氧化性能这一制约分解水... 

【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：161 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 光电催化概述
        1.2.1 光催化概述
            1.2.1.1 能带理论
            1.2.1.2 光催化剂和光催化反应
        1.2.2 光电催化过程、原理及其影响因素
            1.2.2.1 光电催化过程
            1.2.2.2 光电催化原理
            1.2.2.3 光电催化反应的影响因素
        1.2.3 光阳极材料及其性能强化途径
        1.2.4 光电催化的应用研究
    1.3 氧化钛的光催化性能研究简介
        1.3.1 氧化钛的形貌拓展及其光催化性能
        1.3.2 氧化钛的掺杂及其光催化性能
        1.3.3 氧化钛的表面修饰及其光催化性能
        1.3.4 氧化钛有关的异质结构筑及其光催化性能
        1.3.5 氧化钛基光电极材料的光电催化性能
    1.4 水滑石类复合材料的光催化性能研究简介
        1.4.1 钛基水滑石复合材料的光催化性能
        1.4.2 锌基水滑石复合材料的光催化性能
        1.4.3 铬基水滑石复合材料的光催化性能
        1.4.4 其他类水滑石复合材料的光催化性能
        1.4.5 含水滑石复合光电极的光电催化性能
    1.5 本课题研究的目的和意义、以及研究内容
        1.5.1 研究的目的和意义
        1.5.2 研究的内容
第二章 还原型氧化钛与LDHS材料的能带结构计算研究
    2.1 引言
    2.2 三价钛不同自掺杂程度金红石相氧化钛的能带结构
        2.2.1 计算模型
        2.2.2 能带结构
        2.2.3 带边位置
    2.3 锰、铁分别掺杂还原型金红石相氧化钛的能带结构
        2.3.1 计算模型
        2.3.2 能带结构
        2.3.3 带边位置
    2.4 含铬LDHs的能带结构
        2.4.1 计算模型
        2.4.2 能带结构
        2.4.3 带边位置
    2.5 含钴LDHs的能带结构
        2.5.1 计算模型
        2.5.2 能带结构
        2.5.3 带边位置
    2.6 含铁LDHs的能带结构
        2.6.1 计算模型
        2.6.2 能带结构
        2.6.3 带边位置
    2.7 还原型氧化钛与LDHs对于光电催化水氧化反应的能级匹配分析
    2.8 本章总结
第三章 掺杂还原型氧化钛的制备及其光电催化水氧化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品及主要原材料
        3.2.2 制备方法
        3.2.3 结构表征
        3.2.4 光学性质测试
        3.2.5 光催化性能测试
        3.2.6 电化学及光电化学性能测试
    3.3 三价钛不同自掺杂程度氧化钛的光电催化水氧化性能
        3.3.1 结构表征
        3.3.2 光学性质
        3.3.3 光电催化水氧化性能及其机理分析
        3.3.4 小结
    3.4 锰、铁分别掺杂还原型氧化钛的光催化水氧化性能
        3.4.1 结构表征
        3.4.2 光学性质
        3.4.3 光催化水氧化反应性能
        3.4.4 小结
    3.5 锰、铁分别掺杂还原型氧化钛的光电催化水氧化性能
        3.5.1 光电催化水氧化性能
        3.5.2 机理分析
        3.5.3 小结
    3.6 LDHs修饰掺杂还原型氧化钛光阳极的光电催化水氧化性能
        3.6.1 钴铝、钴铬LDHs分别修饰还原型氧化钛光阳极的光电催化水氧化
            3.6.1.1 光电催化水氧化性能
            3.6.1.2 原因探讨
        3.6.2 钴铝、钴铬LDHs分别修饰锰掺杂还原型氧化钛光阳极的光电催化水氧化
            3.6.2.1 光电催化水氧化性能
            3.6.2.2 原因探讨
        3.6.3 钴铝、钴铬LDHs分别修饰铁掺杂还原型氧化钛光阳极的光电催化水氧化
            3.6.3.1 光电催化水氧化性能
            3.6.3.2 原因探讨
        3.6.4 小结
    3.7 本章总结
第四章 LDHS修饰还原型氧化钛复合光阳极的制备及其光电催化水氧化性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品及主要原材料
        4.2.2 制备方法
        4.2.3 结构表征
        4.2.4 光学性质测试
        4.2.5 电化学及光电化学性能测试
    4.3 含铬LDHs修饰还原型氧化钛复合光阳极的光电催化水氧化性能
        4.3.1 钴铬、镍铬、锌铬LDHs分别修饰还原型氧化钛复合光阳极的制备
        4.3.2 结果与讨论
            4.3.2.1 结构表征
            4.3.2.2 光学性质
            4.3.2.3 光电催化水氧化性能
            4.3.2.4 机理探讨
        4.3.3 小结
    4.4 含钴LDHs修饰还原型氧化钛复合光阳极的光电催化水氧化性能
        4.4.1 钴铝、锌钴LDHs修饰还原型氧化钛复合光阳极的制备
        4.4.2 结果与讨论
            4.4.2.1 结构表征
            4.4.2.2 光学性质
            4.4.2.3 光电催化水氧化性能
            4.4.2.4 机理探讨
        4.4.3 小结
    4.5 含铁LDHs修饰还原型氧化钛复合光阳极的光电催化水氧化性能
        4.5.1 钴铁、锌铁LDHs修饰还原型氧化钛复合光阳极的制备
        4.5.2 结果与讨论
            4.5.2.1 结构表征
            4.5.2.2 光学性质
            4.5.2.3 光电催化水氧化性能
            4.5.2.4 机理探讨
        4.5.3 小结
    4.6 钴铬、钴铝和钴铁LDHs修饰样品的稳定性和机理的比较研究
        4.6.1 钴铬、钴铝和钴铁LDHs修饰样品的法拉第效率和稳定性
        4.6.2 钴铬、钴铝和钴铁LDHs修饰样品OER性能提升的机理比较
    4.7 本章总结
第五章 结论
本论文的创新点
参考文献
致谢
在读期间的学术论文情况
作者和导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性（英文）[J]. 温九清,李鑫,刘威,方岳平,谢君,徐悦华.  催化学报. 2015(12)
[2]TiO2/PTFE改性氟碳防污闪涂层材料的研究[J]. 周永言,钟娴,刘嘉文,唐念,朱志平,周艺.  中南大学学报(自然科学版). 2015(02)

硕士论文
[1]三氧化钨基光电极的制备、表征和光电化学性质研究[D]. 刘艳芳.上海师范大学 2015



本文编号：3645341