二维黑磷/二氧化钛复合光催化剂的制备与机理研究

发布时间：2024-05-12 20:22

　　黑磷(Black phosphorus,BP)是一种新型的二维材料,是磷的类石墨烯的同素异构体,其二维的结构使得黑磷能够被剥离至几个甚至单个原子层厚度的磷烯。磷烯具有超高的比表面积,以及高的载流子迁移率,同时其禁带宽度能够通过层数进行调节,这使得黑磷的光响应能够覆盖可见到红外光波段的范围,可以用于复合光催化剂的开发。本文主要研究了二维黑磷材料的光催化水解产氢以及其二维层状结构和零维量子点结构的制备。光催化技术是利用光催化剂在光照下,吸收太阳的光能量,将光能量转化成光生(光诱导)电子空穴,利用光生电子将水还原成氢气,光生空穴用于将水氧化成氧气或者将有机物氧化降解。光催化剂能够将太阳光转化为高能量密度的氢气,氢气燃烧之后的产物只有水,所以这种技术能够解决目前由于化石燃料的过度利用而导致的能源危机以及环境污染问题。本文利用目前应用最广泛的二氧化钛(TiO₂)光催化剂和黑磷复合,形成黑磷/二氧化钛(BP/TiO₂)的异质结。TiO₂属于宽禁带半导体,其锐钛矿结构的能带达到3.2 eV,使得TiO₂的光响应范...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1单一半导体的光催化反应机理

才能够将水氧化产生氧气。之后的反应包括了电子的运输和吸收，如图1.1所示，当体系吸收的光子能量大于半导体的能带宽度的时候，能产生电子空穴的分离，电子被激发到导带上面，在价带上形成空穴。之后电子和空穴在光催化晶体内部传

图1.2复合光催化剂的电荷分离机理

图1.2复合光催化剂的电荷分离机理。化反应的过程中体系内部的电子空穴的复合，后来发展结的复合型光催化剂，根据其组成的半导体的能带位置

图1.3复合光催化剂的Z-scheme机理

图1.3复合光催化剂的Z-scheme机理。据植物的光合作用的过程，提出了Z-scheme机理半导体由于能带的关系，能够结合形成II型异质导体的电子都能够被激发到导带，由于半导体1的

图1.4常见二维材料的能带，原子结构以及光响应波段范围[28]

图1.4常见二维材料的能带，原子结构以及光响应波段范围[28]。1.2.2二维黑磷的性质

本文编号：3971846