ZnTPyP/WO 3 Z型材料的制备及其增强光解水制氢研究
发布时间：2021-01-21 11:39
氢能具有燃烧值高、产物绿色、来源广泛等优点,是未来最可能替代化石燃料的理想的清洁能源。光催化分解水是一种有效的制氢途径,为了实现高效的光催化分解水制氢,研究者们开发了不同类型的光催化剂,从催化剂组成结构上划分,传统光催化剂可分为单一结构光催化剂和II型异质结光催化剂。然而在光催化过程,前者光生电子-空穴易体相复合,且光响应区域多为紫外光区域;后者通过复合的方式有效的解决了前者存在的上述问题,但是相比原有的单一组份半导体催化剂来说氧化还原能力有所下降。基于以上问题,研究者们受到植物光合作用中独特的电子传输机制的启发,提出并成功构筑了Z型光催化体系。在Z型光催化体系中,光生电子能够沿着“Z”型路径进行传输,既有效的抑制了光生电子空穴的有效复合,又保留了催化材料原有的氧化还原能力,很好的解决了上述两种催化剂存在的问题。但Z型光催化剂也存在着一些限制:首先,催化剂材料必须具备相匹配的能级结构;其次,现有的Z型光催化剂一部分为吸收紫外光材料,光能利用率低,还有一部分为具有剧毒的Cd S、Mo S2等含硫金属化合物,无法大规模应用;最后,现有的Z型光催化体系制氢速率较低,实际应用受到了极大限制。为...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单一结构光催化剂（a）[11]和II异质结光催化剂（b）[12]光催化示意图
颓ㄒ疲?行У囊种聘春喜牧?中逆反应的发生，又保留了复合材料单一组分原有的强氧化还原能力。直接Z型光催化体系在有效的解决了II型异质结光催化剂在氧化、还原能力下降的同时，还极大的提高了光催化体系的稳定性。此外，Z型光催化剂和II型异质结材料一样为光催化材料提供了很大选择性和广阔的设计空间。因此，Z型催化剂更因具有宽光谱响应、高稳定性、高光生载流子的分离效率、强氧化还原能力等优点，成为了当前研究的热点话题。1.2Z型光催化体系概述1.2.1Z型光催化体系的基本原理研究表明，绿色植物体内光合作用体系（如图1-2a所示）主要包括两个光系统（光系统I，II）的光激发过程以及一系列氧化还原中间体的转换[18]。光系统II（PSII、PCII）吸收光后氧化水分子产生氧气，光系统I吸收光能产生电子，形成具有强还原态辅II（NADP）用以还原CO2生成糖类物质，其产生的电子传递给光系统I（PSI、PCI）；而自身被PSII系统通过传输通道-氧化还原中间体传来的电子所还原。该反应体系中电子沿“Z”字形路径传递，因此被称为Z型（Z-scheme）反应，该反应的量子效率接近100%。图1-2植物光合作用电子传输过程（a）[18]和第一代Z型催化体系模型（b）[12]受上述植物光合作用中Z型反应的启发，科学家们构筑了第一代人工Z型光催化体系，如图1-2b所示，该体系选由导带和价带能级相匹配的两种不同光催化材料构成光
第一章绪论5响催化剂对光的高效吸收，有颜色的电子介体还可能会吸收一部分光，电子得不到有效的传递；其次，在一定条件下，离子型电子传输介质容易被光生电子（空穴）选择性还原（氧化），或与已产生的H2（O2）发生反应；再次，离子型的电子传输介质还有可能引起一部分入射光散射。这些问题严重限制了第一代离子型Z型光催化体系的进一步使用。图1-3第二代Z型光催化模型[12]（a）及直接Z型光催化模型[12]（b）2006年，Tada等人利用Au作为空间电子传输介质，构筑了全固态Z型光催化体系，即第二代Z型光催化体系[23]。图1-3a为第二代Z型光催化体系模型，在光催化过程中，半导体（PSII，PSI）在光激发下分别产生光生电子-空穴对，PSII导带上的光生电子经由金属介质传至PSI，与价带上的光生空穴复合，有效提高了PSII，PSI上光生载流子的分离率；在PSI中导带上的光生电子可用于光催化还原反应，在PSII中价带的光生空穴用于光催化氧化反应。至今，除了Au纳米颗粒外，具有良好导电性能的Ag、Cd、W等贵金属以及层状石墨烯（RGO）均已经被用作全固态Z型光催化材料光生载流子的传输介质[24-31]。Au、Ag、W、还原石墨烯（RGO）等材料具有良好导电性，与半导体在复合界面形成欧姆接触，为光生电荷提供了新的传输通道，更有利于光生载流子在复合界面的转移和传输，既有效抑制第一代Ｚ机制光催化体系中存在的逆向反应，又能提高了Z型光催化体系的稳定性[32]。然而，贵金属稀有且昂贵的价格及产生的光屏蔽效应极大限制了第二代全固态Ｚ型光催化体系的广泛应用。2009年，王学文等人[33]发现ZnO和CdS直接复合后，在无任何介体存在的情况下，电子传输与Z型光催化体系具有相同的电子-空穴转移机制，从此开启了对于第三代Z型光催化系统（又称无介体Z型光催化
【参考文献】：
期刊论文
[1]构建高效可见光区分解水制氢的Z型CdS/Cd/掺杂TiO2光催化体系（英文）[J]. 赵钊,邢艳波,李海波,冯萍云,孙再成. Science China Materials. 2018(06)
[2]WO3中单斜相/六方相异相结的构建及提高光催化降解罗丹明B活性（英文）[J]. 卢圆圆,刘果,张静,冯兆池,李灿,李智. 催化学报. 2016(03)
本文编号：2991091
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单一结构光催化剂（a）[11]和II异质结光催化剂（b）[12]光催化示意图
颓ㄒ疲?行У囊种聘春喜牧?中逆反应的发生，又保留了复合材料单一组分原有的强氧化还原能力。直接Z型光催化体系在有效的解决了II型异质结光催化剂在氧化、还原能力下降的同时，还极大的提高了光催化体系的稳定性。此外，Z型光催化剂和II型异质结材料一样为光催化材料提供了很大选择性和广阔的设计空间。因此，Z型催化剂更因具有宽光谱响应、高稳定性、高光生载流子的分离效率、强氧化还原能力等优点，成为了当前研究的热点话题。1.2Z型光催化体系概述1.2.1Z型光催化体系的基本原理研究表明，绿色植物体内光合作用体系（如图1-2a所示）主要包括两个光系统（光系统I，II）的光激发过程以及一系列氧化还原中间体的转换[18]。光系统II（PSII、PCII）吸收光后氧化水分子产生氧气，光系统I吸收光能产生电子，形成具有强还原态辅II（NADP）用以还原CO2生成糖类物质，其产生的电子传递给光系统I（PSI、PCI）；而自身被PSII系统通过传输通道-氧化还原中间体传来的电子所还原。该反应体系中电子沿“Z”字形路径传递，因此被称为Z型（Z-scheme）反应，该反应的量子效率接近100%。图1-2植物光合作用电子传输过程（a）[18]和第一代Z型催化体系模型（b）[12]受上述植物光合作用中Z型反应的启发，科学家们构筑了第一代人工Z型光催化体系，如图1-2b所示，该体系选由导带和价带能级相匹配的两种不同光催化材料构成光
第一章绪论5响催化剂对光的高效吸收，有颜色的电子介体还可能会吸收一部分光，电子得不到有效的传递；其次，在一定条件下，离子型电子传输介质容易被光生电子（空穴）选择性还原（氧化），或与已产生的H2（O2）发生反应；再次，离子型的电子传输介质还有可能引起一部分入射光散射。这些问题严重限制了第一代离子型Z型光催化体系的进一步使用。图1-3第二代Z型光催化模型[12]（a）及直接Z型光催化模型[12]（b）2006年，Tada等人利用Au作为空间电子传输介质，构筑了全固态Z型光催化体系，即第二代Z型光催化体系[23]。图1-3a为第二代Z型光催化体系模型，在光催化过程中，半导体（PSII，PSI）在光激发下分别产生光生电子-空穴对，PSII导带上的光生电子经由金属介质传至PSI，与价带上的光生空穴复合，有效提高了PSII，PSI上光生载流子的分离率；在PSI中导带上的光生电子可用于光催化还原反应，在PSII中价带的光生空穴用于光催化氧化反应。至今，除了Au纳米颗粒外，具有良好导电性能的Ag、Cd、W等贵金属以及层状石墨烯（RGO）均已经被用作全固态Z型光催化材料光生载流子的传输介质[24-31]。Au、Ag、W、还原石墨烯（RGO）等材料具有良好导电性，与半导体在复合界面形成欧姆接触，为光生电荷提供了新的传输通道，更有利于光生载流子在复合界面的转移和传输，既有效抑制第一代Ｚ机制光催化体系中存在的逆向反应，又能提高了Z型光催化体系的稳定性[32]。然而，贵金属稀有且昂贵的价格及产生的光屏蔽效应极大限制了第二代全固态Ｚ型光催化体系的广泛应用。2009年，王学文等人[33]发现ZnO和CdS直接复合后，在无任何介体存在的情况下，电子传输与Z型光催化体系具有相同的电子-空穴转移机制，从此开启了对于第三代Z型光催化系统（又称无介体Z型光催化
【参考文献】：
期刊论文
[1]构建高效可见光区分解水制氢的Z型CdS/Cd/掺杂TiO2光催化体系（英文）[J]. 赵钊,邢艳波,李海波,冯萍云,孙再成. Science China Materials. 2018(06)
[2]WO3中单斜相/六方相异相结的构建及提高光催化降解罗丹明B活性（英文）[J]. 卢圆圆,刘果,张静,冯兆池,李灿,李智. 催化学报. 2016(03)
本文编号：2991091
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2991091.html
