应用于太阳能制氢的纳米异质结光催化剂

发布时间：2021-07-09 13:10

　　环境污染和能源危机已经成为实现人类可持续发展中急需解决的两个重要问题。寻找清洁的可再生能源被视为缓解环境压力、解决能源危机的重要途径。太阳能是一种清洁的可再生能源,大量关于太阳能使用的研究已经被相继报道出来。氢气（H2）是一种高能量密度的清洁能源。自利用紫外光（UV）第一次成功的使用TiO2光催化裂解水后,基于半导体的光催化裂解水制氢代表了一种将光能转换为化学能的新途径。半导体光催化将水裂解成H2和O2,被认为是最有希望产生绿色的可再生能源的方法,该过程分别包括水的光还原和光氧化反应。由半导体能带理论和光催化原理可知,只有光子的能量大于半导体的带隙宽度才能激发半导体进行有效的光催化反应。常规的半导体光催化裂解水制氢体系绝大部分利用的是太阳光谱中高频的紫外光。然而可见光和近红外光占据了太阳光谱的绝大部分,所以光催化裂解水制氢技术只有利用好可见光和近红外光才能够有效的解决环境污染和能源危机问题。根据上述的背景以及我们的条件,我们设计了一系列的半导体异质结构的光催化剂用于光裂解水产氢。具体细节内容如下:1.首先,基于碳点（CDs）优越的光电子特性和铂（Pt）团簇活跃的析氢位点,我们设计出功能... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１半导体光生载流子迁移动力学过程示意图［６］

气和氧气（ＡＧ?＝?２３７ＫＪ?ｍｏｌ－１），光子的能量必须大于等于从水分子中转移一个电子所需的能??量（１．２３ｅＶ）；并且催化剂必须能同时满足水的还原半反应电势，Ｅｒｃｄ＜０Ｖ（ｐＨ＝Ｏ，?ＮＨＥ）和水??的氧化半反应电势，Ｅ〇ｘ＞１．２３Ｖ（ｐＨ＝０，?ＮＨＥ）。常见的半导体功函数见图１．３［９］。??Ｖ（ＮＨＥ＞?￥?，?Ｑ?〇?ｆ?Ｖ（ＳＣＥ）??ｒ?－２０?ｐ?Ｉ?Ｓ?Ｏ＇??＿?中午?Ｓ?ｆ?＂２〇??－－ｔｏ?■〇?〇４?Ｌ?〇ｒ??．土－?＿?Ｃ??一Ｈ．Ｕ?－－－?Ｃ???－１０??－４．０?－?－午半年?ｑ??＾?★－??－?００?－??ｙｈ?＿?〇〇??：?＾〇Ｈ，０，???．?１?〇?＿?一?ＡｆＡｇ?＾??３．?４．?Ｘ？?－?１．０??－６．０?－?—?Ｏ＇?＜Ｃｃ．??如?★?ＣＨ?ＯＨ?ＣＨ?ＯＨ?＾??＊?２．０?－??永?－?２．０??－７．０?－?．?如知??？?３＿〇?－?”??－３．０??－８．０?Ｌ??图１．３各种半导体化合物的能带结构同水分解电位的对应关系［９］。??

?ＡＧ?＜?０?（ｄｏｗｎｈｉｌｌ）?＋ｅｔｃ－??图１．２光催化反应的分类示意图Ｗ。??光催化裂解水制氢反应??氢气是一种具有很高热值的清洁能源，燃烧后只产生水而不会对环境产生污染，并且??氢气还是一种用途广泛的化工原材料，在不饱和烃的加氢合成以及氨的合成都需要大量的??氢气加入。然而，通过传统的电解水、生物质制氢和化石能源提取等方法进行制备氢气需??要大量的能量加入，因此，开发出高效、低能耗和绿色的制氢的方法具有重要的意义。光??催化裂解水制氢是通过光催化过程将取之不尽，用之不竭的太阳能转化为氢能，被认为是??高效、低能耗和绿色的制氢途径［８］。光催化材料在光照的条件下产生光生电子空穴对，光??生电子迁移至半导体表面后，进一步将水中的氢离子还原成氢气。理论上要使水分解为氢??气和氧气（ＡＧ?＝?２３７ＫＪ?ｍｏｌ－１）


本文编号：3273811