类石墨碳/氧化物半导体复合材料的制备及光催化制氢性能研究

发布时间：2021-07-14 01:57

　　石墨烯,碳纳米管,活性碳和纳米碳纤维等碳基材料,具有较大的比表面积以及独特的光学、电学性质,可以抑制半导体纳米颗粒的团聚,极大地促进光生电荷的有效的分离并增强对光的吸收性能,从而来提高半导体材料的光催化性能。然而诸如石墨烯等高性能的碳材料,制备工艺复杂导致产品的成本比较高,因此,我们尝试以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为碳材料的来源,通过溶剂热反应和后续热处理的工艺制备新型类石墨碳/氧化物复合光催化材料,并对碳材料的性质,复合催化材料的光催化制氢性能以及碳的作用机理等进行了研究。采用水热反应的合成方法获得了碳结合的Zn₂GeO₄纳米棒,然后在保护气氛下热处理得到类石墨碳/Zn₂GeO₄复合光催化剂。经过分析Zn₂GeO₄复合光催化剂的物相结构、微观形貌以及碳的存在形式（石墨状或无定型状）,证实碳以石墨化的形式均匀地分布在Zn₂GeO₄纳米棒的表面,增强了纳米棒对紫外光的吸收能力。在紫外光照射下,最高的光催化制氢速率为9... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光解水制氢的主要过程

图 1.3 太阳能光谱能量分布图氢气的过程是吸收能量的反应，需要标准的吉布斯自由能 ΔG0= 1.23 eV。因此用于制氢的半导体光催化剂的禁带宽度必须大于 1.2有效地利用可见光，催化剂的禁带宽度必须小于 3.0 eV。为了能够空穴同时参与水的氧化还原反应，半导体的能带结构要满足水电解氧化还原电位必须全部包含到半导体的带隙内，即：半导体的导带+/H2的还原电位（0V vs normal hydrogen electrode (NHE)) 更负，化剂价带的顶部应比 O2/ H2O 的氧化电位（1.23V）更正，（T S Teehen，2010；Q Li，2011）。如图 1.5 为常见的半导体的能带分布图体的价带结构对于光解水来说只是热力学方面的要求。此外，半导水制氢的效率与激发产生的光生自由电子和空穴对的数量，电子、存活寿命、再结合及表面逆反应的抑制等因素都有关。

半导体光解水制氢的基本原理


本文编号：3283170