石墨烯半导体复合材料的制备及其在催化制氢领域的应用

发布时间：2021-08-13 00:48

　　随着工业的发展,化石能源日益枯竭,环境污染日渐严重,造成的能源短缺和环境污染问题是当今人类面临的两大难题。寻找可替代的新能源已经迫在眉睫,氢能由于其具有清洁,可持续性被认为是21世纪最理想的新能源之一。然而传统的制氢技术需要消耗大量的能量,制氢效率低下。在众多的制氢方法当中,光电催化制氢和电催化制氢是生产氢气最高效的两种方法。目前,虽然（Pt）作为催化剂在催化制氢反应中表现出优异的催化性能,但因其价格高昂和储量稀少很大程度上限制了大规模应用。石墨烯由于其具有优良的导电性和巨大的比表面积引起了研究者们广泛的关注,用石墨烯与催化材料复合,提高复合催化剂的催化性能已经成为研究热点。本文研究了石墨烯与半导体的复合材料在催化制氢领域的应用。具体研究内容包括以下两个方面:第3章中,通过电沉积的方法合成的Au和TiO₂量子点共同修饰三维石墨烯的复合材料（Au@TiO₂@3DGFs）作为光电催化制氢的催化剂,并对其进行了一系列的表征和光电催化性能的测试。通过对比实验我们发现了最优化的Au掺杂量。实验结果显示,复合材料Au@TiO₂@3D... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电催化分解水制氢原理图

化制氢原 理 是 半 导 体 催 化 剂 在 一 定 光 照 条 件 下 ， 发 生 光 生 然 后 光 生 电 子 （ 或 空 穴 ） 与 离 子 （ 或 分 子 ） 结 合 产 原 性 ） 的 活 性 自 由 基 ， 这 些 活 性 自 由 基 具 有 很 强 的 有 机 物 分 解 成 无 机 物 或 更 小 的 分 子 单 元 ， 在 反 应 过 反 应 的 进 行 ， 本 身 并 不 参 与 反 应 。 在 半 导 体 被 光 照 由 半 导 体 的 性 质 决 定 ， 半 导 体 的 禁 带 宽 度 与 光 吸 收 λg(nm) =1240/Eg(eV)。 光 催 化 析 氢 过 程 主 要 是 将 太 程 中 所 需 要 的 化 学 能 ，图 1.2 展 示 的是 半 导 体 光 催化 当 照 射 的 光 子 能 量 大 于 半 导 体 的 禁 带 宽 度 时 ， 半 导 子 激 发 到 导 带 ， 因 此 导 带 中 产 生 光 生 电 子 ， 价 带 中 还 原 水 产 生 氢 气 ， 空 穴 氧 化 水 产 生 氧 气 。 半 导 体 光 科学 家 报道 过 ：1971 年 ，日 本东 京 大 学 的 Fujishima 和半 导体 TiO2单晶 光 电 极 上分 解水 制得 氢气 ；2001

本 都 在 水 中 发 生 水 溶 作 用 。 因 此 当 前 我 们 所 研 究 的 光 催 化 制 氢 着 下 列 问 题 ：（ 1） 对 光 能 的 （ 尤 其 是 可 见 光 ） 的 利 用 率 不 高 ；（ 载 流 子 分 离 效 率 较 低 ；（ 3） 产 氢 效 率 低 ， 催 化 剂 成 本 高 ， 反 应 苛 刻 。 因 此 设 计 、 开 发 高 效 的 光 响 应 催 化 剂 ， 且 必 须 满 足 禁 带 、 能 有 效 利 用 可 见 光 资 源 ； 使 用 新 的 、 更 为 有 效 的 方 法 阻 止 电 的 分 离 ， 从 而 提 高 光 催 化 反 应 效 率 ； 深 入 研 究 光 催 化 制 氢 机 理 催 化 剂 的 结 构 与 性 能 之 间 的 关 系 ， 探 索 新 型 低 成 本 ， 高 效 率 的 是 光 催化 制 氢的 关 键 。.3 光电催化制氢光 催 化 制 氢 由 于 阴 阳 两 极 处 于 同 一 半 导 体 上 ， 光 激 发 的 电 子 空 发 生 复 合 ， 降 低 了 光 电 转 换 的 效 率 。 因 此 有 人 认 为 在 电 解 液 中 捕获 电 子 或 空 穴 的 化 学 物 质 来 阻 止 电 子 空 穴对 的 复 合 ，如 添 加乙 等 氧 化 剂 或 还 原 剂 。 然 而 本 人 认 为 这 是 将 一 种 化 学 能 转 化 成 另 能 ， 并不 能 实现 对 太 阳能充 分的 利用来 分 解 水 制 氢。然 而 光 电 催


本文编号：3339399