摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制氢系统的研究
发布时间：2021-08-20 10:54
氢能是一种具有高燃烧值、绿色环保的清洁能源,被认为是解决能源和环境问题的最理想的替代能源之一。基于半导体纳米材料的光电化学分解水制氢技术具有独特的优势,成为人类获取氢能的最理想途径之一。其中,氧化铁是一种极具前景的光催化材料,近些年来被广泛研究。然而,氧化铁的导带位置太低不能直接还原水产氢,往往需要通过施加外部偏压来实现同时释放氧气和氢气,这大大限制了其在实际生活中的应用。摩擦纳米发电机可以很好地收集生活中各种类型的机械能并输出电能,通过一些简单的电路变换可以轻易地获得氧化铁光电分解水所需的偏压条件。考虑到这些,本论文将摩擦纳米发电机与氧化铁光电分解水系统结合起来,旨在不需要连接外部电源实现光电分解水制氢,具体研究工作如下:（1）构建了摩擦纳米发电机驱动钛修饰氧化铁光阳极光电分解水制氢的系统,并成功地实现了全解水产氢产氧。摩擦纳米发电机提供的外部偏压使得氧化铁克服了由于导带位置不合适而不能完全光电分解水制氢的缺点。实验结果表明,在65 rpm的相对较低转速下,与不加光时几乎为零的电流相比,光照条件下峰值电流显著增加到0.12 mA。随着转速增加到120 rpm及以上,不加光时的峰值电流...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１?（ａ）基于ａ－Ｆｅ２０３半导体材料光电分解水制氫的基本原理示意图｜Ｉ８Ｉ；??（ｂ）光电分解水制氫过程的步骤示意图１１９１??
第一章?摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制ａ系统的研究??〇??Ｈｅａｔｉｎｇ??Ｉ?—ｊ—｜——??Ｅｘｈａｕｓｔ??Ｆｉｌｍ?Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?一？＾、??Ｉ?Ｉ．里??Ａ?？Ｔ?＾?拿??＆；?｜Ｓ?，ｖ．￣?２ｖ，?．＾＾ｆ＝ｒｙ?７ｒ／ｙ?－ｉｔ．－?ＩＩ??．．－?，？，．ｖ．?．－．?＞，?Ａ?ｘｓｔ＾ｙ＜＜＾＞ｓｔｓｘＭ＾ｉ＾ｓｉ＞ｔｍｉｍａｍｍｔｍ？ＫｎＢｍ，?／?：．??ｕ?ｙ??Ｇａｓ?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?ｉｒ＼ｌｅｔ??图１．２化学气相沉积法装置示意图［２１］??Ｋａｙ等利用ＡＰＣＶＤ的方法以五羰基铁为铁源，正硅酸四乙酷为硅源成功地??在ＦＴＯ玻璃上沉积了一层树突结构的ａ－Ｆｅ２０３光电极，光电性能测试显示其在１．２３??Ｖ?ＲＨＥ时电流密度达２．３?ｍＡ／ｃｍ２【２２１。??（２）水热合成法（Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ）??对于大部分过渡金属氧化物的合成，水热法是最为普遍的“一锅煮”的合成??技术之一。水热反应可以保持金属氧化物基材料结晶的完整程度而且有利于制备??不同形貌的材料。水热反应的温度普遍要高于１００Ｔ，在密封的水热釜中压力会??自动上升，形成高温高压的反应环境。总体来说，水热反应就是将所需的反应物??分散均匀后，置于水热釜中，经过加热形成金属氧化物的前躯体，溶剂在高温高??压下使产物溶解并再度结晶的过程。此外，除了反应温度外，溶剂的用量、反应??时间、盐的溶解性对最终产物的形貌也有较大的影响。水热反应可以避免使用有??毒有害的催化剂，同时可以可控合成高度分散的粒子，且所得的产物纯净度很高。??通过合理控制反应条件，例如温度、时间、ｐＨ值以及前躯
摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制ａ系统的研究?第一章??原子膜的形式进行层层沉积，原子膜的层之间发生的反应相关联。因此该方法较??其他方法的最大优点在ｒ可对薄膜厚度进行精准的控制。??图１．３为原子层沉积法的示意图具体过程如下：⑴基底材料的表面自身??是官能化的或者通过相关处理使其官能化备用；（ｎ）将反应物Ａ充入腔室内，使其??吸附在基底材料的表面汴充分反应；（Ｈｉ）利用惰性气体将反应结束后的过量反应物??Ａ以及一些副产物带出；（ｉｖ）将反应物Ｂ紧接着充入腔体内，使其与反应后的基??底表面进一步反应；（ｖ）利用惰性气体将过量的反应物Ｂ以及副产物吹出；（ｖｉ）重??复ｉ－ｖ的过程并设置循环次数直至达到所需厚度的样品。??⑷?＜ｂ＞?？?＜ｃ＞?＾ａ?．??＊?，?？?．?ｖ：：?＊?？?＊?＊??％?ｉ?＊??ｗｗｗｗｗｍｗ?Ｃ－－?？??⑷?’?（ｅ）、？、?（ｆ）?ｏ??、Ｚ，：？?ｍｍｍｍｍｎ??＊?？？？？，．?Ｈｈｈｈ??ｎ?ｉ?ｉ?＿?幽＿＿咖“?ｍｍｍｍｍ??Ｌｒｅｍｄ：??＿?Ｐｒｅｃｕｒｊｏｆ?Ａ?■?Ｐ，：ｃｗ？ｏｒ?Ｂ?内?Ｒｍｃ：ｉ＜ｍｉ?Ｂｙ－Ｐｒｏｄｕｃｔ?？?ＩｎｅｒｔＣｘｎｅｒ?Ｇａ＊??图１．３原子层沉积过程的步骤示意图１２４１??Ｌｉｎ等人运用ＡＬＤ方法成功地制备了?Ｍｇ掺杂的ｕ－Ｆｅ２０３纳米材料，并控制??不同条件最终得到了具有ｐ－ｎ结的复合光电极材料，其内建电场有效地促进了光??屮电荷的迁移并提高了氧化铁的光电性能，更重要的是复合光屯极起始电压相比??空白样降低了？２００ｍＶｌ２－＼??（４）超声喷雾热解法（ＵＳＰ）??喷雾热解法首先配制所需
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢气的生产方法综述[J]. 郑秋艳,王少波,李绍波,李本东,王占卫. 低温与特气. 2009(06)
[2]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3353368
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１?（ａ）基于ａ－Ｆｅ２０３半导体材料光电分解水制氫的基本原理示意图｜Ｉ８Ｉ；??（ｂ）光电分解水制氫过程的步骤示意图１１９１??
第一章?摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制ａ系统的研究??〇??Ｈｅａｔｉｎｇ??Ｉ?—ｊ—｜——??Ｅｘｈａｕｓｔ??Ｆｉｌｍ?Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?一？＾、??Ｉ?Ｉ．里??Ａ?？Ｔ?＾?拿??＆；?｜Ｓ?，ｖ．￣?２ｖ，?．＾＾ｆ＝ｒｙ?７ｒ／ｙ?－ｉｔ．－?ＩＩ??．．－?，？，．ｖ．?．－．?＞，?Ａ?ｘｓｔ＾ｙ＜＜＾＞ｓｔｓｘＭ＾ｉ＾ｓｉ＞ｔｍｉｍａｍｍｔｍ？ＫｎＢｍ，?／?：．??ｕ?ｙ??Ｇａｓ?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?ｉｒ＼ｌｅｔ??图１．２化学气相沉积法装置示意图［２１］??Ｋａｙ等利用ＡＰＣＶＤ的方法以五羰基铁为铁源，正硅酸四乙酷为硅源成功地??在ＦＴＯ玻璃上沉积了一层树突结构的ａ－Ｆｅ２０３光电极，光电性能测试显示其在１．２３??Ｖ?ＲＨＥ时电流密度达２．３?ｍＡ／ｃｍ２【２２１。??（２）水热合成法（Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ）??对于大部分过渡金属氧化物的合成，水热法是最为普遍的“一锅煮”的合成??技术之一。水热反应可以保持金属氧化物基材料结晶的完整程度而且有利于制备??不同形貌的材料。水热反应的温度普遍要高于１００Ｔ，在密封的水热釜中压力会??自动上升，形成高温高压的反应环境。总体来说，水热反应就是将所需的反应物??分散均匀后，置于水热釜中，经过加热形成金属氧化物的前躯体，溶剂在高温高??压下使产物溶解并再度结晶的过程。此外，除了反应温度外，溶剂的用量、反应??时间、盐的溶解性对最终产物的形貌也有较大的影响。水热反应可以避免使用有??毒有害的催化剂，同时可以可控合成高度分散的粒子，且所得的产物纯净度很高。??通过合理控制反应条件，例如温度、时间、ｐＨ值以及前躯
摩擦纳米发电机驱动氧化铁光电分解水制ａ系统的研究?第一章??原子膜的形式进行层层沉积，原子膜的层之间发生的反应相关联。因此该方法较??其他方法的最大优点在ｒ可对薄膜厚度进行精准的控制。??图１．３为原子层沉积法的示意图具体过程如下：⑴基底材料的表面自身??是官能化的或者通过相关处理使其官能化备用；（ｎ）将反应物Ａ充入腔室内，使其??吸附在基底材料的表面汴充分反应；（Ｈｉ）利用惰性气体将反应结束后的过量反应物??Ａ以及一些副产物带出；（ｉｖ）将反应物Ｂ紧接着充入腔体内，使其与反应后的基??底表面进一步反应；（ｖ）利用惰性气体将过量的反应物Ｂ以及副产物吹出；（ｖｉ）重??复ｉ－ｖ的过程并设置循环次数直至达到所需厚度的样品。??⑷?＜ｂ＞?？?＜ｃ＞?＾ａ?．??＊?，?？?．?ｖ：：?＊?？?＊?＊??％?ｉ?＊??ｗｗｗｗｗｍｗ?Ｃ－－?？??⑷?’?（ｅ）、？、?（ｆ）?ｏ??、Ｚ，：？?ｍｍｍｍｍｎ??＊?？？？？，．?Ｈｈｈｈ??ｎ?ｉ?ｉ?＿?幽＿＿咖“?ｍｍｍｍｍ??Ｌｒｅｍｄ：??＿?Ｐｒｅｃｕｒｊｏｆ?Ａ?■?Ｐ，：ｃｗ？ｏｒ?Ｂ?内?Ｒｍｃ：ｉ＜ｍｉ?Ｂｙ－Ｐｒｏｄｕｃｔ?？?ＩｎｅｒｔＣｘｎｅｒ?Ｇａ＊??图１．３原子层沉积过程的步骤示意图１２４１??Ｌｉｎ等人运用ＡＬＤ方法成功地制备了?Ｍｇ掺杂的ｕ－Ｆｅ２０３纳米材料，并控制??不同条件最终得到了具有ｐ－ｎ结的复合光电极材料，其内建电场有效地促进了光??屮电荷的迁移并提高了氧化铁的光电性能，更重要的是复合光屯极起始电压相比??空白样降低了？２００ｍＶｌ２－＼??（４）超声喷雾热解法（ＵＳＰ）??喷雾热解法首先配制所需
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢气的生产方法综述[J]. 郑秋艳,王少波,李绍波,李本东,王占卫. 低温与特气. 2009(06)
[2]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3353368
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