二维纳米材料电子结构的调控及其析氢动力学研究

发布时间：2021-08-20 16:49

　　二维纳米材料由于其独特的物理特性己被广泛应用于催化制氢的研究。然而,低催化效率限制了材料的实际应用。本文通过实现二维材料的半金属化、半导体到金属相的转变以及引入空位缺陷等手段调控材料的能带结构,以提高电子传输速率、增加活性位点以及降低析氢活化能,从而使材料展现出极高的催化活性。具体内容如下:1、无金属半导体作为光催化剂已广泛用于光催化产氢领域,但是这些传统的半导体材料电子迁移率较低、光生载流子复合速率快以及人造微结构设计的缺乏导致了有限的析氢效率。我们制备了一种具有半金属特性的无金属元素参与的碳氮化合物二维材料hm-C（CN）3。引入的半金属特性不仅有效地促进了载流子转移,而且为析氢反应提供了更多的活性位点,从而拥有了高效的光催化析氢能力。在研究中,我们进一步将hm-C（CN）3纳米片通过在离子液体里的原位热解结合到多孔氧化铝共振微腔结构中,获得了明显增强的光电耦合效应以及对全太阳光谱的良好吸收,使得催化产氢效率达到了 1009 μmolg-1 h-1。这个研究结果为电催化、光电催化以及光伏电池领域中电子迁移和全太阳能谱的吸收提供了一种新的思路。2、目前利用电化学/光电化学技术分解水制... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?Ｎ型半导体与溶液界面图

由于电解质溶液与半导体材料相互作用而使材料自行破坏的现象包括溶解??或者氧反应等称为腐蚀。光腐蚀就是光辐照半导体表面时光对半导体发生的腐蚀。??图１．２给出了几种常见半导体的光腐蚀能级图。其中，ｎＥｄｅｃ代表阴极的光分解腐??蚀反应能级，ｐＥｄｅｅ则代表阳极的光分解腐蚀反应能级。因此，当ｎＥｄｅ。比导带Ｅｃ??位置要正时，半导体材料就发生阴极光腐蚀，反之则是阴极稳定的。当ＰＥｄｅｃ比??价带Ｅｖ位置要负时，则会发生阳极光腐蚀反应，反之则是阳极稳定的。还有存??在一种特殊情况例如Ｔｉ〇２在分解水中虽然ＰＥｄｅｃ比价带Ｅｖ位置更负，但是制氧的??能级比ＰＥｄｅｅ位置更负因此光生空穴首先制氧使得电极稳定。??－Ｅ／ＮＨＥ??－２－??－小?４?—?「匕?Ｅｃ??１?＂ｎｆｄｅｃ?：＝ｎｆｄｅｃ?ｎｆｄｅｃ??Ｅｃ?Ｅｃ?｜?ｐ＾ｄｅｃ??〇?！￣?ｎ＾ｄｅｃ?—ｐ＾ｄｅｃ??ｐ＾ｄｅｃ?ｐ?ｐ＾ｄｅｃ?．．．．．?ｐ??ｐｃｄｅｃ?匕?ｍ??１?Ｆ?ｆ?ｆ???ｐ＾ｄｅｃ???ｔ???????????—?ｆ??ｐ＊＂ｄｅｃ??２?－?－?￡ｖ??Ｌｆ?ｆｖ??３?—?ｖ??ＺｎＯ?Ｔｉ０２?Ｃｕ２０?ＣｄＳ?ＭｏＳ２?ＧａＰ?ＧａＡｓ??图１．２几种半导体的光腐蚀能级图。??１．２．１．６量子尺寸效应??量子尺寸效应是目前研究催化领域的一个非常关注的点。根据Ｋｕｂｏ发现的??公式５?＝?４￡＞／３Ｎ，?５为能级间距，Ｅｆ为费米能级，Ｎ为原子总个数［５４］。所以对??于体材料来说

味着费米面附近的能级由准连续变为离散的。后来研宄人员发现量子生在１到１０?ｎｍ的尺寸范围内的半导体粒子。量子尺寸效应使得吸及荧光光谱都会发生蓝移，并可以用Ｂｍｓ公式表示０．２４８心，其中Ｒ为粒子半径，爪：和ｍ：是２Ｒ￣?ｍｅ?ｍｈ?ｓＲ??的有效质量，ｈ是普朗克常数，￡为半导体的介电常数，ｅ是基元电有效里德伯能量（￡：ＲＹ＝￣＾）。这一方程的第一项是激子束缚能，２ｅ２ｈ２??子空穴对的库仑相互作用，第三项是空间修正效应。由于导致能量升远远大于使能量降低的库仑相互作用，所以尺寸越小，激发态能移越效应引起的禁带宽度的变化是非常明显的，比如硫化镉由体材变为团度由原来的２．６?ｅＶ变为３．６?ｅＶ如图１．３所示［５５－５７］。??Ｃｌｕｓｔｅｒ??

【参考文献】：
期刊论文
[1]航空燃气涡轮发动机氢燃料研究历史和低污染燃烧技术发展[J]. 李迎春,郑光华.  航空动力学报. 2012(03)
[2]后台阶喷氢加喷空气超音速燃烧数值模拟[J]. 崔玉峰,徐纲,黄伟光.  航空学报. 2004(02)
[3]液体火箭发动机研制情况的一些回顾[J]. 顾明初.  导弹与航天运载技术. 1997(05)



本文编号：3353864