用于高效光催化剂的多元金属硒化物的设计与合成
发布时间：2021-08-22 05:33
目前全球的的主要能源供应依然是化石燃料,但化石燃料的利用带来了诸多的问题,如何解决化石燃料的枯竭问题和化石燃料带来的环境问题是20世纪以来研究工作者们面临的重大挑战之一。目前有诸多可再生和不可再生的获取能源的方法来缓解化石燃料的危机问题,目前可行的获取途径有氢能,核能,风能,潮汐能,地热能等等。氢能因热值高,来源广泛,环保无害以及燃烧性能优良在诸多能源中脱颖而出。目前氢能源的获取依然依赖于化石能源,成本较大。寻求可行的获取氢能源的办法也是科研工作者们亟需解决的问题。以太阳能为光源利用光催化剂光解水是氢能获取的重要方法之一。然而半导体光催化材料存在着载流子的复合,量子效率低以及光响应范围窄的自身问题是目前科研工作人员亟待解决的问题。因此,解决上述存在的问题是目前科研工作者们一直前进的动力。硒化镉（CdSe）晶体是一种带隙能在1.65至1.8 eV的范围内的性能优异的n-型半导体材料,具有闪锌矿和纤锌矿两种稳定的晶体结构,与其他无机或者有机材料相比有着独特的光学性质,在传感器,太阳能电池,生物荧光探针以及催化领域具有广泛的应用,归因于硒化镉材料具有尺寸小、比表面积大、光响应能力强、独特的电...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化反应制氢示意图[8]
山东师范大学硕士学位论文4性pH是氢产生的最佳水平；氢的生成速率随TEOA浓度的变化而变化，并且遵循Langmuir型等温线；较低的光强度下，与较高的光强度相比，该系统具有较高的量子产率。在30mW/cm2下，紫外线，可见光和太阳光的QY分别为10.82%，12.23%和11.33%。1.3.2异质结光催化材料异质结材料是两种或者两种以上材料均暴露在外面，有一个能级对接，使得两种组分均有机会参与反应的发生，且异质结材料是相互独立的，从而保持了单组分的特性兼双元或者多元组分的特性，以直接的形成最突出的优势是减少了载流子的复合，从而提高了电子的转移效率，原因在于特殊的能带结构[12]，根据电子转移途径和能带结构的不同，可以将异质结分为I-型、II-型、III-型、n型和Z-型体系[13,14]。I-型异质结是带隙较窄的材料与带隙较宽的材料复合，具体来说就是窄带隙A的CB和VB分别位于宽带隙B的CB和VB的下方和上方。这种结构由于能级差的作用使得宽带隙结构材料B中的电子由CB向窄带隙结构材料A的CB转移，同时B中的空穴由VB向窄带隙结构材料A的VB转移，B的CB和VB堆积了大量的电子空穴，且因为宽带隙的缘故降低了载流子的复合，从而提高了光催化剂的催化效率[15]。图1-2I型异质结光催化产氢材料双组分的电子空穴迁移图[15]I型异质结光催化产氢材料多以双组分构成，像In2O3/In2S3[16]、MoS2/g-C3N4[17]、CdS/ZnS[18]等，例如DelmarS.Larsen课题组[19]构建了核壳结构的CdSe/CdS，通过测试发现这种结构的催化剂是单相CdSe产氢效率的近10倍，这归因于表面深陷阱通过外部CdS壳层的钝化，电子必须通过CdS壳隧道才能到达表面，这一过程是极其短暂的，因为电子到达表面发生氧化还原反应的时间远比电子通过隧道的时间长，这就保证了电子能够有足
山东师范大学硕士学位论文5够的时间参与还原反应从而降低了电子空穴的复合。图1-3核壳结构CdSe/CdS构建的I-型异质结机理图及产氢效果[19]II-型异质结光催化材料是目前最广泛的，当半导体材料吸收太阳光谱时，光生电子由半导体A的CB向半导体B的CB迁移，同时B的VB产生的空穴向A的VB迁移，这使得两种半导体材料都能富集光生电子和空穴，不仅使复合材料富集大量的还原电子，也同时避免了载流子的复合出现[20]。Yu课题组[21]先通过确定CdS和g-C3N4的能带边缘位置，然后通过溶剂热和化学吸附相结合的方法制备了具有不同g-C3N4含量的CdS/g-C3N4核/壳纳米线，通过研究发现经光腐蚀后的CdS产生的空穴可以很容易转移到g-C3N4表面，由于CdS的VB最大值相对于g-C3N4的VB较低，因此CdS中的腐蚀性光生空穴可以轻松转移至g-C3N4[22,23]。在这种CdS/g-C3N4核/壳结构中，将CdS进行光腐蚀形成的孔道结构是必要条件，而对于具有密闭CdS/g-C3N4核/壳结构，电子不能有效地快速转移而导致催化剂活性降低。
本文编号：3357106
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化反应制氢示意图[8]
山东师范大学硕士学位论文4性pH是氢产生的最佳水平；氢的生成速率随TEOA浓度的变化而变化，并且遵循Langmuir型等温线；较低的光强度下，与较高的光强度相比，该系统具有较高的量子产率。在30mW/cm2下，紫外线，可见光和太阳光的QY分别为10.82%，12.23%和11.33%。1.3.2异质结光催化材料异质结材料是两种或者两种以上材料均暴露在外面，有一个能级对接，使得两种组分均有机会参与反应的发生，且异质结材料是相互独立的，从而保持了单组分的特性兼双元或者多元组分的特性，以直接的形成最突出的优势是减少了载流子的复合，从而提高了电子的转移效率，原因在于特殊的能带结构[12]，根据电子转移途径和能带结构的不同，可以将异质结分为I-型、II-型、III-型、n型和Z-型体系[13,14]。I-型异质结是带隙较窄的材料与带隙较宽的材料复合，具体来说就是窄带隙A的CB和VB分别位于宽带隙B的CB和VB的下方和上方。这种结构由于能级差的作用使得宽带隙结构材料B中的电子由CB向窄带隙结构材料A的CB转移，同时B中的空穴由VB向窄带隙结构材料A的VB转移，B的CB和VB堆积了大量的电子空穴，且因为宽带隙的缘故降低了载流子的复合，从而提高了光催化剂的催化效率[15]。图1-2I型异质结光催化产氢材料双组分的电子空穴迁移图[15]I型异质结光催化产氢材料多以双组分构成，像In2O3/In2S3[16]、MoS2/g-C3N4[17]、CdS/ZnS[18]等，例如DelmarS.Larsen课题组[19]构建了核壳结构的CdSe/CdS，通过测试发现这种结构的催化剂是单相CdSe产氢效率的近10倍，这归因于表面深陷阱通过外部CdS壳层的钝化，电子必须通过CdS壳隧道才能到达表面，这一过程是极其短暂的，因为电子到达表面发生氧化还原反应的时间远比电子通过隧道的时间长，这就保证了电子能够有足
山东师范大学硕士学位论文5够的时间参与还原反应从而降低了电子空穴的复合。图1-3核壳结构CdSe/CdS构建的I-型异质结机理图及产氢效果[19]II-型异质结光催化材料是目前最广泛的，当半导体材料吸收太阳光谱时，光生电子由半导体A的CB向半导体B的CB迁移，同时B的VB产生的空穴向A的VB迁移，这使得两种半导体材料都能富集光生电子和空穴，不仅使复合材料富集大量的还原电子，也同时避免了载流子的复合出现[20]。Yu课题组[21]先通过确定CdS和g-C3N4的能带边缘位置，然后通过溶剂热和化学吸附相结合的方法制备了具有不同g-C3N4含量的CdS/g-C3N4核/壳纳米线，通过研究发现经光腐蚀后的CdS产生的空穴可以很容易转移到g-C3N4表面，由于CdS的VB最大值相对于g-C3N4的VB较低，因此CdS中的腐蚀性光生空穴可以轻松转移至g-C3N4[22,23]。在这种CdS/g-C3N4核/壳结构中，将CdS进行光腐蚀形成的孔道结构是必要条件，而对于具有密闭CdS/g-C3N4核/壳结构，电子不能有效地快速转移而导致催化剂活性降低。
本文编号：3357106
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