基于一维TiO 2 纳米管/纳米棒阵列光电极的PEC性能和光解水产氢的研究

发布时间：2021-10-15 13:25

　　能源需求的增加推动化石燃料消费的增加,虽然化石燃料容易获取且相对便宜,但它们的燃烧导致温室气体的排放,引发全球气候危机。然而化石燃料并非取之不尽用之不竭的能源,为在剩余能源耗尽前逐步摆脱对现有石油储备的依赖,对太阳能、风能、地热、潮汐能等可再生能源转换系统的基本理论及应用的研究工作的必要性和需求也在大幅增加。自从Fujishima发表了使用TiO2单晶光电极在紫外光照下裂解水产生氢气的工作成果后,围绕半导体TiO2寻求更加高效的光电化学（PEC）燃料电池体系的研究便广泛展开。目前,PEC电池广泛应用的主要障碍是在这些器件中使用的光阳极材料的光电转换性能低下,本论文的研究目的即是寻求以廉价的原料和便捷的制备方式构建新型光电化学器件,以期成为传统光伏太阳能收集与转换系统的经济替代品。本论文的工作内容大致可分为四个部分:（1）以金属钛基板为基底使用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,并利用氧化石墨烯通过一步还原法得到经石墨烯修饰的TiO2纳米管。实验结果显示,石墨烯片层能够对纳米管表面缺陷进行有效修饰,在适当比例的石墨烯修饰下,复合样品光吸收的扩展与光生载流子浓度的增加使得样品表面的反应活性大... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 科研背景
        1.1.1 可再生能源和Terawatt挑战
        1.1.2 未来燃料——氢
    1.2 光解水产氢原理简介
        1.2.1 光催化水分解原理
        1.2.2 全水解
        1.2.3 光电化学电池的材料选择
        1.2.4 增强光电化学电池光阳极性能的纳米结构控制
        1.2.5 光驱纳米结构控制
    1.3 光催化产氢体系
        1.3.1 牺牲剂
        1.3.2 电子媒介体系
    1.4 光催化活性和量子效率
    1.5 助催化剂
    1.6 可见光驱动下的复合光催化产H_2体系
    1.7 半导体异质结结构
        1.7.1 异质结类型
        1.7.2 半导体种类
    1.8 迈向高效光电化学系统
        1.8.1 金属氧化物半导体
        1.8.2 二氧化钛的结构性质
        1.8.3 有序金属氧化物纳米结构的影响
    1.9 本论文选题及意义
第二章 Ti基TiO_2纳米管阵列TNAs及石墨烯修饰的rGO/TNAs的PEC性能研究
    2.1 引言
        2.1.1 简介
        2.1.2 纳米管合成技术
    2.2 实验部分
        2.2.1 TNAs/Ti的制备
        2.2.2 氧化石墨烯GO的制备
        2.2.3 rGO/TNAs纳米复合物的制备
        2.2.4 结构表征与性能测试
    2.3 实验结果与讨论
    2.4 本章小结
第三章 FTO基TiO_2纳米棒阵列及窄带隙半导体Cu_2O修饰的TNRs/FTO的制备与性能表征
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 TNRs/FTO的制备流程
        3.2.2 Cu_2O/TNRs/FTO的制备步骤
        3.2.3 样品表征与测试手段
    3.3 实验结果及讨论
    3.4 本章小结
第四章 GO/TNRs复合光电极样品的还原度对PEC性能影响的研究
    4.1 引言
    4.2 实验样品制备
    4.3 样品性能与表征手段
    4.4 实验结果与讨论
    4.5 本章小结
第五章 石墨烯桥接的Cu_2O/rGO/TNRs及牺牲剂的“空间位阻”效应对光催化产氢的影响
    5.1 引言
    5.2 实验制备与表征方法
        5.2.1 样品制备
        5.2.2 样品表征及性能测试方法
    5.3 实验结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
参考文献
攻读博士期间发表的文章
致谢



本文编号：3438063