Fe-Co-Rh协同修饰Ta 2 O 5 @TaON@Ta 3 N 5 纳米复合材料的构筑及光解水析氢活性
发布时间：2021-10-27 06:54
近年来,氢能的使用缓解了全球能源短缺和环境污染问题,利用可见光光催化解水析氢是目前最理想的最具有潜力的制氢技术。Ta3N5基化合物的导价带位置理想,其带隙约为2.1 eV,吸收带边可拓展到600 nm,理论太阳能转氢效率为15.9%,是太阳能光催化解水的理想材料。然而,其载流子分离效率低、易光腐蚀、稳定性能差,限制了其实际应用。以Rh3+-Ta2O5为前驱体,Rh修饰量为0.075%,采用高温氮化还原技术,通过控制氮化时间、氮化温度考察Rh修饰Ta3N5基化合物的制备工艺研究。结果表明,经850℃氮化6 h所制备的Rh修饰Ta3N5基样品（Rh-Ta-6）具有较高的光电流强度(3.84μA·cm-2),与未修饰Ta2O5@Ta3N5(0.19μA·cm-2)相比...
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）为光催化过程示意图；（B）为半导体光催化整体水分解的示意图[6]
7图1-2所选半导体的带隙和带边位置与真空度和NHE的关系,水平红线代表导带边缘,水平绿线表示价带边缘。两条虚线表示水氧化还原反应电位[31]Figure1-2Bandgapsandband-edgepositionswithrespecttothevacuumlevelandNHEforselectedsemiconductors.Thehorizontalredlinesrepresenttheconduction-bandedges.Thehorizontalgreenlinesrepresentthevalence-bandedges.Thetwodashedlinesindicatethewaterredoxreactionpotentials.1.4钽基氮氧化物研究现状1.4.1钽基氮（氧）化合物的基本性质钽的氧化物有二氧化钽（TaO2）和五氧化二钽（Ta2O5），分别为+4价和+5价的氧化态。Ta2O5为白色粉末，相对稳定，20世纪Domen等人通过在流动的氨气气氛下高温焙烧的方法，改变焙烧时间使Ta2O5中的O原子逐渐被N原子取代，得到了一系列氮氧化物光催化剂TaON和Ta3N5。TaON作为Ta2O5高温氮化的中间产物，黄色粉末，相比于TiO2的带隙能（Eg=3.2eV）来说，TaON的带隙能较窄为2.5eV，可以吸收波长小于500nm的可见光，对可见光的响应很好，是一种很好的半导体催化剂，其制备的反应方程式为：OH3TaON2NH2OTa↑+→+2352。Ta3N5通常为红色粉末，是很有潜力的染料和光解水催化剂。它具有较窄的带隙能（Eg=2.1eV），可以吸收波长小于600nm的可见光，在1.5G太阳光照射下，光－氢转化效率最髙能达到15.9%是一种理想的光催化解水材料，其制备的反应方程式为：Ta5OHNTaNHO↑+→+22153533522。
8图1-3Ta2O5、TaON、Ta3N5的紫外-漫反射光谱图[12]Figure1-3UV-visdiffusereflectancespectraofTa2O5,TaON,Ta3N5.通过DFT密度泛函计算可得，Ta2O5、TaON和Ta3N5均为d0电子构型的化合物，主要由O2p和N2p轨道组成了其价带，导带则由Ta5d轨道构成。[39-42]根据鲍林规则，O和N电负性相比，O的电负性更大，Np2的轨道能级比Op2的轨道能级高，故其紫外可见漫反射的吸收边出现红移，随着氮化程度的加深，O2p轨道被N2p轨道所替代，使其吸收带边发生红移，且程度很大，如图1-3。Ta2O5、TaON、Ta3N5的带隙能分别为9.3eV、4.2eV和1.2eV（图1-4），[12]随着氮逐渐取代氧位置，氮（氧）化钽导带底部比H+/H2的还原电势（0V，NHE，pH=0）更负，而其价带顶部比H2O/O2的氧化电势（1.23V，NHE）更正，因此，是良好的光催化解水材料。[43-45]图1-4Ta2O5、TaON、Ta3N5的能带位置示意图Figure1-4BandstructuresofTa2O5,TaON,andTa3N5.
本文编号：3461094
【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（A）为光催化过程示意图；（B）为半导体光催化整体水分解的示意图[6]
7图1-2所选半导体的带隙和带边位置与真空度和NHE的关系,水平红线代表导带边缘,水平绿线表示价带边缘。两条虚线表示水氧化还原反应电位[31]Figure1-2Bandgapsandband-edgepositionswithrespecttothevacuumlevelandNHEforselectedsemiconductors.Thehorizontalredlinesrepresenttheconduction-bandedges.Thehorizontalgreenlinesrepresentthevalence-bandedges.Thetwodashedlinesindicatethewaterredoxreactionpotentials.1.4钽基氮氧化物研究现状1.4.1钽基氮（氧）化合物的基本性质钽的氧化物有二氧化钽（TaO2）和五氧化二钽（Ta2O5），分别为+4价和+5价的氧化态。Ta2O5为白色粉末，相对稳定，20世纪Domen等人通过在流动的氨气气氛下高温焙烧的方法，改变焙烧时间使Ta2O5中的O原子逐渐被N原子取代，得到了一系列氮氧化物光催化剂TaON和Ta3N5。TaON作为Ta2O5高温氮化的中间产物，黄色粉末，相比于TiO2的带隙能（Eg=3.2eV）来说，TaON的带隙能较窄为2.5eV，可以吸收波长小于500nm的可见光，对可见光的响应很好，是一种很好的半导体催化剂，其制备的反应方程式为：OH3TaON2NH2OTa↑+→+2352。Ta3N5通常为红色粉末，是很有潜力的染料和光解水催化剂。它具有较窄的带隙能（Eg=2.1eV），可以吸收波长小于600nm的可见光，在1.5G太阳光照射下，光－氢转化效率最髙能达到15.9%是一种理想的光催化解水材料，其制备的反应方程式为：Ta5OHNTaNHO↑+→+22153533522。
8图1-3Ta2O5、TaON、Ta3N5的紫外-漫反射光谱图[12]Figure1-3UV-visdiffusereflectancespectraofTa2O5,TaON,Ta3N5.通过DFT密度泛函计算可得，Ta2O5、TaON和Ta3N5均为d0电子构型的化合物，主要由O2p和N2p轨道组成了其价带，导带则由Ta5d轨道构成。[39-42]根据鲍林规则，O和N电负性相比，O的电负性更大，Np2的轨道能级比Op2的轨道能级高，故其紫外可见漫反射的吸收边出现红移，随着氮化程度的加深，O2p轨道被N2p轨道所替代，使其吸收带边发生红移，且程度很大，如图1-3。Ta2O5、TaON、Ta3N5的带隙能分别为9.3eV、4.2eV和1.2eV（图1-4），[12]随着氮逐渐取代氧位置，氮（氧）化钽导带底部比H+/H2的还原电势（0V，NHE，pH=0）更负，而其价带顶部比H2O/O2的氧化电势（1.23V，NHE）更正，因此，是良好的光催化解水材料。[43-45]图1-4Ta2O5、TaON、Ta3N5的能带位置示意图Figure1-4BandstructuresofTa2O5,TaON,andTa3N5.
本文编号：3461094
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