二维半导体光催化材料的可控制备及光催化裂解水研究
发布时间：2021-11-23 01:10
现阶段,人们仍然是通过化石燃料的燃烧获得能源。然而,这种能源获取的过程中会产生大量的有害物质如硫氧化物、氮氧化物和粉尘等,对我们的生存环境造成不可逆转的破坏。至此,寻找新的绿色可持续能源成为了一项迫在眉睫的工作。氢能源具有热值大、产物只有H2O、可再生等诸多优点,有望成为替代传统的化石燃料的清洁能源,所以成为了科研工作者们关注的焦点。近些年来,光催化裂解水制氢技术也因此得到了迅猛的发展。光催化技术以半导体纳米材料为催化剂,可以将源源不断的太阳能通过氧化还原反应转化为化学能。因此,被视为解决环境和能源储备危机的一种最理想的策略。本论文选取了三种传统的半导体光催化材料:石墨相氮化碳（g-C3N4）、纤锌矿硫化镉（CdS）和锐钛矿二氧化钛（TiO2）,分别采用结构调整、晶面暴露和元素掺杂的改性方法,解决它们较窄的光激发范围和较短的光生电子寿命等问题,并以可见光催化裂解水产氢反应作为探针来评估这些改性策略对他们光催化性能的提升效果。研究主要包括以下内容:（1）通过1-芘丁酸（Py-COOH）剥离并共价修饰g...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）三嗪（b）三-s-均三嗪结构
二维半导体光催化材料的可控制备及光催化裂解水研究4（1）贵金属负载将贵金属元素如铂、铑和钌等或其对应的氧化物，通过化学沉积的方法将其固定在催化剂上。当入射光内的光子与贵金属内部的等离子出现共振的现象时，就会增强催化剂对该波长光的吸收程度。并且负载于催化剂表面的贵金属可以充当电子受体的角色，接收来自价带上被光激发而产生的电子并形成一个能量场，从而更高效且有序的将光激发电荷和空穴的分离开来，因此降低了电子和空穴之间的再复合现象提升了催化剂的性能。Xu[15]等制备出Pt负载的g-C3N4，该催化剂显示出了高效的光催化析氢性能，大约是未负载Ptg-C3N4的性能的10倍。如图1-2所示，当该催化剂受到光照时，g-C3N4产生的光生电子被迅速的转移至Pt上，因此加快了光生电子和空穴的分离速度促进了还原反应的进行，从而提高了可见光裂解水生产氢气的性能。图1-2Pt/g-C3N4催化剂电荷分离和光催化过程的原理图Fig.1-2ThemechanismofchargeseparationandphotocatalyticprocessesonPt/g-C3N4catalystTeter[16]等通过无模板和原位光沉积法制备出Au颗粒修饰的介孔石墨氮化碳纳米片（Au/mp-g-C3N4）。如图1-3所示，当受到太阳光照射时，价带上产生的电子跃迁至导带上而后再转移至Au颗粒的表面完成对污染物的降解，负载的Au颗粒显著的增加了g-C3N4对可见光的响应程度，因此增加了g-C3N4光催化性能。图1-3Au颗粒修饰的g-C3N4（Au/mp-g-C3N4）纳米片Fig.1-3Aunanoparticlesdecoratedg-C3N4(Au/mp-g-C3N4)nanosheets
二维半导体光催化材料的可控制备及光催化裂解水研究4（1）贵金属负载将贵金属元素如铂、铑和钌等或其对应的氧化物，通过化学沉积的方法将其固定在催化剂上。当入射光内的光子与贵金属内部的等离子出现共振的现象时，就会增强催化剂对该波长光的吸收程度。并且负载于催化剂表面的贵金属可以充当电子受体的角色，接收来自价带上被光激发而产生的电子并形成一个能量场，从而更高效且有序的将光激发电荷和空穴的分离开来，因此降低了电子和空穴之间的再复合现象提升了催化剂的性能。Xu[15]等制备出Pt负载的g-C3N4，该催化剂显示出了高效的光催化析氢性能，大约是未负载Ptg-C3N4的性能的10倍。如图1-2所示，当该催化剂受到光照时，g-C3N4产生的光生电子被迅速的转移至Pt上，因此加快了光生电子和空穴的分离速度促进了还原反应的进行，从而提高了可见光裂解水生产氢气的性能。图1-2Pt/g-C3N4催化剂电荷分离和光催化过程的原理图Fig.1-2ThemechanismofchargeseparationandphotocatalyticprocessesonPt/g-C3N4catalystTeter[16]等通过无模板和原位光沉积法制备出Au颗粒修饰的介孔石墨氮化碳纳米片（Au/mp-g-C3N4）。如图1-3所示，当受到太阳光照射时，价带上产生的电子跃迁至导带上而后再转移至Au颗粒的表面完成对污染物的降解，负载的Au颗粒显著的增加了g-C3N4对可见光的响应程度，因此增加了g-C3N4光催化性能。图1-3Au颗粒修饰的g-C3N4（Au/mp-g-C3N4）纳米片Fig.1-3Aunanoparticlesdecoratedg-C3N4(Au/mp-g-C3N4)nanosheets
本文编号：3512813
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）三嗪（b）三-s-均三嗪结构
二维半导体光催化材料的可控制备及光催化裂解水研究4（1）贵金属负载将贵金属元素如铂、铑和钌等或其对应的氧化物，通过化学沉积的方法将其固定在催化剂上。当入射光内的光子与贵金属内部的等离子出现共振的现象时，就会增强催化剂对该波长光的吸收程度。并且负载于催化剂表面的贵金属可以充当电子受体的角色，接收来自价带上被光激发而产生的电子并形成一个能量场，从而更高效且有序的将光激发电荷和空穴的分离开来，因此降低了电子和空穴之间的再复合现象提升了催化剂的性能。Xu[15]等制备出Pt负载的g-C3N4，该催化剂显示出了高效的光催化析氢性能，大约是未负载Ptg-C3N4的性能的10倍。如图1-2所示，当该催化剂受到光照时，g-C3N4产生的光生电子被迅速的转移至Pt上，因此加快了光生电子和空穴的分离速度促进了还原反应的进行，从而提高了可见光裂解水生产氢气的性能。图1-2Pt/g-C3N4催化剂电荷分离和光催化过程的原理图Fig.1-2ThemechanismofchargeseparationandphotocatalyticprocessesonPt/g-C3N4catalystTeter[16]等通过无模板和原位光沉积法制备出Au颗粒修饰的介孔石墨氮化碳纳米片（Au/mp-g-C3N4）。如图1-3所示，当受到太阳光照射时，价带上产生的电子跃迁至导带上而后再转移至Au颗粒的表面完成对污染物的降解，负载的Au颗粒显著的增加了g-C3N4对可见光的响应程度，因此增加了g-C3N4光催化性能。图1-3Au颗粒修饰的g-C3N4（Au/mp-g-C3N4）纳米片Fig.1-3Aunanoparticlesdecoratedg-C3N4(Au/mp-g-C3N4)nanosheets
二维半导体光催化材料的可控制备及光催化裂解水研究4（1）贵金属负载将贵金属元素如铂、铑和钌等或其对应的氧化物，通过化学沉积的方法将其固定在催化剂上。当入射光内的光子与贵金属内部的等离子出现共振的现象时，就会增强催化剂对该波长光的吸收程度。并且负载于催化剂表面的贵金属可以充当电子受体的角色，接收来自价带上被光激发而产生的电子并形成一个能量场，从而更高效且有序的将光激发电荷和空穴的分离开来，因此降低了电子和空穴之间的再复合现象提升了催化剂的性能。Xu[15]等制备出Pt负载的g-C3N4，该催化剂显示出了高效的光催化析氢性能，大约是未负载Ptg-C3N4的性能的10倍。如图1-2所示，当该催化剂受到光照时，g-C3N4产生的光生电子被迅速的转移至Pt上，因此加快了光生电子和空穴的分离速度促进了还原反应的进行，从而提高了可见光裂解水生产氢气的性能。图1-2Pt/g-C3N4催化剂电荷分离和光催化过程的原理图Fig.1-2ThemechanismofchargeseparationandphotocatalyticprocessesonPt/g-C3N4catalystTeter[16]等通过无模板和原位光沉积法制备出Au颗粒修饰的介孔石墨氮化碳纳米片（Au/mp-g-C3N4）。如图1-3所示，当受到太阳光照射时，价带上产生的电子跃迁至导带上而后再转移至Au颗粒的表面完成对污染物的降解，负载的Au颗粒显著的增加了g-C3N4对可见光的响应程度，因此增加了g-C3N4光催化性能。图1-3Au颗粒修饰的g-C3N4（Au/mp-g-C3N4）纳米片Fig.1-3Aunanoparticlesdecoratedg-C3N4(Au/mp-g-C3N4)nanosheets
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