Si/TiO 2 纳米结构制备及其光解水制氢应用研究
发布时间：2021-12-09 08:24
随着能源与环境问题日益突出,光解水制氢技术受到了广泛关注。由于具有成本低廉、化学稳定性好、无毒等优点,TiO被认为是一种非常有前景的光电极材料,然而光吸收率和电子迁移率低等问题依然严重限制着TiO2的进一步应用。本文在实现Si纳米线阵列可控制备的基础上,结合TiO2纳米棒性能调控方式,系统研究了Si/TiO2纳米异质复合结构的制备与性能调控,以及他们在光解水制氢中的应用,主要工作包括：一、研究金属辅助化学刻蚀工艺,揭示了刻蚀反应机理,实现了硅纳米线阵列的可控制备。以硅片表面自组装形成的单层纳米球阵列作为刻蚀掩膜,以等离子体刻蚀控制纳米球直径,进而通过金属辅助化学刻蚀,实现了硅纳米线阵列的可控制备,所得硅纳米线具有垂直度高、侧壁光滑等特点,深宽比超过80：1,并利用两步刻蚀实现了双层硅纳米线制备。进一步引入纳米压印,以压印胶图形作为刻蚀掩膜,利用Bosch工艺实现深硅刻蚀,制备得到了大面积（2.5cm×2.5cm）的硅纳米线阵列。二、研究了TiO2纳米棒的制备与掺锡、氢化及Ir02纳米颗粒修饰：（1）针对TiO2电子迁移率低的问题,在反应溶液中加入SnCl4实现了TiO2纳米棒的Sn掺杂...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１能源消费的统计与预测：各种燃料的消费量与各种能源消费的占比
环境迈出重要一步。??近十余年来，氨能源逐渐受到各界的广泛重视。世界各国都投入大量的人力和??财力开发氨能源。其中美国能源部于２００３年提出了?＂氨能经济＂的构想（图１－２），并??斥资１２亿美元资助氨能研究计划（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?Ｐｏｓｔｕｒｅ?Ｐｌａｎ），致力于发展氨燃料电池车??辆及氨能基础供应设施。日本经济贸易及工业部则发起了?＂日本氨能及燃料电池示??范计划＂（Ｊａｐａｎ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ａｎｄ?Ｒｉｅｌ?Ｃｅｌｌ?Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｒｏｊｅｃｔ，?ＪＨＦＣ）项目。冰岛于?１９９９??年在其首都雷克雅未克启动了?＂生态城市交通系统＂（Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ?Ｃｋｙ?Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?Ｓｙｓｔｅｍ，??ＥＣＴＯＳ州划，其总体目标是在２０３０年左右，冰岛全境实现Ｗ氨能替代传统燃料。??的？四??图１－２?＂氨能经济＂构想示意图。??２??
极之上接受光照，目前的相关研究主要集中于光阳极部分，金属对电极（如Ｐｔ）作为??光阴极，两个电极么间通过导线连接并可Ｗ从外部施加偏压，由于偏压在某种程度??上可弥补能带匹配方面的问题，因而光电化学体系更具有可控性。图１－３为光电化??学体系光解水制氨原理示意图。??光解水制氨反应原理主要包括Ｗ下几个过程：（１）当吸收的光子的能量大于半导??体的禁带宽度的时候，价带中的电子就会被激发进入导带并在价带中产生＾个空穴，??即形成电子空穴对，部分电子空穴对有可能化现复合，造成能量损耗：（２）由于材料??间能带弯曲的影响Ｗ及外部施加偏压的作用，电子会转移到对电极表面，而空穴传??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光解水的光阳极材料[J]. 周文理,谢青季,廉世勋. 化学进展. 2013(12)
[2]硅纳米线阵列太阳电池的性能分析[J]. 方慧,彭奎庆,吴茵,宋爽,许颖,朱静. 太阳能学报. 2010(01)
[3]锂离子电池硅纳米线负极材料研究[J]. 傅焰鹏,陈慧鑫,杨勇. 电化学. 2009(01)
博士论文
[1]Si/ZnO微纳分级光阳极结构制备工艺研究[D]. 盛文军.华中科技大学 2014
[2]新型光催化材料的形貌调控及其光解水制氢性能研究[D]. 郭思瑶.华中科技大学 2014
[3]石墨烯/二氧化钛杂化材料的制备及其催化的光解水制氢[D]. 裴福云.郑州大学 2013
[4]硅纳米线电、磁和热性能研究及应用[D]. 王志亮.华东师范大学 2012
[5]光子晶体用SiO2/Ag/SiO2核壳结构亚微米微球制备与性能研究及其自组装[D]. 祝名伟.浙江大学 2005
硕士论文
[1]二氧化硅微球的制备及其自组装行为研究[D]. 赖林.中国海洋大学 2010
本文编号：3530296
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１能源消费的统计与预测：各种燃料的消费量与各种能源消费的占比
环境迈出重要一步。??近十余年来，氨能源逐渐受到各界的广泛重视。世界各国都投入大量的人力和??财力开发氨能源。其中美国能源部于２００３年提出了?＂氨能经济＂的构想（图１－２），并??斥资１２亿美元资助氨能研究计划（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?Ｐｏｓｔｕｒｅ?Ｐｌａｎ），致力于发展氨燃料电池车??辆及氨能基础供应设施。日本经济贸易及工业部则发起了?＂日本氨能及燃料电池示??范计划＂（Ｊａｐａｎ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ａｎｄ?Ｒｉｅｌ?Ｃｅｌｌ?Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｒｏｊｅｃｔ，?ＪＨＦＣ）项目。冰岛于?１９９９??年在其首都雷克雅未克启动了?＂生态城市交通系统＂（Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ?Ｃｋｙ?Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?Ｓｙｓｔｅｍ，??ＥＣＴＯＳ州划，其总体目标是在２０３０年左右，冰岛全境实现Ｗ氨能替代传统燃料。??的？四??图１－２?＂氨能经济＂构想示意图。??２??
极之上接受光照，目前的相关研究主要集中于光阳极部分，金属对电极（如Ｐｔ）作为??光阴极，两个电极么间通过导线连接并可Ｗ从外部施加偏压，由于偏压在某种程度??上可弥补能带匹配方面的问题，因而光电化学体系更具有可控性。图１－３为光电化??学体系光解水制氨原理示意图。??光解水制氨反应原理主要包括Ｗ下几个过程：（１）当吸收的光子的能量大于半导??体的禁带宽度的时候，价带中的电子就会被激发进入导带并在价带中产生＾个空穴，??即形成电子空穴对，部分电子空穴对有可能化现复合，造成能量损耗：（２）由于材料??间能带弯曲的影响Ｗ及外部施加偏压的作用，电子会转移到对电极表面，而空穴传??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光解水的光阳极材料[J]. 周文理,谢青季,廉世勋. 化学进展. 2013(12)
[2]硅纳米线阵列太阳电池的性能分析[J]. 方慧,彭奎庆,吴茵,宋爽,许颖,朱静. 太阳能学报. 2010(01)
[3]锂离子电池硅纳米线负极材料研究[J]. 傅焰鹏,陈慧鑫,杨勇. 电化学. 2009(01)
博士论文
[1]Si/ZnO微纳分级光阳极结构制备工艺研究[D]. 盛文军.华中科技大学 2014
[2]新型光催化材料的形貌调控及其光解水制氢性能研究[D]. 郭思瑶.华中科技大学 2014
[3]石墨烯/二氧化钛杂化材料的制备及其催化的光解水制氢[D]. 裴福云.郑州大学 2013
[4]硅纳米线电、磁和热性能研究及应用[D]. 王志亮.华东师范大学 2012
[5]光子晶体用SiO2/Ag/SiO2核壳结构亚微米微球制备与性能研究及其自组装[D]. 祝名伟.浙江大学 2005
硕士论文
[1]二氧化硅微球的制备及其自组装行为研究[D]. 赖林.中国海洋大学 2010
本文编号：3530296
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3530296.html
