多孔硅及其复合材料的光解水产氢性能研究
发布时间：2022-01-15 10:24
近几十年来,能源危机和环境恶化问题日益加重,开发绿色可再生能源意义重大。太阳能光催化产氢是开发绿色可再生能源的重要途径,硅（Si）是地球上仅次于氧元素含量第二丰富的元素,是光催化剂理想的候选材料。而体相硅受其能带和表面结构的限制,将会影响其光催化活性。多孔硅（PSi）具有可调带隙和高比表面积,从而可以促进其光催化产氢。尽管多孔硅在光电催化中有着广泛的应用,但在光催化产氢方面的应用尚未得到充分的研究。因此,本学位论文旨在对PSi的光解水产氢性能进行研究,并采用复合技术提高PSi的光解水产氢性能并研究其增强机理。具体研究内容如下:1.以介孔二氧化硅MCM-41为先驱体采用低温镁热还原法制备多孔硅。详细分析了PSi的物相结构、化学组成、形貌、比表面积和光学性质,并对多孔硅的光解水产氢性能和稳定性进行了研究。得到的PSi材料比体相硅具有更宽的带隙和更大的比表面积使PSi的产氢速率大大提高。PSi在可见光照射下,光解水产氢速率为604.7μmol h-1 g-1。2.氩气的条件下,在g-C3N4纳米片上负载P...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光解水产氢过程图示
图 1-2（a）单电解槽法装置图；（b）双电解槽法装置图Fig.1-2 (a) Diagram of single cell method; (b) Diagram of double cell method光化学腐蚀法也是制备多孔硅的一种简单方法，它是 Lim P 等提出的[32]。该方法要特点是，在单晶硅片和 HF 溶液反应的过程中，通过外部施加一定频率的光照，可以在单晶硅片内部产生光生电荷，光生电子的存在加速了单晶硅片和 HF 溶液的。化学腐蚀法是在不同的温度下将单晶硅片与 HF 酸腐蚀液发生反应，同时可以加些金属离子来辅助刻蚀制备多孔硅，如 AgNO3。这种方法相比于电化学腐蚀法和光腐蚀法，设备简单有利操作。但是这种方法中最大的缺点是多孔硅孔径非常不均匀且重复性较差，产率也很低，会造成资源浪费。水热腐蚀法是将单晶硅片放在高压水热釜的聚四氟乙烯内衬里，里面盛有 HF 酸蚀液，温度为 100-250 ℃，反应时间一般为 1-3 h，然后自然冷却至室温。在反应中，可以控制一些相关反应条件，例如采用不同成分和不同浓度的腐蚀液，便可以出具有不同发射光的多孔硅。水热腐蚀法制备的多孔硅相比于化学腐蚀法可重复性3]。然而这种方法合成多孔硅的缺点是具有发光强度衰减和发光蓝移等现象。
图 1-3 广泛应用的半导体材料能带图[46]Fig. 1.3 Energy bands of widely used semiconductors materials体相硅用于光催化产氢时受其能带和表面结构的限制，多孔硅比体相硅具有更大表面积，有利于多孔硅表面形成足够的活性中心[47-49]。此外，多孔硅具有可调带隙反射表面[50, 51]。多孔硅的特殊物理化学性质在许多领域得到了研究，如光电子学[阳能电池[53]、锂电[54]、化学和生物传感和生物医学的排列[55]等。近年来，多孔硅应用在光催化方面。早期的研究主要集中在光电化学（PEC），是由于硅的导带边
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热腐蚀制备多孔硅的研究[J]. 陈乾旺,周贵恩,朱警生,李晓光,张裕恒. 自然科学进展. 1997(06)
本文编号：3590455
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光解水产氢过程图示
图 1-2（a）单电解槽法装置图；（b）双电解槽法装置图Fig.1-2 (a) Diagram of single cell method; (b) Diagram of double cell method光化学腐蚀法也是制备多孔硅的一种简单方法，它是 Lim P 等提出的[32]。该方法要特点是，在单晶硅片和 HF 溶液反应的过程中，通过外部施加一定频率的光照，可以在单晶硅片内部产生光生电荷，光生电子的存在加速了单晶硅片和 HF 溶液的。化学腐蚀法是在不同的温度下将单晶硅片与 HF 酸腐蚀液发生反应，同时可以加些金属离子来辅助刻蚀制备多孔硅，如 AgNO3。这种方法相比于电化学腐蚀法和光腐蚀法，设备简单有利操作。但是这种方法中最大的缺点是多孔硅孔径非常不均匀且重复性较差，产率也很低，会造成资源浪费。水热腐蚀法是将单晶硅片放在高压水热釜的聚四氟乙烯内衬里，里面盛有 HF 酸蚀液，温度为 100-250 ℃，反应时间一般为 1-3 h，然后自然冷却至室温。在反应中，可以控制一些相关反应条件，例如采用不同成分和不同浓度的腐蚀液，便可以出具有不同发射光的多孔硅。水热腐蚀法制备的多孔硅相比于化学腐蚀法可重复性3]。然而这种方法合成多孔硅的缺点是具有发光强度衰减和发光蓝移等现象。
图 1-3 广泛应用的半导体材料能带图[46]Fig. 1.3 Energy bands of widely used semiconductors materials体相硅用于光催化产氢时受其能带和表面结构的限制，多孔硅比体相硅具有更大表面积，有利于多孔硅表面形成足够的活性中心[47-49]。此外，多孔硅具有可调带隙反射表面[50, 51]。多孔硅的特殊物理化学性质在许多领域得到了研究，如光电子学[阳能电池[53]、锂电[54]、化学和生物传感和生物医学的排列[55]等。近年来，多孔硅应用在光催化方面。早期的研究主要集中在光电化学（PEC），是由于硅的导带边
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热腐蚀制备多孔硅的研究[J]. 陈乾旺,周贵恩,朱警生,李晓光,张裕恒. 自然科学进展. 1997(06)
本文编号：3590455
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