黑磷复合物光催化剂的制备及其可见光分解水性能的研究
发布时间：2022-01-23 01:35
自人类步入21世纪,太阳能的综合利用被认为是解决全球能源问题、提高人类生活水平的有力策略之一,将太阳能转化为可直接利用的能源形式是各国研究者们竞逐的目标。自光催化技术被开发以来,采用催化剂将水裂解为氢气（H2）和氧气（O2）的光催化H2生产技术能将时空分布不连续、难以直接运用的太阳能转化为可储蓄运输、能量密度高且能直接利用的氢能,有望成为一种新的能源转换方式。黑磷（BP）是一种新型的无机非金属材料,具备光吸收范围广、载流子迁移速率高、能带结构可调谐等特点,近年来成为了光催化和电催化研究领域的新兴研究对象之一。但是,BP具有快速的光生载流子重组速率、光生电子浓度较低以及环境条件下稳定性不足的缺点,使其暂时无法达到实际光催化产氢应用的要求。而金属氧化物拥有易于制备、良好的光催化性能以及稳定性,是一类适合与BP进行复合的材料。为了克服BP的缺点、进一步开发BP的光催化H2产出性能,本文将BP与金属氧化物进行匹配,通过构建合适的异质结提升BP材料的H2产出活性以及稳定性,并采用一系列的...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化剂分解水制氢的基本原理图
黑磷复合物光催化剂的制备及其可见光分解水性能的研究的变化对其产氢活性产生明显的影响[43]。当阳离子掺杂到 TiO2中时，会在其带隙中引入中间能级，从而使TiO2具备吸收可见光的能力，提高其H2产出的活性；当阴离子掺杂到 TiO2中时，其 VB 一般会向上移动，使 TiO2的 Eg变窄，进一步增加其光吸收范围，到达提高其 H2产率的目的。因此，材料的能带结构对其催化活性具有显著的调控作用。
高、光催化活性较低等问题的策略之一[111-113]。异质结的构建主要是将两种或以上的材料通过复合的手段形成紧密的结构，使两种材料之间具备电荷交流的能力。常见的异质结构建方法有：水（溶剂）热法[91; 114]、溶胶-凝胶法[115]等。如图所示，根据构成异质结材料的价导带位置的不同，可把异质结归为三类：（1）Ⅰ型异质结，B 材料的 CB 和 VB 位置都位于 A 材料的中间。这种异质结的电荷传输模式主要以 A 材料的 e-和 h+都往 B 材料方向流动为主，使 A 材料的光生电荷高效分离；（2）Ⅱ型异质结，B 的 CB 和 VB 位置比 A 的要正，形成如图的交错模式。这类异质结的电荷传递模式有两种:①A 的 CB 位置与 B 的 VB 位置相距较远，e-从 A 流向 B，h+从 B 流向 A，达到光生电荷的有效分离；②A 材料的导带位置与 B 材料的价带位置相距较近，A 材料的 h+与 B 材料的 e-直接复合，分别留下 e-和 h+参与相应的还原及氧化反应，该种异质结也成为 Z 型异质结；（3）Ⅲ型异质结，B 材料的 CB 位置比 A 材料的 VB 位置更正，光生电荷的传输模式与上述 Z 型异质结相似，利于光生电荷的分离。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Black phosphorus electronics[J]. Hao Huang,Bei Jiang,Xuming Zou,Xingzhong Zhao,Lei Liao. Science Bulletin. 2019(15)
[2]黑磷量子点/g-C3N4复合光催化剂的制备及其增强的光催化还原CO2到CO性能（英文）[J]. 韩春秋,李珏,马照宇,谢海泉,Geoffrey I.N.Waterhouse,叶立群,张铁锐. Science China Materials. 2018(09)
[3]p-Type CaFe2O4 semiconductor nanorods controllably synthesized by molten salt method[J]. Xin Liu,Junzhe Jiang,Yushuai Jia,Ailing Jin,Xiangshu Chen,Fei Zhang,Hongxian Han. Journal of Energy Chemistry. 2016(03)
本文编号：3603325
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化剂分解水制氢的基本原理图
黑磷复合物光催化剂的制备及其可见光分解水性能的研究的变化对其产氢活性产生明显的影响[43]。当阳离子掺杂到 TiO2中时，会在其带隙中引入中间能级，从而使TiO2具备吸收可见光的能力，提高其H2产出的活性；当阴离子掺杂到 TiO2中时，其 VB 一般会向上移动，使 TiO2的 Eg变窄，进一步增加其光吸收范围，到达提高其 H2产率的目的。因此，材料的能带结构对其催化活性具有显著的调控作用。
高、光催化活性较低等问题的策略之一[111-113]。异质结的构建主要是将两种或以上的材料通过复合的手段形成紧密的结构，使两种材料之间具备电荷交流的能力。常见的异质结构建方法有：水（溶剂）热法[91; 114]、溶胶-凝胶法[115]等。如图所示，根据构成异质结材料的价导带位置的不同，可把异质结归为三类：（1）Ⅰ型异质结，B 材料的 CB 和 VB 位置都位于 A 材料的中间。这种异质结的电荷传输模式主要以 A 材料的 e-和 h+都往 B 材料方向流动为主，使 A 材料的光生电荷高效分离；（2）Ⅱ型异质结，B 的 CB 和 VB 位置比 A 的要正，形成如图的交错模式。这类异质结的电荷传递模式有两种:①A 的 CB 位置与 B 的 VB 位置相距较远，e-从 A 流向 B，h+从 B 流向 A，达到光生电荷的有效分离；②A 材料的导带位置与 B 材料的价带位置相距较近，A 材料的 h+与 B 材料的 e-直接复合，分别留下 e-和 h+参与相应的还原及氧化反应，该种异质结也成为 Z 型异质结；（3）Ⅲ型异质结，B 材料的 CB 位置比 A 材料的 VB 位置更正，光生电荷的传输模式与上述 Z 型异质结相似，利于光生电荷的分离。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Black phosphorus electronics[J]. Hao Huang,Bei Jiang,Xuming Zou,Xingzhong Zhao,Lei Liao. Science Bulletin. 2019(15)
[2]黑磷量子点/g-C3N4复合光催化剂的制备及其增强的光催化还原CO2到CO性能（英文）[J]. 韩春秋,李珏,马照宇,谢海泉,Geoffrey I.N.Waterhouse,叶立群,张铁锐. Science China Materials. 2018(09)
[3]p-Type CaFe2O4 semiconductor nanorods controllably synthesized by molten salt method[J]. Xin Liu,Junzhe Jiang,Yushuai Jia,Ailing Jin,Xiangshu Chen,Fei Zhang,Hongxian Han. Journal of Energy Chemistry. 2016(03)
本文编号：3603325
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