钒酸铋基光阳极的可控构筑及其光电化学水分解研究

发布时间：2023-01-06 10:25

　　近年来,采用半导体光电化学分解水将太阳能转化为氢能的方法被认为是解决当前能源问题最理想的途径之一,引起了广泛关注。因此,开发稳定、高效的半导体光电催化材料是太阳能制氢技术的关键。在众多半导体材料中,钒酸铋（BiVO₄）因其带隙小（2.4 eV）、带边缘位置合适、理论光电流密度大等优点而备受瞩目。然而,由于BiVO₄在光电化学水分解过程中电子-空穴复合严重、水氧化动力学缓慢,导致其光电转换效率低下,实际水分解能力远小于理论值,从而限制了其广泛应用。针对上述问题,本论文通过掺杂、修饰和表面离子调控等手段对BiVO₄光阳极进行改性,极大地提高了其光电化学分解水的性能。本论文主要开展了如下研究工作:本论文第一部分工作中,以过渡金属（Fe,Co,Ni）离子为掺杂剂,采用一步煅烧法利用掺杂离子部分取代BiVO₄光阳极中的Bi位点,极大地提高了BiVO₄光阳极体相的电子-空穴分离效率。同时,掺杂过程中表面原位形成的羟基氧化物层也提高了BiVO₄光阳极的表面电荷分离效率。... 

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光电化学分解水概述
        1.2.1 太阳能水分解简介
        1.2.2 半导体光电化学(PEC)水分解基本原理
        1.2.3 常见光阳极材料研究现状
    1.3 BiVO_4光阳极研究进展
        1.3.1 BiVO_4光阳极晶体结构与性能
        1.3.2 BiVO_4光阳极制备方法
        1.3.3 BiVO_4光阳极性能提升策略
    1.4 本论文的选题意义及研究内容
    参考文献
第二章 过渡金属梯度掺杂提升BiVO_4光阳极太阳能水氧化性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验仪器和试剂
        2.2.1 实验仪器
        2.2.2 实验试剂
    2.3 材料的制备
        2.3.1 导电玻璃(FTO)的预处理
        2.3.2 BiVO_4光阳极的制备
        2.3.3 Co:BiVO_4、Fe:BiVO_4、Ni:BiVO_4 光阳极的制备
        2.3.4 BiVO_4/FeOOH、BiVO_4/CoOOH、BiVO_4/NiOOH对比样品的制备
    2.4 材料的表征与测试
        2.4.1 材料的表征
        2.4.2 光电化学测试
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 掺杂型BiVO_4基光阳极的合成过程
        2.5.2 掺杂型BiVO_4基光阳极的结构组成
        2.5.3 掺杂型BiVO_4基光阳极的形貌特征
        2.5.4 掺杂型BiVO_4基光阳极的表面元素价态
        2.5.5 掺杂型BiVO_4基光阳极的光吸收特性
        2.5.6 掺杂型BiVO_4基光阳极的光电催化活性
        2.5.7 掺杂型BiVO_4基光阳极的催化机理研究
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 自愈合Co(CO_3)_xOH_y助催化剂修饰提升BiVO_4光阳极太阳能水氧化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验仪器和试剂
        3.2.1 实验仪器
        3.2.2 实验试剂
    3.3 材料的制备
        3.3.1 BiVO_4光阳极的制备
        3.3.2 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的制备
        3.3.3 对比样品的制备
    3.4 材料的表征与测试
        3.4.1 材料的表征
        3.4.2 光电化学测试
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的合成过程
        3.5.2 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的结构组成
        3.5.3 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的形貌特征
        3.5.4 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的表面元素价态
        3.5.5 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的光电催化活性
        3.5.6 BiVO_4/Co(CO_3)_xOH_y光阳极的稳定性研究
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 氟离子“激活”助催化剂提升BiVO_4光阳极太阳能水氧化性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验仪器和试剂
        4.2.1 实验仪器
        4.2.2 实验试剂
    4.3 材料的制备
        4.3.1 BiVO_4光阳极的制备
        4.3.2 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的制备
        4.3.3 对比样品的制备
    4.4 材料的表征与测试
        4.4.1 材料的表征
        4.4.2 光电化学测试
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的合成过程
        4.5.2 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的结构组成
        4.5.3 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的形貌特征
        4.5.4 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的表面元素价态
        4.5.5 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的取代位点分析
        4.5.6 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的光电催化活性
        4.5.7 BiVO_4/F:Co(CO_3)_xOH_y光阳极的稳定性研究
    4.6 本章小结
    参考文献
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
硕士期间论文发表情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]High performance columnar-like Fe2O3@carbon composite anode via yolk@shell structural design[J]. Zhiming Zheng,Pei Li,Jason Huang,Haodong Liu,Yi Zao,Zhongli Hu,Li Zhang,Huixin Chen,Ming-Sheng Wang,Dong-Liang Peng,Qiaobao Zhang.  Journal of Energy Chemistry. 2020(02)
[2]BiVO4 Photoanode with Exposed（040） Facets for Enhanced Photoelectrochemical Performance[J]. Ligang Xia,Jinhua Li,Jing Bai,Linsen Li,Shuai Chen,Baoxue Zhou.  Nano-Micro Letters. 2018(01)
[3]水滑石纳米片阵列/多孔BiVO4复合光阳极用于高效光电催化分解水（英文）[J]. 黄义,于一夫,信雅妮,孟楠楠,余玉,张兵.  Science China Materials. 2017(03)



本文编号：3728149