镍基助催化剂在TiO 2 表面光催化产氢机理的理论研究

发布时间：2023-01-28 11:01

　　TiO₂是用于光催化水分解的星级催化剂。通过担载适当的助催化剂可以提高析氢反应（HER）的低效率。为了深入了解实验观察到的机理,我们选用Ni/TiO₂光催化体系为模型进行了详细的第一性原理的理论计算。我们的结果表明,根据计算得到的吸附能进行比较,Ni_n（n=1-4）小团簇与锐钛矿型TiO₂（001）表面的相互作用强于（101）表面。发现由于两个表面之间的结构差异,使Nin团簇产生了在（001）表面比（101）表面更难发生聚集的特性。在TiO₂表面上的担载Nin团簇可以通过向带隙中引入中隙间态来促进光生电荷的分离,并使费米能级向导带升高,这有利于HER的发生。我们用电化学计算方法研究了HER的机理,结果表明:在Nin/TiO₂光催化体系中,析氢反应中的活性中心是与Nin簇结合或接近的O_2c原子。与纯净表面相比,担载Nin团簇的体系大大降低了HER的吉布斯自由能。我们的工作揭示了Ni助催化剂在锐钛矿型TiO₂表面上的... 

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 前言
    1.1 光催化分解水技术
        1.1.1 光催化分解水技术的研究依据
        1.1.2 光催化分解水技术的基本原理
        1.1.3 光催化分解水技术的实际应用
    1.2 光催化材料的研究进展
        1.2.1 具有紫外光区催化响应的半导体材料研究进展
        1.2.2 具有可见光区催化响应的光催化材料研究进展
    1.3 光催化反应中助催化剂的研究进展
        1.3.1 金属助催化剂
        1.3.2 金属氧化物助催化剂
    1.4 理论计算的应用
    1.5 选题意义及主要工作
2 理论与计算方法
    2.1 Hartree-Fork近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 交换关联泛函
    2.4 本论文使用的计算软件包
3 TiO_2(101)表面担载Ni_n团簇的理论研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法及模型
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 TiO_2体相和纯净表面几何结构和电子结构。
        3.3.2 Ni_n(n=1-4)团簇在TiO_2(101)表面的吸附
        3.3.3 电子结构
        3.3.4 (101)表面上的产氢反应(HER)机理
    3.4 本章小结
4 TiO_2(001)表面担载Ni_n团簇的理论研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法与模型
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Ni_n团簇在TiO_2(001)表面的吸附
        4.3.2 电子结构
        4.3.3 (001)表面上的产氢反应(HER)机理
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni纳米粒子作为电子转移剂和NiSx作为产氢界面活性位协同增强TiO2光催化制氢性能（英文）[J]. 王苹,徐顺秋,陈峰,余火根.  催化学报. 2019(03)
[2]太阳能光催化制氢研究进展[J]. 温福宇,杨金辉,宗旭,马艺,徐倩,马保军,李灿.  化学进展. 2009(11)



本文编号：3732519