基于BiVO 4 /TiO 2 NT和Cu 2 O/TiO 2 NT的双极光催化燃料电池设计制备及性能研究

发布时间：2024-01-21 09:44

　　水污染问题已经成为当前环境治理的重点。而当前应用的污水处理方法均有耗能高、二次污染等诸多问题,且难以将废水中的化学能加以利用,造成了资源浪费。因此,开发高效的污染物降解方法并达到废水资源化的目的是应对时下的环境污染和能源短缺问题的重要途径。本文设计合成了具有可见光响应的光阳极和光阴极,且依据费米能级相匹配原理,组装光催化燃料电池体系。首先采用阳极氧化法制备出具有纳米管阵列(TiO₂ NT)结构的二氧化钛,在此基础上,电沉积可见光响应的窄禁带n型半导体BiVO₄作为光阳极;电沉积可见光响应的p型半导体Cu₂O作为光阴极,成功构建了BiVO₄/TiO₂NT-Cu₂O/TiO₂ NT双电极光催化燃料电池体系。不仅可以有效降解有机物,还可以利用污染物中的潜在的化学能。具体研究结果如下:BiVO₄/TiO₂ NT光阳极和Cu₂O/TiO₂ NT光阴极的制备均...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池技术简介
        1.1.1 微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)技术
        1.1.2 光催化燃料电池(Photocatalytic Fuel Cell,PFC)技术
    1.2 光催化燃料电池(Photocatalytic Fuel Cell,PFC)技术研究进展
        1.2.1 PFC原理
        1.2.2 PFC光阳极材料的研究与选择
        1.2.3 PFC光阴极材料的研究与选择
    1.3 本文的研究目标和内容
        1.3.1 研究意义
        1.3.2 研究目标
        1.3.3 研究内容
    1.4 技术路线
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 主要药品与试剂
        2.1.2 主要仪器与设备
    2.2 TiO₂ NT纳米阵列结构光催化材料的制备
        2.2.1 样品预处理
        2.2.2 TiO₂ NT纳米阵列结构的制备
    2.3 BiVO₄/TiO₂ NT光阳极材料的制备
        2.3.1 BiOI电极的电沉积
        2.3.2 BiVO₄电极的合成
    2.4 Cu2O/TiO₂ NT光阴极材料的制备
    2.5 光电极表征
    2.6 光电极电化学测试实验
    2.7 PFC产电测试与光催化降解实验
    2.8 光催化降解效率的测定
第三章 光催化燃料电池电极的表征与电化学测试
    3.1 TiO₂ NT的表征
        3.1.1 SEM分析
        3.1.2 XRD分析
        3.1.3 UV-vis DRS分析
    3.2 BiVO₄/TiO₂ NT光阳极的表征与电化学测试
        3.2.1 SEM分析
        3.2.2 光电流密度与光生电势测试
        3.2.3 交流阻抗谱(EIS)测试
        3.2.4 莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲线
        3.2.5 XRD分析
        3.2.6 XPS分析
        3.2.7 UV-vis DRS分析
    3.3 Cu2O/TiO₂ NT光阴极的表征与电化学测试
        3.3.1 SEM分析
        3.3.2 光电流密度与开路电势测试
        3.3.3 交流阻抗谱(EIS)测试
        3.3.4 莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲线
        3.3.5 XRD分析
        3.3.6 XPS分析
        3.3.7 UV-vis DRS分析
    3.4 本章小结
第四章 光催化燃料电池体系的建立及性能测试
    4.1 目标污染物的选择
    4.2 降解对氯苯酚与发电性能
        4.2.1 PFC外接阻值的选定
        4.2.2 不同电极体系PFC对对氯苯酚的降解与产电
    4.3 降解诺氟沙星与发电性能
    4.4 降解盐酸四环素与发电性能
    4.5 PFC稳定性研究
    4.6 PFC降解机理
    4.7 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
在学期间公开发表论文及著作情况
致谢



本文编号：3881737