黑磷及其复合光催化剂的制备与性能研究

发布时间：2024-03-17 04:14

　　半导体光催化技术被认为是缓解能源短缺和解决环境污染的一种可持续、可再生的新途径。开发高效的光催化剂,尤其是非金属光催化剂,是攻克光催化技术的关键因素之一。近年来,二维材料发展迅速尤其是2014年黑磷被成功剥离为单层或少层的黑磷烯。这种二维层状非金属材料因其具有可调的带隙、超高电子迁移率、较强的光学吸收、较大的比表面积和各向异性等独特的性质被广泛用于光催化等领域。遗憾的是,黑磷晶体制备成本高和制备条件苛刻等因素限制了黑磷的大规模应用。另一方面,单层或少层黑磷烯由于化学性质不稳定和光生载流子复合快等因素都限制了其在光催化领域中的应用。本文针对上述问题,主要研究内容如下:(1)目前的黑磷制备和销售价格极高,给黑磷的应用带来极大的障碍。本文通过以价格低廉的分析纯的红磷和高纯红磷为前驱体,通过化学气相传输法制备出高产率的黑磷。通过对比不同的磷源和制备条件探索出最佳的制备条件。此外,通过XRD,ICP-OES等表征手段分析不同磷源所得黑磷的质量。结果表明:以分析纯红磷为前驱体所制备的黑磷晶体结晶度可达98.81%,纯度为99%。进一步采用VESTA软件模拟分析可得,黑磷的晶体为正交晶型,和Rama...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 二维纳米材料的研究背景
    1.2 黑磷的结构和基本的理化性质
        1.2.1 黑磷的晶体结构
        1.2.2 黑磷的化学稳定性及钝化技术
        1.2.3 黑磷的物理性质与各向异性
    1.3 块状黑磷晶体的制备
    1.4 二维黑磷的制备
        1.4.1 自上而下的方法
        1.4.2 自下而上的方法
    1.5 黑磷烯在光催化分解水中的应用
        1.5.1 光催化技术的应用背景
        1.5.2 光催化分解水的基本原理
        1.5.3 光催化技术面临的挑战
        1.5.4 光催化材料面临的挑战及二维材料在光催化中的优势
        1.5.5 黑磷烯在光催化分解水中的研究进展
    1.6 本文的选题意义及主要内容
第二章 实验仪器与实验平台
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 基本的物理表征
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 拉曼光谱分析
        2.3.3 场发射扫描电子显微镜
        2.3.4 场发射透射电子显微镜
        2.3.5 X射线光电子能谱分析
        2.3.6 紫外可见漫反射光谱分析
    2.4 光催化分解水产氢性能测试平台
第三章 黑磷晶体的低成本制备及其生长机理探究
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 SnI₄的制备
        3.2.2 分析纯红磷的处理
        3.2.3 黑磷晶体的制备(不同红磷前驱体)
    3.3 结果分析与机理探讨
        3.3.1 反应条件对黑磷晶体产率的影响
        3.3.2 黑磷晶体的结构表征分析
    3.4 黑磷晶体生长机理的简单探究
    3.5 本章小结
第四章 黑磷烯/黑二氧化钛复合光催化剂的制备及其光催化产氢性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 黑磷烯分散液的制备
        4.2.2 片状二氧化钛的制备
        4.2.3 不同形貌黑二氧化钛的制备
        4.2.4 黑磷/二氧化钛复合光催化剂的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 制备的样品的表征
        4.3.2 光催化产氢活性测试
    4.4 BP/BN-TiO₂ 复合物光催化机理探究
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3930494