CuFeO 2 /CuInS 2 纳米复合材料的制备及其光电催化性能研究
发布时间：2021-06-26 11:35
工业革命大大加速了人类社会发展,化石燃料在工业及生活中被广泛使用,导致大气中CO2含量激增,引起了许多气候问题以及能源问题。CO2减排已成为全球研究的热点,在众多减排途径中,光电催化途径前景最好。在半导体光电催化材料中,CuInS2具有明显的优势。为提升CuInS2薄膜的催化速率以及选择性,对CuInS2基底材料进行改性研究。CuFeO2作为一种性能优良的P型半导体材料,已在光电分解水和二氧化碳还原等领域有广泛应用,并且在材料制备过程中,易于产生氧空位,氧空位对于光生电子-空穴对的复合有抑制作用。因此,本论文制备了 CuFeO2/CuInS2纳米复合薄膜,并以复合薄膜为光阴极对CO2进行光电催化还原,以提升催化速率和选择性。本文通过浸渍法和模板法制备复合材料。浸渍法制备复合材料时,将经过预处理的CuInS2基底材料在前驱体溶液中浸渍,最后在保护气中退火,得到CuFeO2/CuInS2纳米复合薄膜。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）等方式对所制备材料进行表征,确定了所制备材料的组成。通过线性扫描伏安法（LSV）曲线以及紫外可见吸收光谱发现,复合材...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２热催化转化（：０２和出为甲醇??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅｎｎａｌ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?Ｃ〇２?ａｎｄ?Ｈ２?ｔｏ?ｍｅｔｈａｎｏｌ??
?北京化工大学专业学位硕士研宄生学位论文???在对非单一酶催化系统的探究中，有研宄人员利用包埋法将联合催化的甲酸脱氢酶、??甲醛脱氢酶及甲醇脱氢酶结合，固定在海藻酸盐－硅载体中，可以通过其依次作用将??ｃｏ２还原为甲醇［１３，１４１。虽然该法选择性和催化效率都较好，但其成本过高，因此在工??业应用中受到限制。??？?Ｈ２°?Ｃ〇２??光反应?喑反应??Ｊ?ＡＴＰ?ＩＮＡＤＰＨ?（??帽、??鴨等??图１－３酶催化反应还原Ｃ０２的光反应和暗反应??Ｆｉｇ．?１－３?Ｅｎｚｙｍｅ－ｃａｔａｌｙｚｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ａｎｄ?ｄａｒｋ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ??１．２．４光催化还原ＣＣｈ??受启发于光合作用，利用光催化技术还原Ｃ〇２也逐渐受到研宄人员的重视。与其??它Ｃ０２减排途径相比，光催化的最大优势在于其能够将用之不竭的太阳能转化为化学??燃料，如甲烷，乙醇等，起到了存储能量的作用，并且有望解决当前和未来的能源需??求。??在光催化领域，催化剂的选择决定了产物的效率和选择性，目前光催化常用到的??催化剂为半导体材料［１５，１６１，同时，ＭＯＦ类材料也受到了关注，Ｓａｔｏ［ｌ７ｌ等以??［Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＣＯ）２］２＋和Ｎ－Ｔａ２０５结合，将二氧化碳光催化还原为甲酸，产物选择性达到??７５％。同时，研究人员也日益重视石墨烯基纳米材料，Ｈｓｕ等Ｉ１８１利用石墨烯氧化物，??在太阳光下将Ｃ０２还原为甲醇。在该材料上沉积Ｃｉｉ以后，可以大幅度提升光催化性??能，其产率可达到６．８４Ｈｍｏ丨．ｇｃａｔ＿１丨１＿丨［１９］。??半导体光催化的原理如图］－４所示，该过程由５个步骤组成，分别是光吸收、电??荷分离、Ｃ０
?第一章绪论???存在另一种结构。在室温至９８０?°Ｃ之间以黄铜矿结构存在，空间构型属于四方晶系。??闪锌矿稳定存在的温度区间为９８０－１０４５?°Ｃ，而纤锌矿存在的温度区间则在??１０４５－１０９０?°Ｃ，均属六方晶系，是其亚稳＾结构［５３，５４，５５］。晶格常数ａ＝ｂ＝０．５９５８?ｎｍ，??ｃ＝】．１５３８?ｎｍ，?ｃ／ａ的值会因制备过程不同而有不同。ＣｕＩｎＳ２中的Ｃｕ、］ｎ、Ｓ比例对材??料的光电化学性能有影响，当Ｃｕ与Ｉｎ的比例大于１时，材料中的缺陷以铟缺陷为主，??制得的半导体为ｐ型。当Ｓ元素不足时，制得的半导体为！！型［５６］。??ｓ??图１－７?ＣｕｌｎＳ２的黄铜矿结构示意图??Ｆｉｇ．?１－７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＣｕＩｎＳ２??１．３．２?ＣｕＩｎＳｚ薄膜材料的制备方法??ＣｕＩｎＳ２制备方法有多种，常见方法有溅射法ＶＩ、喷雾热解法ｔ５８ｌ、气相反应法ｔ５９］、??电沉积法＿、硫化法Ｍ等。在多种制备方法中，电沉积法制备过程相对简单，成本较??低，适合大规模生产，因此本文中采用的制备方法为电沉积法。??电沉积法制备薄膜材料过程中，按照硫化退火程序的不同又分为一步法制备过程??［６２］和两步法制备过程［６３１，一步法将Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ按照其对应比例制成前驱体溶液，而后??在合适的电位下将其沉积至导电玻璃，最后在特定温度以及保护气氛围中退火，得到??ＣｕＩｎＳ２薄膜。两步法则是在将退火过程放在电沉枳Ｃｕ－ｋｉ膜后，在保护气的氛围中得??到ＣｕｌｎＳ２薄膜。在电沉积过程中，由于沉积电位、沉积时间、络合剂、溶液ｐＨ等条??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电催化还原CO2为气体燃料的研究进展[J]. 张宏忠,李旭燕,杨柳阳,严一凡,梁超凡. 化工新型材料. 2018(08)
[2]太阳能光电催化还原CO2的最新研究进展[J]. 吴改,程军,张梦,周俊虎,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2013(04)
[3]电沉积制备CuInS2半导体薄膜及其光学性能研究[J]. 孙倩,关荣锋,张大峰. 人工晶体学报. 2013(01)
[4]钽阳极氧化膜的半导体性研究[J]. 庄朋强,肖占文,朱向东,范红松,张兴栋. 电子元件与材料. 2011(08)
[5]单步电沉积法制备CuInS2薄膜[J]. 李娟,莫晓亮,孙大林,陈国荣. 物理化学学报. 2009(12)
[6]CuInS2:两步电沉积制备及性能[J]. 刘小雨,王广君,田宝丽,余腊锋,张兴堂,杜祖亮. 无机化学学报. 2008(12)
[7]浅析温室效应及控制对策[J]. 刘宏文,夏秀丽. 中国环境管理干部学院学报. 2008(03)
[8]CIS（CIGS）太阳能电池研究进展[J]. 李建军,邹正光,龙飞. 能源技术. 2005(04)
[9]CIGS薄膜太阳能电池研究现状及发展前景[J]. 庄大明,张弓. 新材料产业. 2005(04)
硕士论文
[1]CuInS2-CuFeO2复合材料的制备及其光电还原性能研究[D]. 古春辉.北京化工大学 2018
[2]CuFeO2薄膜的制备及其光电催化性能的研究[D]. 杨柳.北京化工大学 2017
[3]CO2光电还原催化剂的制备及其性能研究[D]. 王荣荣.西安科技大学 2016
[4]氧化亚铜及其复合物光电催化性能的研究[D]. 唐南凤.西安电子科技大学 2014
[5]基于TiO2和CuO高效光电催化剂的构建及其光电协同催化还原CO2的研究[D]. 徐金凤.山东农业大学 2014
[6]基于Fe2O3NTs电极的构建与光电催化还原CO2[D]. 王祜英.山东农业大学 2013
本文编号：3251267
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２热催化转化（：０２和出为甲醇??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅｎｎａｌ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?Ｃ〇２?ａｎｄ?Ｈ２?ｔｏ?ｍｅｔｈａｎｏｌ??
?北京化工大学专业学位硕士研宄生学位论文???在对非单一酶催化系统的探究中，有研宄人员利用包埋法将联合催化的甲酸脱氢酶、??甲醛脱氢酶及甲醇脱氢酶结合，固定在海藻酸盐－硅载体中，可以通过其依次作用将??ｃｏ２还原为甲醇［１３，１４１。虽然该法选择性和催化效率都较好，但其成本过高，因此在工??业应用中受到限制。??？?Ｈ２°?Ｃ〇２??光反应?喑反应??Ｊ?ＡＴＰ?ＩＮＡＤＰＨ?（??帽、??鴨等??图１－３酶催化反应还原Ｃ０２的光反应和暗反应??Ｆｉｇ．?１－３?Ｅｎｚｙｍｅ－ｃａｔａｌｙｚｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ａｎｄ?ｄａｒｋ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ??１．２．４光催化还原ＣＣｈ??受启发于光合作用，利用光催化技术还原Ｃ〇２也逐渐受到研宄人员的重视。与其??它Ｃ０２减排途径相比，光催化的最大优势在于其能够将用之不竭的太阳能转化为化学??燃料，如甲烷，乙醇等，起到了存储能量的作用，并且有望解决当前和未来的能源需??求。??在光催化领域，催化剂的选择决定了产物的效率和选择性，目前光催化常用到的??催化剂为半导体材料［１５，１６１，同时，ＭＯＦ类材料也受到了关注，Ｓａｔｏ［ｌ７ｌ等以??［Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＣＯ）２］２＋和Ｎ－Ｔａ２０５结合，将二氧化碳光催化还原为甲酸，产物选择性达到??７５％。同时，研究人员也日益重视石墨烯基纳米材料，Ｈｓｕ等Ｉ１８１利用石墨烯氧化物，??在太阳光下将Ｃ０２还原为甲醇。在该材料上沉积Ｃｉｉ以后，可以大幅度提升光催化性??能，其产率可达到６．８４Ｈｍｏ丨．ｇｃａｔ＿１丨１＿丨［１９］。??半导体光催化的原理如图］－４所示，该过程由５个步骤组成，分别是光吸收、电??荷分离、Ｃ０
?第一章绪论???存在另一种结构。在室温至９８０?°Ｃ之间以黄铜矿结构存在，空间构型属于四方晶系。??闪锌矿稳定存在的温度区间为９８０－１０４５?°Ｃ，而纤锌矿存在的温度区间则在??１０４５－１０９０?°Ｃ，均属六方晶系，是其亚稳＾结构［５３，５４，５５］。晶格常数ａ＝ｂ＝０．５９５８?ｎｍ，??ｃ＝】．１５３８?ｎｍ，?ｃ／ａ的值会因制备过程不同而有不同。ＣｕＩｎＳ２中的Ｃｕ、］ｎ、Ｓ比例对材??料的光电化学性能有影响，当Ｃｕ与Ｉｎ的比例大于１时，材料中的缺陷以铟缺陷为主，??制得的半导体为ｐ型。当Ｓ元素不足时，制得的半导体为！！型［５６］。??ｓ??图１－７?ＣｕｌｎＳ２的黄铜矿结构示意图??Ｆｉｇ．?１－７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＣｕＩｎＳ２??１．３．２?ＣｕＩｎＳｚ薄膜材料的制备方法??ＣｕＩｎＳ２制备方法有多种，常见方法有溅射法ＶＩ、喷雾热解法ｔ５８ｌ、气相反应法ｔ５９］、??电沉积法＿、硫化法Ｍ等。在多种制备方法中，电沉积法制备过程相对简单，成本较??低，适合大规模生产，因此本文中采用的制备方法为电沉积法。??电沉积法制备薄膜材料过程中，按照硫化退火程序的不同又分为一步法制备过程??［６２］和两步法制备过程［６３１，一步法将Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ按照其对应比例制成前驱体溶液，而后??在合适的电位下将其沉积至导电玻璃，最后在特定温度以及保护气氛围中退火，得到??ＣｕＩｎＳ２薄膜。两步法则是在将退火过程放在电沉枳Ｃｕ－ｋｉ膜后，在保护气的氛围中得??到ＣｕｌｎＳ２薄膜。在电沉积过程中，由于沉积电位、沉积时间、络合剂、溶液ｐＨ等条??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电催化还原CO2为气体燃料的研究进展[J]. 张宏忠,李旭燕,杨柳阳,严一凡,梁超凡. 化工新型材料. 2018(08)
[2]太阳能光电催化还原CO2的最新研究进展[J]. 吴改,程军,张梦,周俊虎,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2013(04)
[3]电沉积制备CuInS2半导体薄膜及其光学性能研究[J]. 孙倩,关荣锋,张大峰. 人工晶体学报. 2013(01)
[4]钽阳极氧化膜的半导体性研究[J]. 庄朋强,肖占文,朱向东,范红松,张兴栋. 电子元件与材料. 2011(08)
[5]单步电沉积法制备CuInS2薄膜[J]. 李娟,莫晓亮,孙大林,陈国荣. 物理化学学报. 2009(12)
[6]CuInS2:两步电沉积制备及性能[J]. 刘小雨,王广君,田宝丽,余腊锋,张兴堂,杜祖亮. 无机化学学报. 2008(12)
[7]浅析温室效应及控制对策[J]. 刘宏文,夏秀丽. 中国环境管理干部学院学报. 2008(03)
[8]CIS（CIGS）太阳能电池研究进展[J]. 李建军,邹正光,龙飞. 能源技术. 2005(04)
[9]CIGS薄膜太阳能电池研究现状及发展前景[J]. 庄大明,张弓. 新材料产业. 2005(04)
硕士论文
[1]CuInS2-CuFeO2复合材料的制备及其光电还原性能研究[D]. 古春辉.北京化工大学 2018
[2]CuFeO2薄膜的制备及其光电催化性能的研究[D]. 杨柳.北京化工大学 2017
[3]CO2光电还原催化剂的制备及其性能研究[D]. 王荣荣.西安科技大学 2016
[4]氧化亚铜及其复合物光电催化性能的研究[D]. 唐南凤.西安电子科技大学 2014
[5]基于TiO2和CuO高效光电催化剂的构建及其光电协同催化还原CO2的研究[D]. 徐金凤.山东农业大学 2014
[6]基于Fe2O3NTs电极的构建与光电催化还原CO2[D]. 王祜英.山东农业大学 2013
本文编号：3251267
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