(GaN) 1-x （ZnO） x 纳米材料的形貌和带隙调控及光催化性能研究

发布时间：2022-01-22 20:50

　　半导体光催化包括有机物降解、水分解产氢和cO2还原,被认为是能够有效利用丰富的太阳能资源,解决当前环境污染和能源危机的有效方法之一,有着广阔的应用研究前景。然而其核心本质和面临的主要问题在于研究和开发具有高效光吸收与光催化效率的半导体光催化剂。（GaN）1-x（ZnO）x固溶体作为第三代宽带隙半导体GaN（3.4 eV）和ZnO（3.2 eV）置换固溶形成的四元半导体合金,其带隙可通过控制ZnO固溶含量实现3.4-2.2 eV自由调控,拥有良好的可见光吸收和光催化全分解水产氢能力,吸引了广大科研工作者的密切关注。然而之前绝大部分的研究工作主要集中在微米晶团聚烧结的块体粉末,其过长的光生载流子迁移路径和固溶本身带来的大量结构缺陷,显著增加了载流子的复合效率,降低了整体光催化性能。针对以上问题,本论文研究内容主要从低维（GaN）-x（ZnO）,固溶体纳米材料的合成出发,以降低光生载流子的复合效率为核心,同时提高可见光吸收和光催化活性面积,以获得更高的光催化活性。本论文首先采用溶胶凝胶法制备了 ZnO含量为25-85%,带隙为2.76-2.38 eV可调的多孔（GaN）1-x（ZnO）x固溶... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：168 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?２０１５年中国能源消耗结构占比［１］??

过程中的能量损失、反应激活能以及产物的吸附与脱附等多方面原因，使得无论是光还??原还是光氧化都存在一定的过电势，因此一般认为半导体光催化材料最合适的禁带大小??Ｅｇ约为１．８－２．０ｅＶ。光催化全分解水原理可以按照图１．３描述为：当半导体受到大于Ｅｇ??能量波长的光照射时，处于价带中的电子会受激发跃迁到导带底部的空轨道，而在价带??－５－??

?ｈ２ｏ、?（４）?＾??［Ｈ２０２，?．ＯＨ，?．ＯＯＨ］?＋?Ｒ?—＞?Ｃ０２，?Ｈ２０??图１．２光催化氧化降解有机物原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｓｎｉｓｍ?ｏｆ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ??１．２．２光催化分解水制氢??光催化分解水制氢气对于实现零碳排放的能源结构体系有着重要的研究价值，然而??水是一种十分稳定的化合物，破坏其化学键需要耗费巨大的能量。根据水分解的化学反??应方程式，其分解生成氢气和氧气的吉布斯自由能增加２３７?ｋＪｍｏｒ１，是一个能量升高??的非自发反应：??Ｈ２０?＾?Ｈ２?＋?０２；?ＡＧ０?＝?＋２３７?ｋＪ?ｍｏｆ１?（１．８）??热力学要求其需要从外部吸收至少２３７?ｋＪ?ｍｏｒ１或１．２３?ｅＶ的能量，与电化学分解水??的理想分解电位能量相同，即要求作为光催化剂的半导体材料的禁带Ｅｇ至少大于１．２３??ｅＶ。此外，水氧化半反应的发生需要空穴拥有足够的氧化能力，因此热力学上还需要半??导体催化剂的导带电位跨过氢标准电位Ｅｈ＋／Ｈ２，且比其更负，而水还原反应的发生需要??价带电位超过氧标准电位Ｅ０２／Ｈ２０


本文编号：3602885