能源短缺和化學污染是當今全球快速發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)。氫能被認為是一種理想的新能源,具有燃燒熱值高、資源豐富、清潔無污染、減輕燃料自重等系列優(yōu)點。在眾多技術中,半導體光催化分解水產氫被認為是解決目前全球能源危機和環(huán)境問題的最具發(fā)展前景的技術手段之一。碳化硅（SiC）是第三代半導體的重要材料之一,具有突出的穩(wěn)定性和耐光腐蝕性。雖然當前SiC光催化研究已取得了一些進展,但依然面臨如下主要的困難和挑戰(zhàn):i)比表面積偏低;ii)表面吸附性差;iii)產氫活性效率偏低。本論文針對上述問題,開展相關研究工作,首先通過工藝的探索和優(yōu)化,實現(xiàn)了介孔中空SiC納米纖維光催化劑材料的制備及其結構調控,然后在其表面原位生長石墨烯和負載CdS,在提高其比表面積的同時,強化其光生載流子分離與轉移,進而實現(xiàn)其可見光催化產氫性能的強化。所取得的主要研究成果如下:以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚氮硅烷（PSN）為原料,采用靜電紡絲和高溫熱解,實現(xiàn)了介孔中空SiC納米纖維的制備及其結構調控。研究結果表明,原料中PVP和PSN的質量濃度是影響SiC介孔中空納米纖維制備的關鍵參數之一。其可見光最佳產氫速率為7.67 μmol ... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：124 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１半導體光催化反應示意圖??

但僅有很少部分的半導體能夠完成步驟（３）水的分解反應。這是因為水??的分解不僅取決于半導體催化劑是否具有合適的禁帶寬度，還取決于是否達??到電化學方面的要求，如圖２－２中列舉了一些半導體材料的能帶結構，并且??與氫和氧的電極電勢相對比（需要說明的是，氫和氧電極電勢的數值與溶液??的ｐＨ值直接相關）。其中只有導帶底的位置高于（或負于）氫的電極電勢的??半導體所產生的光生電子才具有充足的能力還原Ｈ２？產生Ｈ２；半導體價帶??頂的位置低于（或正于）氧的電極電勢，所生成的光生空穴才具備將Ｈ２０氧??化生０２的能力；簡略地歸納，半導體光催化劑的導帶底位置必需要位于Ｈ＋／Ｈ２??電位（Ｅ＝０ＶｖｓＮＨＥ，?ｐＨ＝０）的上面，若導帶位置越高，其電位越負，則它??的還原能力就越強；產氧反應則需要半導體的價帶電位處于氧的電極電位??〇２／Ｈ２０?（Ｅ＝１．２３ＶｖｓＮＨＥ，ｐＨ＝０）的下面，其電位越正，則其氧化能力就越??強。如果僅只滿足產氫的還原電位或者產氧的氧化電位之一，則需在有犧牲??劑的條件下才能夠實現(xiàn)產氫或氧。??Ｅ?（Ｖ?ｖｓ．?ＮＨＥ）??４?＼??－２．０?－??？Ｉ?〇?？?ｒ■■■＂＇＂＂＂＂ｉ?ｆ．??ｎ?ｎ?＂Ｔ？?ｃ—ｉ???Ｈ７Ｈ２??ｗ

解電勢１．２３?ｅＶ這一條件才有可能發(fā)生全分解水反應，同時還要考慮到熱力??學因素及過電位等方面的影響，一般認為半導體的帶隙應在２ｅＶ以上［２］，其??對應的光吸收范圍則在６００ｎｍ以下。從太陽光譜圖（圖２－３）可知，紫外光??占約４％，可見光占約４６％，紅外光占約５０％。根據上述半導體光催化解水??氫的需求可知，太陽光譜中占比最大的紅外光不能用于光解水，因此如何高??效開發(fā)可見光這部分能量是半導體光催化解水實現(xiàn)工業(yè)化應用的關鍵問題。??紫外線可ａ光?近紅外線??１．６?．．．．．．．．．．．．．．．．．．?■??‘壓?Ｉｋ?－??１：：?Ｉ?ｎ??ｇ〇４?｜?Ｉ?ｉｆｖ?｜?太?＿?麥全鴦譜?＿??＝ｉ?■亂?’?ｆ?＼ｊＴ＾＼??２５０?５００?７５０?１０００?１２５０?１５００?１７５０?２０００?２２５０?２５００??波長［ｎｍ］??圖２－３太陽光譜圖??２．２半導體光催化材料的開發(fā)??２．２．１無機化合物半導體??自從１９７２年開創(chuàng)性地通過半導體光催化實現(xiàn)水分解到現(xiàn)在以來�？蒲腥�??員從元素周期表出發(fā)，數百種可以用做光催化的材料被挖掘出來，其中無機??化合物半導體是最主要的光催化材料，如氮化物、金屬氧化物、硫化物、磷??化物以及他們的復合物等。在己知的可以應用于光催化過程的無機半導體材??料的元素組成擁有以下特征：通過擁有ｄＱ或ｄ１（）電子結構的金屬元素與一些??非金屬元素組成半導體的基本晶體結構，并決定其能帶結構；一些堿金屬、??堿土金屬或鑭系元素也能夠介入上述半導體晶體結構的構成

【參考文獻】：
期刊論文
[1]硼摻雜SiC的制備、表征及其可見光分解水產氫性能（英文）[J]. 董莉莉,王英勇,童希立,靳國強,郭向云.  物理化學學報. 2014(01)



本文編號：3251878