由于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們越來越關(guān)注太陽能利用的問題。其中,利用貴金屬納米材料獨(dú)特的局域表面等離子體共振效應(yīng)提高半導(dǎo)體材料的光吸收和光催化效率已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在本文中,我們基于時(shí)域有限差分法搭建了較為完善的金納米或銀納米顆粒與半導(dǎo)體催化劑的復(fù)合模擬模型,用以計(jì)算貴金屬納米顆粒形狀、尺寸、介電常數(shù)、周期和間隔距離等參數(shù)對復(fù)合材料催化性能的影響,為半導(dǎo)體材料效率的計(jì)算提供依據(jù)。在貴金屬納米顆粒與二氧化鈦薄膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)中,合理設(shè)置各項(xiàng)幾何參數(shù),能夠極大地提高太陽能的利用效率。我們在計(jì)算中發(fā)現(xiàn),Ag納米顆�？梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣叨趸伇∧さ墓馕招�,但是Au納米顆粒會(huì)使其周圍二氧化鈦薄膜的吸收效率降低。復(fù)合統(tǒng)中,采用間隔距離D為6nm-8nm,周期P為360nm,且邊長L為120nm的立方型Ag納米顆粒所修飾的二氧化鈦催化劑的催化效率最高。為了進(jìn)一步對Ag/TiO₂的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,提高復(fù)合材料的催化效率,我們將表面內(nèi)凹的Ag納米顆粒代替立方型和球型Ag納米顆粒加入到復(fù)合系統(tǒng)中。計(jì)算發(fā)現(xiàn),表面內(nèi)凹的顆粒具有更高的消光效率,更容易引發(fā)“hot-spot”現(xiàn)象,并在... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＰＮ結(jié)示意圖??

引了環(huán)境、材料和化學(xué)等領(lǐng)域的學(xué)者的關(guān)注。光催化技術(shù)的核心是催化劑，因此??研發(fā)高效率的光催化材料是能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。半導(dǎo)體材料得益于特殊的能帶??結(jié)構(gòu)，是理想的催化劑選擇。如圖１．２所示，價(jià)帶頂中的電子（ｅ－）在受到能量??大于禁帶寬度的入射光激發(fā)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生帶間躍遷，電子（ｅ＿）從價(jià)帶激發(fā)躍遷??到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶上留下相對應(yīng)的空穴（ｈ＋）。電子（Ｆ）和空穴（／１＋）在電場??力的作用下或者以自由擴(kuò)散的方式運(yùn)動(dòng)遷移。如果沒有俘獲劑，“電子－空穴”對??就會(huì)迅速復(fù)合，如果有合適的俘獲劑來俘獲電子或空穴，復(fù)合就會(huì)被抑制，當(dāng)遷??移到半導(dǎo)體表面時(shí)就會(huì)參與發(fā)生氧化還原反應(yīng)。??以二氧化鈦催化劑為例，銳鈦礦相的二氧化鈦的禁帶寬度Ｅｇ＝３．２ｅＶ，根據(jù)半??導(dǎo)體的光吸收閾值Ａｇ與禁帶寬度Ｅｇ的關(guān)系式為：??Ａｇ（ｎｍ）?＝?１２４０／Ｅｇ（ｅＶ）?（１．１）??波長小于３８７．５ｎｍ的入射光照射到銳鈦礦相的二氧化鈦上時(shí)，價(jià)帶中的電子??（ｅ＿）就會(huì)吸收光子的能量并躍遷到導(dǎo)帶，形成“電子－空穴”對，其中光生電子??具有還原性

初始時(shí)我們設(shè)置ｎ?＝?１，即取初值Ｅ１和Ｈ１／２，先通過求／／ｎ＋Ｖ２，再由／／ｎ＋１／２??求Ｅｎ＋１，反復(fù)迭代可以求得任意時(shí)刻的各點(diǎn)的電磁場。??需要注意的是，在蛙跳式求解的過程中為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，Ａｔ??和Ａｘ，ＡＭＭｚ之間需要滿足以下關(guān)系：??Ｍ?＼松）《）２?（１．４９）??其中，為電磁波的相速度［３４，３５］。??１．５本文的主要研究工作??使用解析法求解復(fù)雜電磁問題難度較大，而數(shù)值法可以很好地解決此問題。??在本文中我們主要采用時(shí)域有限差分法對貴金屬納米顆粒與半導(dǎo)體催化劑之間??復(fù)雜相互作用的機(jī)制和原理進(jìn)行研宄和分析，同時(shí)探討研宄如何提高現(xiàn)有催化劑??１０??


本文編號(hào)：3444464