基于Ⅰ摻雜TiO 2 納米管陣列的平面光/光電催化燃料電池的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-25 22:27
隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn),工農(nóng)業(yè)產(chǎn)生大量污染物排入自然界,生態(tài)環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重,已經(jīng)對人們的生產(chǎn)生活造成了惡劣的影響。我國對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的建設(shè)愈發(fā)重視,其中對于水資源污染的防治進(jìn)行了大量的研究。基于半導(dǎo)體材料的光/光電催化燃料電池能夠在降解水體中有機(jī)污染物的同時(shí),可回收有機(jī)物中的化學(xué)能,在解決水資源污染方面具有良好的前景。通過陽極氧化法制備了TiO2納米管陣列（TiO2 Nanotubes Arrays,TNA）電極,研究了不同的制備工藝對TiO2納米管催化降解亞甲基藍(lán)（Methylene blue,MB）性能的影響,得到了制備TNA電極的最佳工藝條件。制備了I摻雜TiO2納米管陣列（I-doped TiO2 Nanotubes Arrays,ITNA）電極,使用FESEM、XRD、XPS、EDS對ITNA進(jìn)行了表征,證明I成功摻雜到TNA中。通過對MB的降解實(shí)驗(yàn),證實(shí)電解2 h的ITNA性能最佳,此條件下最大光電流為1.1 mA cm-2,同...
【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
半導(dǎo)體能級(jí)圖
2020年華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3半導(dǎo)體吸收光子后內(nèi)部載流子的變化Fig1.3Thechangesofinternalcarriersaftersemiconductorsabsorbphotons1.1.2光催化燃料電池工作原理光催化燃料電池由半導(dǎo)體光陽極、光陰極和連接導(dǎo)線組成，可以將太陽能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)降解有機(jī)物。該體系的能量輸入為太陽能，成本低、來源廣；由半導(dǎo)體材料制備的光電極，具有降解速度快、材料來源廣、穩(wěn)定性好、降解無選擇性等優(yōu)點(diǎn)[29-32]；圖1.4為典型的PFC工作原理簡圖，使用二氧化鈦?zhàn)鳛楣怅枠O，貴金屬鉑為對電極，在PFC系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：photoanode+hv→e+h+(1-2)h++H2O→OH+H+(1-3)e+O2→O2(1-4)O2+H+→HO2(1-5)2HO2→H2O2+O2(1-6)光催化產(chǎn)生的h+和進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生的·OH具有強(qiáng)氧化性，可以直接氧化光催化劑表面吸附的有機(jī)物，所以光催化中產(chǎn)生的h+和·OH的多少會(huì)對氧化污染物的過程產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。在一定條件下，e-也會(huì)與H2O、O2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H2O2、O2·-等粒子，這些粒子也具有強(qiáng)氧化性，可以對降解效率產(chǎn)生一定的影響。
2020年華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.4PFC的工作原理示意圖Fig1.4SchematicrepresentationofPFC1.1.3光電催化工作原理PEC結(jié)合了光催化和電催化的作用，通過向光催化劑施加外部偏壓，避免了e--h+對的快速復(fù)合。在PEC中光催化過程和電化學(xué)過程存在協(xié)同效應(yīng)，合理利用電化學(xué)輔助光催化技術(shù)，能促使光生電子的轉(zhuǎn)移。J,B.A等[33]通過實(shí)驗(yàn)得出，在電極上施加偏壓時(shí)，光催化性能比無偏壓時(shí)更加優(yōu)異。光催化中e-和h+是成對產(chǎn)生的，在光陽極和陰極之間的轉(zhuǎn)移會(huì)損失很大一部分光生e-，會(huì)導(dǎo)致h+數(shù)量多于e-,由公式（1-3）產(chǎn)生的·OH就會(huì)多于公式（1-4）產(chǎn)生的O2·-[34]。對光陽極施加的外加電壓變大，其表面會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)析出氧氣，陰極處則析出氫氣。根據(jù)公式（1-7）可以知道，（1-6）產(chǎn)生的H2O2能夠消耗部分e-，產(chǎn)生氧化性的·OH。在PEC系統(tǒng)中，光催化與電催化具有協(xié)同作用，電化學(xué)氧化（electro-oxidation,EO）可以使半導(dǎo)體在電壓下催化H2O生成強(qiáng)氧化性的·OH（公式1-8）參與反應(yīng)：e+H2O2→OH+OH(1-7)Photoanode+H2O→OH+H++e(1-8)1.2光催化燃料電池的能質(zhì)傳輸過程PFC內(nèi)部為溶液環(huán)境，能量的輸送、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移都是非常繁瑣的，輸送和轉(zhuǎn)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Synthesis of Single-Crystalline Anatase TiO2 Nanorods With High-Performance Dye-Sensitized Solar Cells[J]. Jin Liu,Jun Luo,Weiguang Yang,Yali Wang,Linyan Zhu,Yueyang Xu,Ying Tang,Yajing Hu,Chen Wang,Yigang Chen,Weimin Shi. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
[2]Preparation of porous nanocrystalline TiO2 electrode by screen-printing technique[J]. XIE DongMei1,2, FENG ShuJing1, LIN Yuan1, DONG GuoJun2, XIAO XuRui1, LI XuePing1 & ZHOU XiaoWen1 1 Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Key Laboratory of Photochemistry, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 2 College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China. Chinese Science Bulletin. 2007(18)
博士論文
[1]新型Ga摻雜ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的制備與研究[D]. 張哲浩.浙江大學(xué) 2015
本文編號(hào)：3518903
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【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
半導(dǎo)體能級(jí)圖
2020年華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3半導(dǎo)體吸收光子后內(nèi)部載流子的變化Fig1.3Thechangesofinternalcarriersaftersemiconductorsabsorbphotons1.1.2光催化燃料電池工作原理光催化燃料電池由半導(dǎo)體光陽極、光陰極和連接導(dǎo)線組成，可以將太陽能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)降解有機(jī)物。該體系的能量輸入為太陽能，成本低、來源廣；由半導(dǎo)體材料制備的光電極，具有降解速度快、材料來源廣、穩(wěn)定性好、降解無選擇性等優(yōu)點(diǎn)[29-32]；圖1.4為典型的PFC工作原理簡圖，使用二氧化鈦?zhàn)鳛楣怅枠O，貴金屬鉑為對電極，在PFC系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：photoanode+hv→e+h+(1-2)h++H2O→OH+H+(1-3)e+O2→O2(1-4)O2+H+→HO2(1-5)2HO2→H2O2+O2(1-6)光催化產(chǎn)生的h+和進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生的·OH具有強(qiáng)氧化性，可以直接氧化光催化劑表面吸附的有機(jī)物，所以光催化中產(chǎn)生的h+和·OH的多少會(huì)對氧化污染物的過程產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。在一定條件下，e-也會(huì)與H2O、O2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H2O2、O2·-等粒子，這些粒子也具有強(qiáng)氧化性，可以對降解效率產(chǎn)生一定的影響。
2020年華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.4PFC的工作原理示意圖Fig1.4SchematicrepresentationofPFC1.1.3光電催化工作原理PEC結(jié)合了光催化和電催化的作用，通過向光催化劑施加外部偏壓，避免了e--h+對的快速復(fù)合。在PEC中光催化過程和電化學(xué)過程存在協(xié)同效應(yīng)，合理利用電化學(xué)輔助光催化技術(shù)，能促使光生電子的轉(zhuǎn)移。J,B.A等[33]通過實(shí)驗(yàn)得出，在電極上施加偏壓時(shí)，光催化性能比無偏壓時(shí)更加優(yōu)異。光催化中e-和h+是成對產(chǎn)生的，在光陽極和陰極之間的轉(zhuǎn)移會(huì)損失很大一部分光生e-，會(huì)導(dǎo)致h+數(shù)量多于e-,由公式（1-3）產(chǎn)生的·OH就會(huì)多于公式（1-4）產(chǎn)生的O2·-[34]。對光陽極施加的外加電壓變大，其表面會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)析出氧氣，陰極處則析出氫氣。根據(jù)公式（1-7）可以知道，（1-6）產(chǎn)生的H2O2能夠消耗部分e-，產(chǎn)生氧化性的·OH。在PEC系統(tǒng)中，光催化與電催化具有協(xié)同作用，電化學(xué)氧化（electro-oxidation,EO）可以使半導(dǎo)體在電壓下催化H2O生成強(qiáng)氧化性的·OH（公式1-8）參與反應(yīng)：e+H2O2→OH+OH(1-7)Photoanode+H2O→OH+H++e(1-8)1.2光催化燃料電池的能質(zhì)傳輸過程PFC內(nèi)部為溶液環(huán)境，能量的輸送、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移都是非常繁瑣的，輸送和轉(zhuǎn)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Synthesis of Single-Crystalline Anatase TiO2 Nanorods With High-Performance Dye-Sensitized Solar Cells[J]. Jin Liu,Jun Luo,Weiguang Yang,Yali Wang,Linyan Zhu,Yueyang Xu,Ying Tang,Yajing Hu,Chen Wang,Yigang Chen,Weimin Shi. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
[2]Preparation of porous nanocrystalline TiO2 electrode by screen-printing technique[J]. XIE DongMei1,2, FENG ShuJing1, LIN Yuan1, DONG GuoJun2, XIAO XuRui1, LI XuePing1 & ZHOU XiaoWen1 1 Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Key Laboratory of Photochemistry, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 2 College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China. Chinese Science Bulletin. 2007(18)
博士論文
[1]新型Ga摻雜ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的制備與研究[D]. 張哲浩.浙江大學(xué) 2015
本文編號(hào)：3518903
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