本文關(guān)鍵詞：一維納米材料的構(gòu)筑及其在能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

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【摘要】：能源短缺、環(huán)境惡化是21世紀(jì)人類社會(huì)所面臨的兩個(gè)重大問題,化石燃料的燃燒不僅帶來能源消耗而且對(duì)環(huán)境造成難以修復(fù)的破壞,生產(chǎn)可再生能源以代替化石燃料迫在眉睫。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源,能很好的為人類社會(huì)提供能源動(dòng)力,但太陽(yáng)能利用率低、成本高等關(guān)鍵科學(xué)問題限制了其廣泛的應(yīng)用。因此,基于光化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)可再生能源是解決能源短缺、環(huán)境惡化問題的有效途徑。在所有替代性能源中,氫能被學(xué)者認(rèn)為是一種無污染、高價(jià)值的新能源,是21世紀(jì)最有潛力的替代能源。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可直接利用太陽(yáng)能分解水制氫。其中,TiO_2作為一種典型的半導(dǎo)體材料本身無毒無害、價(jià)格低廉且光化學(xué)穩(wěn)定性好而得到廣泛的研究。但光吸收范圍窄、光生電子-空穴復(fù)合速率快等問題限制其實(shí)際的應(yīng)用。為解決這些問題目前采用的手段有金屬修飾,半導(dǎo)體復(fù)合及其通過光催化和電化學(xué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)光電催化性能研究。因此,主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過水熱法制備TiO_2納米棒陣列,研究其儲(chǔ)能放電性能和分解水制氫活性�？疾炱鋵�(duì)電能、光能的存儲(chǔ),通過分解水制氫活性的測(cè)試評(píng)價(jià)儲(chǔ)能放電性能的效率。結(jié)果表明:制得的TiO_2納米棒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能、光能的存儲(chǔ),并將存儲(chǔ)的能量用于分解水制氫。其主要原理是通過電子還原作用將Ti~(4+)轉(zhuǎn)換為Ti~(3+)達(dá)到對(duì)能量存儲(chǔ)的目的,隨后Ti~(3+)轉(zhuǎn)換為Ti~(4+)并進(jìn)一步轉(zhuǎn)移電子至鉑電極上進(jìn)行還原水產(chǎn)氫。通過XPS、電化學(xué)信號(hào)跟蹤等表征手段對(duì)儲(chǔ)能放電過程進(jìn)行了剖析。在無犧牲劑條件下實(shí)現(xiàn)的水的全分解反應(yīng),良好的光化學(xué)穩(wěn)定性和催化效率為太陽(yáng)能的存儲(chǔ)和利用提供了一種全新、可行的思路。(2)通過一步水熱法剝離、制備得到自支撐、有序、導(dǎo)電TiO_2納米棒陣列薄膜。在第一部分的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)水熱時(shí)間,將TiO_2納米棒陣列薄膜從FTO基底上剝離,同時(shí)將FTO導(dǎo)電層一起剝落形成導(dǎo)電的TiO_2納米棒陣列薄膜,并保持有序的一維納米棒陣列結(jié)構(gòu),通過XRD、FESEM、TEM、XRS和光電流等表征手段對(duì)催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該薄膜具有快的電子傳輸能力、良好的光、熱穩(wěn)定性,在分解水制氫反應(yīng)中表現(xiàn)高的催化活性。(3)水熱法制備MOFs(ZIF-8)修飾TiO_2光電極材料,運(yùn)用MOFs材料孔道結(jié)構(gòu)、大比表面積等優(yōu)勢(shì)將CO_2吸附于電極表面,促進(jìn)CO_2轉(zhuǎn)換,提高了光催化還原CO_2的活性。將MOFs在電極材料表面拓展了光電催化的應(yīng)用范圍。(4)采用溶劑熱的方法制備C_(60)修飾石墨烯負(fù)載CdS納米棒以提高CdS光穩(wěn)定性和光催化活性。碳材料(C_(60)、石墨烯)有良好的搜集電子能力,能有效的抑制光生電子和空穴的復(fù)合,C_(60)的引入引起石墨烯表面性質(zhì)的改變形成納米尖端更有利于分解水析氫反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以C_(60)修飾石墨烯為載體,提高了CdS光穩(wěn)定性,36小時(shí)仍然保持較好的活性。在p H和C_(60)分子的協(xié)同作用下,調(diào)節(jié)CdS價(jià)帶和導(dǎo)帶位置,基于CdS光催化劑實(shí)現(xiàn)全分解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧反應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：儲(chǔ)能放電 光解水制氫 水熱法 導(dǎo)電薄膜 C_(60)修飾石墨烯 CdS光穩(wěn)定性 二氧化鈦納米棒陣列 光電催化反應(yīng)裝置
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 能源、環(huán)境狀況9-10
• 1.2 光催化技術(shù)的研究進(jìn)展10-13
• 1.2.1 光催化簡(jiǎn)介10-12
• 1.2.2 半導(dǎo)體光催化和光電催化基本原理12-13
• 1.3 半導(dǎo)體光（光電）催化目前存在的主要問題13
• 1.4 半導(dǎo)體光催化的促進(jìn)途徑13-16
• 1.4.1 提高太陽(yáng)能的利用率13-14
• 1.4.2 提高量子效率14-15
• 1.4.3 光催化和光電催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)15-16
• 1.5 選題意義及研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 實(shí)驗(yàn)試劑與試驗(yàn)方法18-23
• 2.1 試劑與藥品18-19
• 2.2 催化材料表征手段19-21
• 2.2.1 X射線衍射儀（XRD）19
• 2.2.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）19
• 2.2.3 透射電子顯微鏡（TEM/HRTEM）19-20
• 2.2.4 X射線光電子能譜（XPS）20
• 2.2.5 熱重測(cè)試（TG-DTA）20
• 2.2.6 鍍膜方法20
• 2.2.7 氮?dú)馕?脫附等溫線20
• 2.2.8 光電流測(cè)試20-21
• 2.2.9 拉曼光譜（Raman Spectra）21
• 2.2.10 交流阻抗測(cè)試21
• 2.2.11 Mott-Schottky曲線21
• 2.3 光解水制氫活性測(cè)試21-23
• 第3章 TiO_2納米棒薄膜的制備及其儲(chǔ)能放電性能的研究23-32
• 3.1 引言23-24
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分24
• 3.2.1 催化劑材料的制備24
• 3.2.2 活性評(píng)價(jià)裝置24
• 3.3 結(jié)果與討論24-31
• 3.3.1 XRD、SEM & TEM圖譜數(shù)據(jù)分析24-25
• 3.3.2 TiO_2薄膜對(duì)電能存儲(chǔ)性能的研究25-26
• 3.3.3 TiO_2薄膜對(duì)光能存儲(chǔ)性能的研究26-27
• 3.3.4 XPS & Raman圖譜數(shù)據(jù)分析27-28
• 3.3.5 TiO_2薄膜對(duì)光能存儲(chǔ)以及全分解水性能的研究28-29
• 3.3.6 光電轉(zhuǎn)換效率、法拉第效率、充放電效率計(jì)算29-31
• 3.3.7 儲(chǔ)能放電反應(yīng)機(jī)理31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第4章 自支撐、導(dǎo)電 TiO_2薄膜的制備及其光解水制氫性能的研究32-40
• 4.1 引言32-33
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分33
• 4.2.1 催化劑材料的制備33
• 4.2.2 活性評(píng)價(jià)裝置33
• 4.3 結(jié)果與討論33-39
• 4.3.1 SEM & EDS譜圖數(shù)據(jù)分析33-35
• 4.3.2 TEM譜圖數(shù)據(jù)分析35-36
• 4.3.3 XRD & XPS譜圖數(shù)據(jù)分析36-37
• 4.3.4 TGA譜圖數(shù)據(jù)分析37
• 4.3.5 光電化學(xué)測(cè)試分析37-38
• 4.3.6 光解水制氫活性研究38-39
• 4.3.7 光解水制氫反應(yīng)機(jī)理39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第5章 C60-rGO納米尖端對(duì)CdS光穩(wěn)定性增強(qiáng)性能及光解水制氫性能的研究40-51
• 5.1 引言40-41
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 5.2.1 催化劑材料的制備41
• 5.2.2 活性評(píng)價(jià)裝置41-42
• 5.3 結(jié)果與討論42-50
• 5.3.1 SEM & TEM圖譜分析42
• 5.3.2 AFM & Raman能譜分析42-43
• 5.3.3 樣品材料的電化學(xué)測(cè)試43-45
• 5.3.4 樣品材料的能帶分析45-46
• 5.3.5 光解水制氫性能的研究46-47
• 5.3.6 光催化劑循環(huán)套用47-48
• 5.3.7 樣品材料的XPS能譜數(shù)據(jù)分析48-49
• 5.3.8 光解水制氫機(jī)理49-50
• 5.4 本章小結(jié)50-51
• 第6章 ZiF-8修飾TiO_2薄膜的制備及其光電催化還原CO_2性能的研究51-56
• 6.1 引言51
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分51-52
• 6.2.1 催化劑材料的制備51-52
• 6.2.2 活性評(píng)價(jià)裝置52
• 6.3 結(jié)果與討論52-55
• 6.3.1 SEM & XRD圖譜分析52-53
• 6.3.2 樣品材料的電化學(xué)測(cè)試53-54
• 6.3.3 光電還原CO_2性能的研究54-55
• 6.4 本章小結(jié)55-56
• 第7章 總結(jié)與展望56-58
• 7.1 總結(jié)56-57
• 7.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-67
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷67
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果67-69
• 致謝69-70

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孟其林;美發(fā)明由水制氫的新型催化劑[J];海洋石油;2002年04期

2 ;用水制氫的催化劑[J];化學(xué)分析計(jì)量;2003年02期

3 沈鑌;;用水制氫有簡(jiǎn)便廉價(jià)方法[J];杭氧科技;2009年02期

4 ;美發(fā)現(xiàn)廉價(jià)海水制氫催化劑[J];化工中間體;2010年05期

5 張應(yīng)q;;采用藻類由水制氫和氧[J];低溫與特氣;1987年03期

6 張應(yīng)q;韓美;;由反應(yīng)性陶瓷和水制氫[J];低溫與特氣;1995年01期

7 ;新型太陽(yáng)能-熱系統(tǒng)成水制氫利器[J];大眾科學(xué);2013年10期

8 ;中國(guó)科大提出紅外光進(jìn)行解水制氫新機(jī)制[J];黑龍江科技信息;2014年02期

9 劉淑芝;王寶輝;崔寶臣;吳紅軍;張曉麗;;可見光分解水制氫半導(dǎo)體催化劑的研究[J];工業(yè)催化;2006年12期

10 鄭興文;劉利;崔文權(quán);;可見光分解水制氫催化劑的研究進(jìn)展[J];四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 傅文甫;甘欣;王文靜;;太陽(yáng)光分解水制氫研究展望[A];21世紀(jì)太陽(yáng)能新技術(shù)——2003年中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

2 王新龍;黃鵬;蘇忠民;;鈮取代多金屬鎢酸鹽的構(gòu)筑及可見光解水制氫催化研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第五屆全國(guó)多酸化學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

3 周雪鋒;楊祝紅;何明;陸小華;;改性二氧化鈦可見光分解水制氫研究進(jìn)展[A];2004年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 常婷;嚴(yán)亞;康詩(shī)釗;穆勁;;無機(jī)固溶體在光催化裂解水制氫中的應(yīng)用[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會(huì)2007年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

5 趙為為;許友;禚司飛;張晉;武萱;張兵;;無機(jī)多孔納米材料的離子交換合成與光解水制氫性能[A];第十三屆全國(guó)光化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2013年

6 馮清鵬;袁堅(jiān);施建偉;上官文峰;;光解水制氫的Z型反應(yīng)體系及其特性[A];第七屆全國(guó)氫能學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

7 李朝升;羅文俊;馮建勇;鄒志剛;;太陽(yáng)能光電化學(xué)分解水制氫的研究進(jìn)展[A];第十三屆全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

8 陳國(guó)萍;李冬梅;李凡;羅艷紅;孟慶波;;新型可見光分解水制氫MoS_2/CdS復(fù)合光催化劑的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

9 延衛(wèi);劉義亮;梁慧榮;郭烈錦;;新型雙床光催化分解水制氫體系的構(gòu)建[A];2004年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

10 桑麗霞;胥利先;李群偉;戴洪興;何洪;馬重芳;;高效可見光光催化劑InVO_4/CNTs的制備與分解水制氫性能[A];第十一屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 記者 李大慶;我實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分解水制氫氣和氧氣[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

2 記者 陶加;我率先實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能全分解水制氫[N];中國(guó)化工報(bào);2014年

3 記者 吳長(zhǎng)鋒 通訊員 曾皓;中國(guó)科大提出光解水制氫新機(jī)制[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

4 記者 李陳續(xù) 通訊員 曾皓;用紅外光進(jìn)行光解水制氫已成為可能[N];光明日?qǐng)?bào);2014年

5 錢伯章;用水制氫有簡(jiǎn)便廉價(jià)方法[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

6 本報(bào)駐以色列記者 馮志文;新型光解水制氫或催生光伏技術(shù)革命[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

7 記者 桂運(yùn)安;中科大提出紅外光分解水制氫新思路[N];安徽日?qǐng)?bào);2014年

8 記者 顧鋼;德利用陽(yáng)光開發(fā)出水制氫簡(jiǎn)易方法[N];科技日?qǐng)?bào);2009年

9 記者 劉霞;新型太陽(yáng)能—熱系統(tǒng)成水制氫利器[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

10 記者 劉霞;人造酶讓以水制氫更快更便宜[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 徐淼;可見光響應(yīng)的硫化物光催化材料的設(shè)計(jì)合成及光解水制氫性能研究[D];上海交通大學(xué);2015年

2 郭思瑤;新型光催化材料的形貌調(diào)控及其光解水制氫性能研究[D];華中科技大學(xué);2014年

3 張健;天然摻鐵硅酸鹽可見光催化分解水制氫研究[D];南京理工大學(xué);2014年

4 裴福云;石墨烯/二氧化鈦雜化材料的制備及其催化的光解水制氫[D];鄭州大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孟海霞;鐵鈷鎳系催化劑催化鋁/水制氫[D];河北師范大學(xué);2015年

2 于貴陽(yáng);可見光分解水制氫高效硫化物復(fù)合催化劑的研究[D];吉林大學(xué);2016年

3 朱勇生;過渡金屬硫化物(MS_x)/g-C_3N_4催化劑可見光分解水制氫及作用機(jī)制的研究[D];福州大學(xué);2014年

4 王文超;一維納米材料的構(gòu)筑及其在能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[D];上海師范大學(xué);2016年

5 張露;改性納米二氧化鈦光催化劑光解水制氫的研究[D];華東理工大學(xué);2013年

6 于嬌嬌;鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫還原反應(yīng)研究[D];天津大學(xué);2012年

7 聞次章;高活性銳鈦型二氧化鈦的制備及其在分解水制氫中的應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2012年

8 高立波;四氧化三鈷納米顆粒的制備及其光解水制氫性能研究[D];中北大學(xué);2015年

9 盧新寧;非金屬摻雜改性TiO_2光解水制氫氣的研究[D];南昌大學(xué);2006年

10 聶榮佳;鐵酸鹽的制備及用于兩步熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的初步研究[D];遼寧科技大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：714693