【摘要】：嚴重的環(huán)境問題和能源危機已經(jīng)制約了人類的發(fā)展,因此,開發(fā)清潔、安全的可再生能源是當前的主要任務,眾所周知太陽能是最可靠的清潔可再生能源,尋找一種安全、高效的方法,大幅度提高能源的利用率,是科學家們努力的方向。本文選擇一維TiO_2,ZnO和Fe_2O_3納米棒陣列及多孔TiO_2微球、TiO_2(P25)作為光催化甲醇燃料電池的光電陽極,設計室溫光催化甲醇燃料電池裝置,利用半導體電極中光生空穴參與燃料分子的氧化,將太陽能和化學能共同轉化至電能。TiO_2和ZnO被認為是經(jīng)典的光電催化材料,具有相似的能帶水平,對光生電荷有很強的分離能力。Fe_2O_3具有更窄的帶隙,可以利用可見光對水氧化。這三種半導體的價帶(VB)位置低于甲醇的氧化電位,可以將甲醇氧化成二氧化碳。本文主要工作如下:1.以FTO導電玻璃(摻氟的二氧化錫)為基底,用水熱法制備TiO_2、ZnO、Fe_2O_3納米棒陣列,將其作為光催化甲醇燃料電池的光陽極,在室溫下進行有效的甲醇氧化反應。莫特肖特基(Mott-Schottky)方程和循環(huán)伏安法(CV)及結合電化學分析法揭示了系統(tǒng)中電荷轉移和甲醇氧化的熱力學可行性。時間分辨瞬態(tài)表面光伏(SPV)討論了光生電荷的傳輸機理。基于ZnO光電陽極獲得的最大短路電流為1.82 mA/cm~2,開路電壓為1.12 V,基于TiO_2光電陽極的開路電壓可達到1.34 V。該研究可實現(xiàn)太陽能-電能、化學能-電能的協(xié)同轉化,為未來解決能源和環(huán)境問題提供了一種可行方法。2.用水熱法合成多孔TiO_2微球,以FTO導電玻璃(摻氟的二氧化錫)為基底,采用涂膜法將制成TiO_2微球與TiO_2(P25)粉末均勻地涂在FTO導電玻璃上,同樣,將其作為光催化甲醇燃料電池的光陽極,在室溫下進行有效的甲醇氧化反應,得到的光電化學性能測試結果為:基于TiO_2(P25)光電陽極獲得的最大短路電流為3.65 mA/cm~2,基于TiO_2光電陽極有1.42 V的開路電壓。
【學位授予單位】：遼寧大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O646.54;TM911.4
【圖文】：

化進程不斷加深，使現(xiàn)有的傳統(tǒng)化石能源、資源已經(jīng)滿足不需求，如圖 1-1 所示，為過去，現(xiàn)在和未來（預期）世界的統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算，目前全球每年的用電量 12 TW，到 2050 年預又增加一倍，將有 12 TW 赤字的挑戰(zhàn)。全球電力生產(chǎn)總量的源，其余 78％均來自不可再生能源[1-3]。

-2 不同晶型 TiO2的結構：（a）銳鈦礦（b）金紅石（c）板鈦礦（d）TiO2（B）TiO2常見的晶形結構有四種，如圖 1-2 所示，這四種 TiO2結構的基本 TiO6八面體，在不同的結構中以不同的方式共享邊緣和頂點。TiO2iO2的亞穩(wěn)態(tài)結構[17,18]。它具有開放式孔道結構。在這四種晶型中銳鈦

近期 Nakata[20]等人對 TiO2半導體光催化技術在環(huán)境與能源兩方面的成綜述性文章，闡述了 TiO2結構對光催化反應的影響。如圖 1-3 所示結構維度方面分析，來說明比表面積、吸附、反射率、附著力和載流能等因素對 TiO2光催化性能的影響。

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 李強,霍麗華,高山,趙經(jīng)貴;準立方體α-Fe_2O_3納米薄膜的紫外和紅外光譜研究[J];光散射學報;2003年04期

2 胡鴻飛,李大成,吉紅兵;納米氧化鐵的制備方法及進展[J];四川有色金屬;2001年01期

相關博士學位論文 前2條

1 魯蓮;溴氧化鉍的光催化和光電催化性能研究[D];浙江大學;2018年

2 郭薇;納米半導體材料對新型薄膜太陽能電池性能影響的研究[D];大連理工大學;2013年

相關碩士學位論文 前2條

1 李堅;納米CdS復合材料的制備及其光催化性能研究[D];安徽大學;2018年

2 吳名科;CdS多孔密堆量子點敏化太陽能電池[D];天津大學;2012年

本文編號：2795018