【摘要】：嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī)已經(jīng)制約了人類的發(fā)展,因此,開(kāi)發(fā)清潔、安全的可再生能源是當(dāng)前的主要任務(wù),眾所周知太陽(yáng)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(xué)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(yáng)極,設(shè)計(jì)室溫光催化甲醇燃料電池裝置,利用半導(dǎo)體電極中光生空穴參與燃料分子的氧化,將太陽(yáng)能和化學(xué)能共同轉(zhuǎn)化至電能。TiO_2和ZnO被認(rèn)為是經(jīng)典的光電催化材料,具有相似的能帶水平,對(duì)光生電荷有很強(qiáng)的分離能力。Fe_2O_3具有更窄的帶隙,可以利用可見(jiàn)光對(duì)水氧化。這三種半導(dǎo)體的價(jià)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(dǎo)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(yáng)極,在室溫下進(jìn)行有效的甲醇氧化反應(yīng)。莫特肖特基(Mott-Schottky)方程和循環(huán)伏安法(CV)及結(jié)合電化學(xué)分析法揭示了系統(tǒng)中電荷轉(zhuǎn)移和甲醇氧化的熱力學(xué)可行性。時(shí)間分辨瞬態(tài)表面光伏(SPV)討論了光生電荷的傳輸機(jī)理�；赯nO光電陽(yáng)極獲得的最大短路電流為1.82 mA/cm~2,開(kāi)路電壓為1.12 V,基于TiO_2光電陽(yáng)極的開(kāi)路電壓可達(dá)到1.34 V。該研究可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能-電能、化學(xué)能-電能的協(xié)同轉(zhuǎn)化,為未來(lái)解決能源和環(huán)境問(wèn)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(dǎo)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(dǎo)電玻璃上,同樣,將其作為光催化甲醇燃料電池的光陽(yáng)極,在室溫下進(jìn)行有效的甲醇氧化反應(yīng),得到的光電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果為:基于TiO_2(P25)光電陽(yáng)極獲得的最大短路電流為3.65 mA/cm~2,基于TiO_2光電陽(yáng)極有1.42 V的開(kāi)路電壓。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O646.54;TM911.4
【圖文】：

化進(jìn)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(guò)去，現(xiàn)在和未來(lái)（預(yù)期）世界的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，目前全球每年的用電量 12 TW，到 2050 年預(yù)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(lái)自不可再生能源[1-3]。

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

近期 Nakata[20]等人對(duì) TiO2半導(dǎo)體光催化技術(shù)在環(huán)境與能源兩方面的成綜述性文章，闡述了 TiO2結(jié)構(gòu)對(duì)光催化反應(yīng)的影響。如圖 1-3 所示結(jié)構(gòu)維度方面分析，來(lái)說(shuō)明比表面積、吸附、反射率、附著力和載流能等因素對(duì) TiO2光催化性能的影響。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李強(qiáng),霍麗華,高山,趙經(jīng)貴;準(zhǔn)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(xué)報(bào);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(jìn)展[J];四川有色金屬;2001年01期

相關(guān)博士學(xué)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(xué);2018年

2 郭薇;納米半導(dǎo)體材料對(duì)新型薄膜太陽(yáng)能電池性能影響的研究[D];大連理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李堅(jiān);納米CdS復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究[D];安徽大學(xué);2018年

2 吳名科;CdS多孔密堆量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池[D];天津大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2795018