發(fā)布時間：2020-12-04 15:48

　　水資源在當今社會相當的重要。淡水資源不但是生命之源,更可以作為原材料制備氫氣或利用水的動能產生電力。在光電催化分解水制備氫氣的過程中,其內部載流子分離效率一直是制約光電催化整體效率的重要因素。對于依靠壓電效應促進載流子分離率的方法而言,為提高壓電效應,鐵電或壓電材料的電阻往往較高,這不利于光生載流子的分離。為解決這個難題,本文首先考慮了將壓電部分放置于電荷收集層之后,使得壓電材料的高電阻不影響載流子的分離。作者構建了相應的異質結的理論模型,并通過計算的方法論證了采用不同電荷收集層時,電荷收集層對鐵電勢的屏蔽效應。作者證明了采用單層石墨烯時,鐵電勢可以穿過石墨烯并影響光電催化。作者在理論研究的基礎之上,進一步通過實驗制備了PMN-PT/石墨烯/TiO₂的光電催化器件,實驗同樣證明了PMN-PT的鐵電勢可以穿過石墨烯,并可以促進二氧化鈦的光電催化效率,在1 V vs RHE的電壓下,通過施加正向偏壓,光電流有了50%的提升,并且開啟電壓也下降了約0.1 V,器件整體的填充因子也相應增加。這是目前為止壓電電子調控對于光電流來說能得到的最大的改進。此外,作者制備了同步能量... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：99 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 以水作為原材料制備氫氣
        1.1.1 光電催化分解水制氫氣原理
        1.1.2 提升光電催化效率的手段
    1.2 水的動能轉化為電能
        1.2.1 基于電磁感應利用水的動能
        1.2.2 基于摩擦發(fā)電利用水的動能
    1.3 機遇與挑戰(zhàn)
第二章 鐵電勢增強光電催化反應的理論計算
    2.1 本實驗中涉及的軟件和方法
        2.1.1 實驗軟件介紹
        2.1.2 實驗方法介紹
    2.2 石墨烯作為電荷收集層
2界面處電勢分布變化">        2.2.1 不同電荷濃度下PMN-PT/石墨烯/TiO₂界面處電勢分布變化
2界面電勢分布">        2.2.2 不同極化強度下PMN-PT/石墨烯/TiO₂界面電勢分布
2/電解液界面的電勢變化">        2.2.3 不同極化強度下,TiO₂/電解液界面的電勢變化
    2.3 金屬金作為電荷收集層
    2.4 本章小結
第三章 PMN-PT/石墨烯/二氧化鈦結構增強光電催化反應效率
    3.1 本實驗中涉及的藥品和儀器
        3.1.1 實驗所需藥品和材料
        3.1.2 實驗儀器
    3.2 實驗部分
        3.2.1 制備石墨烯包覆的PMN-PT表面
        3.2.3 整體PEC器件制備
        3.2.4 光電催化測試
    3.3 器件制備及工作原理
        3.3.1 石墨烯生長原理
        3.3.2 器件工作原理
    3.4 測量結果
        3.4.1 不同極化強度下PEC電池的輸出特性
        3.4.2 器件的穩(wěn)定性測試
        3.4.3 采用金屬電極時器件對鐵電極化的響應
    3.5 本章小結
第四章 可同時發(fā)電并檢測液珠鹽度的摩擦納米發(fā)電機
    4.1 涉及藥品和儀器
        4.1.1 實驗所需藥品和材料
        4.1.2 實驗所需儀器
    4.2 實驗部分
        4.2.1 傳感器的制備過程
    4.3 實驗原理
        4.3.1 PDMS表面微結構形成的生長
        4.3.2 具有微結構PDMS的超疏水機理
        4.3.3 摩擦發(fā)電機工作原理
    4.4 自供能發(fā)電機基本電學特性的表征
    4.5 通過改變物理參數提升自供能傳感器的性能
        4.5.1 通過改變上下電極距離改變自供能傳感器的性能
        4.5.2 通過改變PDMS層厚度調控傳感器的輸出
        4.5.3 通過對PDMS表面修飾提升性能
    4.6 自供能傳感器的負載測試
    4.7 本章小結
第五章 結論和展望
    5.1 結論
    5.2 展望
參考文獻
在學期間的研究成果
    發(fā)表論文
致謝



本文編號：2897862