在短短的數(shù)年,能源危機和環(huán)境污染問題不斷加劇,為了保障人民的生活水平和社會的發(fā)展,研發(fā)新型清潔能源技術(shù)愈加重要。在諸多新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中,光催化燃料電池（PFC）因其具有綠色環(huán)保、反應條件溫和、來源廣泛等優(yōu)點已經(jīng)成為了研究的熱點。TiO2作為一種經(jīng)典的半導體陽極材料,因其具有穩(wěn)定性好、無毒無害、光電響應性強等優(yōu)點成為了目前使用較為廣泛的半導體材料之一。因此,選擇半導體材料SrTiO和TiO2進行復合,來進一步提高光催化燃料電池的性能。Cu2O是一種常見的窄帶隙半導體陰極材料,其帶隙寬度約為2.1 eV。因其環(huán)境友好、對可見光利用率高等優(yōu)點引起了廣大研究者的關注。本文制備了 TiO2-SrTiO3復合薄膜,并將其用于光催化甲醛燃料電池的光陽極,探討了該燃料電池的電化學性能。此外,又設計了以TiO2作為光陽極,Cu2O為光陰極的光催化雙光極甲醛燃料電池,并探究了該燃料電池的電荷轉(zhuǎn)移機理和能級圖。本文主要工作如下:1.利用水熱法在FTO表面生長TiO2納米棒陣列,再通過二次水熱法制備出TiO2-SrTiO3復合薄膜,將其作為光催化甲醛燃料電池的光陽極,來促進甲醛的氧化反應。經(jīng)過電化學測試,該燃... 

【文章來源】：遼寧大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

國際能源署預測的在2035年以前全世界的發(fā)電情況[1]

第1章引言4圖1-2光催化降解有機污染物的過程示意圖[11]如圖為寬帶隙半導體實現(xiàn)可見光降解有機污染物的路徑。圖中展示出在可見光照射下半導體激發(fā)出的光生電子從低電勢轉(zhuǎn)移到了高電勢，參與O2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2-.的過程，而空穴的轉(zhuǎn)移路徑則相反，其參與Org/H2O轉(zhuǎn)變?yōu)镺rg+./HO.的過程。至此，實現(xiàn)了對有機污染物的降解。Jia等[12]成功的制造了BiOCl/硅藻土復合材料，并在模擬太陽光下對環(huán)丙沙星（CIP）的去除進行了實驗。其結(jié)果顯示在10分鐘光照時間范圍內(nèi)其去除效率為94％，并且在240分鐘后的總有機碳（TOC）去除率達到42.9％，展示出BiOCl/硅藻土復合材料具有良好的穩(wěn)定性和重用性。1.2.2TiO2納米材料的簡介及應用作為一種經(jīng)典的半導體材料TiO2因其具有來源廣泛、穩(wěn)定性強等優(yōu)點被廣泛的應用于太陽能電池、光催化等各個領域。在TiO2的三種經(jīng)典的晶型——銳鈦礦相、金紅石相和板鈦礦相中[13]，板鈦礦相的光催化性和化學穩(wěn)定性較差，而不被廣泛應用；銳鈦礦相TiO2因其具有較大的比表面積來增加其活性，阻止光生電子和空穴的再復合現(xiàn)象，從而被視為應用最廣泛的半導體材料，主要應用于以下幾個方面：（1）在太陽能電池方面2017年閆浩然[14]在其博士論文中采用了旋涂法制備了多級復合結(jié)構(gòu)的燃料敏化太陽能電池。以石墨烯和TiO2復合材料作為光陽極來提高TiO2對可見光的吸收能力，使器件的光電轉(zhuǎn)化效率達到6.93%，為提高染料敏化太陽能電池

第1章引言5的研究提供了一種可行性路徑。（2）在光催化領域的應用作為一種寬帶隙半導體TiO2具有良好的光催化性能，其光催化原理如圖1-3所示。當光照時TiO2激發(fā)出的電子將到達半導體的導帶參與還原反應，而空穴則停留在價帶參與氧化反應。近年來，許多研究者利用半導體材料對染料和污染物等進行降解，其中TiO2為經(jīng)典光催化材料。圖1-3TiO2光催化過程的示意圖[15]2015年，Su[16]等人采用F摻雜的納米TiO2在可見光下處理含200mg/L的X-3B廢水2.5h，其路徑圖如圖1-4所示。該微生物燃料電池的最大輸出功率密度(PM)達到了392mW/m2，相比之下，未經(jīng)光催化處理的PM僅為276mW/m2。同時，X-3B的脫色率在光催化的作用下也從42%提高到56.5%，這些結(jié)果證明了TiO2優(yōu)越的光催化性。隨著工業(yè)污染物產(chǎn)量的增加，單一的TiO2以滿足不了工業(yè)的需求，TiO2復合材料的價值由此而生。2019年Rimold[17]等人研究了在低溫(100oC)高壓釜中制備了TiO2/SnO2樣品，并對其光催化性能進行檢測。結(jié)果顯示出，錫的含量對樣品的性能具有一定的影響，特別是對結(jié)構(gòu)性能的影響。選取樣品對水中的四環(huán)素進行光催化降解研究。在紫外線照射下，其對四環(huán)素的降解效果較好。總的來說，TiO2基的光電化學（PEC）器件被認為是最有前途的化學工程系統(tǒng)并被廣泛的應用于降解、燃料電池，以及PEC傳感。

【參考文獻】：
博士論文
[1]溴氧化鉍的光催化和光電催化性能研究[D]. 魯蓮.浙江大學 2018
[2]基于TiO2薄膜的染料敏化和鈣鈦礦太陽能電池制備及性能研究[D]. 閆浩然.西南交通大學 2017

碩士論文
[1]基于CuS/Cu2O/Cu光陰極的光催化燃料電池[D]. 陳昕.重慶大學 2018
[2]修飾TiO2光催化燃料電池（PFC）處理染料廢水的研究[D]. 楊開.重慶理工大學 2018



本文編號：3318998