【摘要】：閃鋅礦結(jié)構(gòu)碳化硅(SiC)材料具有合適的帶隙、高的物理化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸堿腐蝕，且其導(dǎo)帶的氧化-還原電位較負，光生電子的還原能力強，是一種新型光電催化分解水制氫催化劑。近幾年關(guān)于碳化硅光電催化性能的研究受到不少科研工作者的關(guān)注，取得了一定的進展，但關(guān)于SiC表面結(jié)構(gòu)特點、表面設(shè)計及澄清其與光催化機理關(guān)系，提高其光催化活性仍是該研究方向的難點之一。目前，關(guān)于其光催化分解水機理的研究報道較少，光催化機理尚不清楚，分析碳化硅的微結(jié)構(gòu)與表面成分、設(shè)計合成具有較高光催化分解水性能的SiC催化劑，澄清SiC光催化分解水制氫的反應(yīng)機理，對于其在光解水制氫領(lǐng)域的實際應(yīng)用具有重要意義。 本文采用碳熱還原法制備了β-SiC納米線；采用氫氟酸腐蝕法和高溫氧化法獲得了具有不同厚度的SiO2包覆層的SiC納米線；同時采用水熱合成法分別制備了Pt/SiC納米線和SnO2/SiC納米線。采用X射線衍射儀、高分辨透射電鏡、傅里葉變換紅外光譜和X射線光電子能譜等表征方法分析了納米線的形貌、微結(jié)構(gòu)及成分等信息，研究了其光催化分解水性能及光電化學(xué)性能，并初步討論了不同表面成分與表面結(jié)構(gòu)SiC納米線光電催化分解水制氫機理，得到的主要結(jié)論如下： 研究了SiO2/SiC納米線光催化分解水性能及光電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，SiO2包覆層厚度達到10nm時，SiC納米線產(chǎn)氫速率達到最大為2432μL·g1·h1，同時開展了循環(huán)光解水性能測試，反應(yīng)20h后產(chǎn)氫量沒有觀察到明顯的減小，說明該催化劑具有非常高的穩(wěn)定性。從光電流-電壓曲線可以看出，在外加電壓0.6V下，SiO2包覆層厚度達到10nm時，光電極的電流密度達到最大22mA cm-2，是暗室條件下電流密度(8mA cm-2)的2.75倍，并且經(jīng)過600s光電催化反應(yīng)后，該電極光電催化活性保持穩(wěn)定。闡述了SiO2/SiC納米線光電催化分解水制氫過程。由于SiO2包覆層的存在可以有效地捕獲電子，并且在外加電場作用下，光生電子轉(zhuǎn)移到納米線表面，有效降低了光生電子空穴對的復(fù)合率，電子與納米線電極表面的Si-H鍵反應(yīng)快速生成H2。因此，具有SiO2/SiC皮芯結(jié)構(gòu)的SiC納米線可以有效地減少光生電子-空穴對的復(fù)合，進而增強了SiC納米線的光解水制氫活性。 研究了Pt/SiC納米線的光催化分解水性能及光電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，Pt納米顆粒負載量為5.19wt.%時，SiC納米線產(chǎn)氫速率達到最大為4573μL·g1·h1，并開展了循環(huán)光解水性能測試，研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)20h后產(chǎn)氫量沒有觀察到明顯的減小，說明該催化劑具有高的穩(wěn)定性。從光電流-電壓曲線以看出，，在外加電壓0.6V下，Pt負載量為5.19wt.%時光電極電流密度達到最大45.7mA cm-2，是暗室條件下電流密度(28.6mA cm-2)的1.6倍，并且經(jīng)過600s光電催化反應(yīng)后，該電極光電催化活性保持穩(wěn)定。對Pt/SiC異質(zhì)結(jié)光解水制氫的機理進行了討論。由于Pt可以有效地捕獲和存儲電子，因此當(dāng)SiC吸收光子能量激發(fā)產(chǎn)生光生載流子時，光生電子就會從SiC導(dǎo)帶不斷地向Pt遷移，同時在Pt和SiC界面處形成肖特基勢壘，從而實現(xiàn)了光生電子空穴對的有效分離，進而增強了SiC納米線的光解水制氫活性。 研究了SnO2/SiC納米線的光催化分解水性能及光電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，SnO2納米顆粒負載量為4.92wt.%時，SiC納米線產(chǎn)氫速率達到最大為6081μL·g1·h1，并開展了SiC納米線的循環(huán)光解水性能測試，研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)20h后產(chǎn)氫量沒有觀察到明顯的減小，說明該催化劑具有非常高的穩(wěn)定性。從光電流-電壓曲線以看出，在外加電壓0.6V下，SnO2納米顆粒負載量為4.92wt.%時，光電極的電流密度達到最大62.1mA cm-2，是暗室條件下電流密度(31.1mA cm-2)的2倍，并且經(jīng)過600s光電催化反應(yīng)后，該電極光電催化活性保持穩(wěn)定。對SnO2/SiC異質(zhì)結(jié)光解水制氫的機理進行了討論。由于SiC的導(dǎo)帶位置高于SnO2，SiC導(dǎo)帶中的光生電子會轉(zhuǎn)移到SnO2的導(dǎo)帶上去，同時SiC的價帶位置低于SnO2，SnO2價帶中的光生空穴會轉(zhuǎn)移到SiC的價帶上去，從而實現(xiàn)了光生電子空穴對的有效分離，進而大大增強了SiC納米線的光解水制氫活性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ116.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 董莉莉;王英勇;童希立;靳國強;郭向云;;硼摻雜SiC的制備、表征及其可見光分解水產(chǎn)氫性能(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報;2014年01期

本文編號：2345149