本文關鍵詞：鎵酸鋅納米晶的可控制備及其光解水產氫性能的研究

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【摘要】：近年來隨著光催化技術的不斷發(fā)展,尋求高效的半導體光催化劑逐漸成為人們研究的熱點。納米材料由于其較高的比表面積、量子尺寸效應及小尺寸效應而受到廣泛關注,研究者們通過一定方法制備納米半導體光催化劑,并且進一步對其進行結構優(yōu)化和調控,從而提高其性能。具有d0電子結構的半導體納米材料是研究最多的半導體材料,但最近研究者們發(fā)現(xiàn),具有d10電子結構的半導體由于具有較高的電子遷移率在光催化領域也表現(xiàn)出優(yōu)良的性能,因此在本論文中選擇d10電子結構的鎵酸鋅作為研究主體材料,以構建與調控性能優(yōu)良的高效催化劑為研究目的,從兩方面進行研究：一是加入檸檬酸鈉作為表面活性劑和絡合劑對鎵酸鋅進行形貌調控,并對制得的鎵酸鋅納米球進行表面酸化處理來去除表面殘留的檸檬酸鈉,利用表面調控來改善其光解水產氫性能；二是在水熱條件下通過分段升溫法制備中空結構—鎵酸鋅核殼結構,通過構建新型結構來優(yōu)化其性能。主要的研究內容及結論如下：在第二章中通過加入檸檬酸鈉制備得到鎵酸鋅納米球,結合TEM測試結果可以看出檸檬酸鈉的加入使得無規(guī)則分散的鎵酸鋅納米顆粒有序堆積形成鎵酸鋅納米球,從而驗證了檸檬酸鈉在形貌調控上的積極作用。但是檸檬酸鈉的存在卻大大抑制了其光解水產氫性能,為了提高其性能,對樣品進行表面酸化處理,通過對比發(fā)現(xiàn)用鹽酸處理后的樣品光解水產氫性能最佳,其產氫性能比傳統(tǒng)的煅燒處理后性能提高了三倍多。通過TEM、SEM及XRD測試結果表明：酸處理后不會影響樣品的形貌和尺寸；通過XPS價帶測試及光吸收測試結果推算得知,經(jīng)過鹽酸處理之后的鎵酸鋅納米球可以使導帶底位置上移,即提高鎵酸鋅導帶的還原能力；通過光電流及交流阻抗等電化學測試結果表明,樣品的光生載流子分離和遷移效率也得到相應的提高,基于以上測試表征結果說明,對樣品進行表面酸化處理可以明顯提高其光催化活性。第三章中選擇鎵酸鋅納米球作為硬模板,在水熱條件下,采用分段升溫法使鎵酸鋅納米顆粒均勻負載在鎵酸鋅納米球上,在高溫高壓條件下發(fā)生奧氏熟化過程,從而得到鎵酸鋅核殼結構。進一步探索了實驗反應溫度、加入硬模板的量對合成結構的影響,并對其進行了光解水產氫性能測試和光電化學性能測試。通過紫外可見漫反射測試結果表明,鎵酸鋅核殼結構光吸收要明顯高于鎵酸鋅納米球,這表明構建鎵酸鋅核殼結構可以明顯提高光吸收,從而使得鎵酸鋅核殼結構的光催化性能優(yōu)于鎵酸鋅納米球。
【關鍵詞】：鎵酸鋅 光解水 納米材料調控 表面處理 核殼結構
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 前言13
• 1.2 半導體光解水技術簡介13-17
• 1.2.1 光解水基本原理13-15
• 1.2.2 光解水產氫的基本過程15-16
• 1.2.3 對半導體催化劑的結構要求16-17
• 1.3 半導體光催化納米材料的調控17-20
• 1.3.1 納米材料的表面調控18-19
• 1.3.2 納米材料的結構調控19-20
• 1.4 尖晶石鎵酸鋅的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文選題思想及主要研究內容22-23
• 1.5.1 本文的選題思想22-23
• 1.5.2 本文的主要研究內容23
• 參考文獻23-33
• 第二章 單分散鎵酸鋅納米球的表面處理對光解水產氫性能的影響33-51
• 2.1 引言33-34
• 2.2 實驗部分34-36
• 2.2.1 試劑與儀器34-35
• 2.2.2 鎵酸鋅納米球的制備35
• 2.2.3 鎵酸鋅納米球的光催化測試35-36
• 2.2.4 鎵酸鋅納米球的光電催化測試36
• 2.3 結果與討論36-47
• 2.3.1 鎵酸鋅納米球的結構表征36-40
• 2.3.2 鎵酸鋅納米球的光解水產氫性能40-42
• 2.3.3 鎵酸鋅納米球的光電化學性能42-44
• 2.3.4 鎵酸鋅納米球表面處理性能提升的原因44-47
• 2.4 結論47
• 參考文獻47-51
• 第三章 鎵酸鋅核殼結構的制備及其光解水產氫性能的研究51-67
• 3.1 引言51-53
• 3.2 實驗部分53-54
• 3.2.1 試劑與儀器53
• 3.2.2 鎵酸鋅核殼結構的制備53
• 3.2.3 鎵酸鋅核殼結構的光催化性能測試53-54
• 3.2.4 鎵酸鋅核殼結構的光電催化性能測試54
• 3.3 結果與討論54-62
• 3.3.1 不同因素對核殼結構制備的影響54-58
• 3.3.2 鎵酸鋅核殼結構的形成機理探討58-59
• 3.3.3 鎵酸鋅核殼結構的光解水性能59-60
• 3.3.4 鎵酸鋅核殼結構的光電化學性能60-61
• 3.3.5 鎵酸鋅核殼結構的光吸收能譜61-62
• 3.4 結論62
• 參考文獻62-67
• 第四章 總結與展望67-69
• 4.1 本論文的主要結論67
• 4.2 本論文的創(chuàng)新之處67-68
• 4.3 展望68-69
• 致謝69-71
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及參與的科研項目71-72
• 附件72

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本文編號：544050