本文關(guān)鍵詞：功能化三氧化二鐵納米結(jié)構(gòu)電極及其水分解行為研究

  更多相關(guān)文章： 半導(dǎo)體電極 水分解 析氧反應(yīng) 納米材料 三氧化二鐵

【摘要】：為應(yīng)對(duì)全球能源和環(huán)境危機(jī),發(fā)展可再生清潔能源成為破解未來能源需求增長(zhǎng)的關(guān)鍵。氫能是一種清潔能源,而基于半導(dǎo)體電極的水分解制氫技術(shù)則是有望實(shí)現(xiàn)的高效、低成本制氫的技術(shù)。近些年來納米材料的發(fā)展非常迅速,應(yīng)用的領(lǐng)域也很多。納米材料由于其獨(dú)特的尺寸有著其獨(dú)特的性質(zhì)。因此,對(duì)于半導(dǎo)體的材料,現(xiàn)在大多數(shù)的研究也是納米級(jí)別的。研究報(bào)導(dǎo)與普通材料的催化劑相比,納米催化劑有著驚人的催化性能,比如高的催化活性和選擇性。同時(shí)影響納米催化劑性能的因素也很多,如:尺寸的大小,納米材料的形狀,因而,在合成納米材料時(shí)要全面的考慮這些影響因素。然而,現(xiàn)有半導(dǎo)體電極的光解水效率普遍低于5%,遠(yuǎn)低于10%的可實(shí)用標(biāo)準(zhǔn),亟待探索新的效率提升模式和研究電極的限制因素。因此,對(duì)半導(dǎo)體電極進(jìn)行修飾并實(shí)現(xiàn)高效水分解成為能源研究領(lǐng)域的重大課題。本論文全面的回顧了水分解的發(fā)展史,介紹了水分解的基本原理,分析了提高水分解性能的方法,總結(jié)了水分解的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上以制備半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)電極為目標(biāo),探索通過對(duì)電極修飾來提高其在水分解方面的性能,更進(jìn)一步的分析其內(nèi)在機(jī)理,為水分解效率的提升提供有益的借鑒。本論文主要研究?jī)?nèi)容歸納如下:1.rGQDs自組裝層鈍化蠕蟲狀Fe_2O_3光陽極及其光電化學(xué)水分解行為研究首先采用水熱法合成β-FeOOH納米薄膜,經(jīng)高溫退火后得到蠕蟲狀α-Fe_2O_3;然后,通過溶液自組裝法將GOQDs修飾到α-Fe_2O_3表面,經(jīng)熱還原形成r GQDs自組裝層包覆的蠕蟲狀Fe_2O_3光陽極。對(duì)rGQDs自組裝層進(jìn)行優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),GOQDs水溶液濃度為0.05 g/m L時(shí)得到的α-Fe_2O_3/rGQDs光陽極的光電化學(xué)水分解性能最優(yōu)。相對(duì)于未修飾α-Fe_2O_3電極來說,在1.23 V(vs.RHE)處,鈍化修飾的α-Fe_2O_3/rGQDs光陽極可以顯著提高光電流密度約8倍。深入表征和分析表明,這主要得益于rGQDs可以有效鈍化Fe_2O_3的表面,極大地減少了表面態(tài)密度,抑制了電極/電解液界面處的電荷復(fù)合。此外,該工作有力的證明溶液自組裝方法也是一種有效的表面鈍化技術(shù)。2.Fe_2O_3@Ni(OH)_2復(fù)合電極的電解水研究采用電沉積方法在Fe_2O_3電極表面生長(zhǎng)Ni(OH)_2納米片,制備了Fe_2O_3@Ni(OH)_2復(fù)合電極作為一種有效的析氧電極。電沉積使用的是三電極體系,該方法簡(jiǎn)單易行。在掃描電鏡下可以清楚的看出三氧化二鐵的表面均勻的生長(zhǎng)了Ni(OH)_2納米片。通過對(duì)電沉積時(shí)間的優(yōu)化得出最優(yōu)的電沉積時(shí)間為60s,并進(jìn)一步研究了Fe_2O_3@Ni(OH)_2復(fù)合電極對(duì)水分解的電催化行為。結(jié)果表明Fe_2O_3@Ni(OH)_2電極的析氧催化性能比Fe_2O_3電極有明顯的提高,在電流密度為10mA cm-2時(shí),Fe_2O_3@Ni(OH)_2的電位比Fe_2O_3電極的電位要低210mV。進(jìn)一步研究和分析證明Ni(OH)_2在Fe_2O_3表面上的修飾,產(chǎn)生了極其明顯的協(xié)同電催化效應(yīng),降低了析氧的過電位,提高了反應(yīng)速度。研究提出了協(xié)同電催化效應(yīng)的機(jī)理。Ni(OH)_2在Fe_2O_3表面上的修飾,也增加了反應(yīng)表面積。Fe_2O_3@Ni(OH)_2電極也有很好的穩(wěn)定性。綜上所述,本論文的工作主要揭示了對(duì)材料進(jìn)行修飾,自組裝以及與其他材料復(fù)合均可以很好的調(diào)節(jié)材料的化學(xué)成分以及物理結(jié)構(gòu),這些獨(dú)特的性能可以明顯地改善高效水分解動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的限制。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體電極 水分解 析氧反應(yīng) 納米材料 三氧化二鐵
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ138.11;TQ151
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 納米材料催化劑11-14
• 1.2.1 納米科學(xué)技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用11-12
• 1.2.2 納米材料與納米材料催化劑性質(zhì)12-14
• 1.3 三氧化二鐵納米結(jié)構(gòu)電極的水分解研究進(jìn)展14-21
• 1.3.1 三氧化二鐵的性質(zhì)14-15
• 1.3.2 三氧化二鐵納米材料的制備方法15-18
• 1.3.3 三氧化二鐵在水分解領(lǐng)域里存在的挑戰(zhàn)18-19
• 1.3.4 提高三氧化二鐵水分解性能的方法19-21
• 1.4 本論文研究目的和創(chuàng)新點(diǎn)21-22
• 1.4.1 水分解存在的問題和挑戰(zhàn)21-22
• 1.4.2 本論文研究目的22
• 1.4.3 本論文創(chuàng)新點(diǎn)22
• 1.5 本論文組織結(jié)構(gòu)22-24
• 第二章 水分解的基本原理及相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法24-34
• 2.1 電解水基本原理24-25
• 2.1.1 電解水的基本原理24-25
• 2.1.2 電化學(xué)水分解反應(yīng)機(jī)理25
• 2.2 光電催化水分解原理25-28
• 2.2.1 光電催化系統(tǒng)25-26
• 2.2.2 光催化反應(yīng)的主要過程和機(jī)理26-28
• 2.3 相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法28-34
• 2.3.1 材料和設(shè)備28-31
• 2.3.2 研究方法31-34
• 第三章 自組裝石墨烯量子點(diǎn)修飾蠕蟲狀Fe_2O_3電極及光電水分解行為34-44
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法35-36
• 3.2.1 材料和電極制備35
• 3.2.2 形貌和性質(zhì)表征35-36
• 3.2.3 光電化學(xué)測(cè)量36
• 3.3 結(jié)果與討論36-42
• 3.3.1 rGQDs/Fe_2O_3電極形貌和晶體結(jié)構(gòu)分析36-38
• 3.3.2 rGQDs/Fe_2O_3電極光學(xué)性質(zhì)38-39
• 3.3.3 rGQDs/Fe_2O_3電極光電化學(xué)行為分析39-41
• 3.3.4 rGQDs/Fe_2O_3電極光致發(fā)光譜分析41-42
• 3.4 機(jī)理討論42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 Ni(OH)_2納米片修飾Fe_2O_3電極對(duì)氧析出催化增強(qiáng)效應(yīng)的研究44-54
• 4.1 引言44-45
• 4.2 電極的制備45
• 4.2.1 Fe_2O_3電極的制備45
• 4.2.2 制備Fe_2O_3@Ni(OH)_2 電極45
• 4.3 結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 Fe_2O_3@Ni(OH)_2 納米結(jié)構(gòu)形貌45-47
• 4.3.2 Fe_2O_3@Ni(OH)_2 電極氧析出電催化行為分析47-51
• 4.4 機(jī)理討論51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 結(jié)論和展望54-56
• 5.1 結(jié)論54
• 5.2 展望54-56
• 參考文獻(xiàn)56-70
• 致謝70-72
• 攻讀碩士期間完成的論文及成果72

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4 劉亞芬;由廢鐵渣制備三氧化二鐵[J];實(shí)驗(yàn)室研究與探索;2005年01期

5 侯婉華;原子吸收分光光度法測(cè)定玻璃制品中三氧化二鐵的含量[J];硅酸鹽通報(bào);1982年03期

6 吳武軍;;碘量法測(cè)定水泥生料中三氧化二鐵[J];水泥;1985年07期

7 石蕊,邱艷君;測(cè)定三氧化二鐵存在問題的討論[J];玻璃;1997年01期

8 趙希文;聞向東;;電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高硅鋁質(zhì)耐火材料中三氧化二鐵量[J];冶金分析;2012年04期

9 曹敬忠;;水泥試樣三氧化二鐵的測(cè)定(基準(zhǔn)法)中如何快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)pH值[J];科技傳播;2011年18期

10 吳國(guó)才;王克俊;;EDTA容量法測(cè)定三氧化二鐵[J];新疆礦冶;1984年02期

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1 劉剛;周雪梅;徐全龍;閆麗莎;;三氧化二鐵晶面調(diào)控的染料催化降解研究[A];第十三屆全國(guó)太陽能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

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1 陳靜;功能化三氧化二鐵納米結(jié)構(gòu)電極及其水分解行為研究[D];西南大學(xué);2016年

2 余宗哲;三氧化二鐵存在下低密度聚乙烯的堆肥降解機(jī)理研究[D];廣西大學(xué);2013年

3 周宏建;有機(jī)分子模板控制下的三氧化二鐵的礦化結(jié)晶及機(jī)理研究[D];江蘇科技大學(xué);2010年

4 曹人玻;以鈦白副產(chǎn)物綠礬為原料低溫制備納米三氧化二鐵的研究[D];華南理工大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：742701