本文關(guān)鍵詞： 釩酸鉍 光催化 光電化學(xué) 氮化碳 多孔結(jié)構(gòu)　出處：《蘭州理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太陽光照射下,光催化及光電催化分解水能夠從水中產(chǎn)生綠色的氫氣已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。然而,在提高能量轉(zhuǎn)換效率方面仍然存在諸多挑戰(zhàn),例如,利用寬波長的光子來制備氫氣,促進特定波長下的反應(yīng)效率,以及提高半導(dǎo)體材料的壽命。由于光催化和光電催化材料的半導(dǎo)體特性決定著光照時材料是否能被激發(fā),以及有多少光生載流子能夠遷移到分解水的反應(yīng)表面。因此,調(diào)控這些特性是發(fā)展光分解水的最主要方面。首先,對于一個特定的半導(dǎo)體材料,表面修飾不僅能夠活化半導(dǎo)體來分解水,而且可以促進電荷分離、提升半導(dǎo)體材料在光激發(fā)時的穩(wěn)定性。其次,形成p-n結(jié)對光電化學(xué)分解水的效率有顯著影響。本文利用單斜相釩酸鉍半導(dǎo)體材料具有可見光響應(yīng)的優(yōu)點,分別構(gòu)建了釩酸鉍基的三元復(fù)合的納米片光催化劑以及多孔結(jié)構(gòu)的光電陽極并對其表面進行了助催化劑修飾。通過各種表征手段對催化劑的結(jié)構(gòu)、組成、形貌等物理化學(xué)性質(zhì)進行表征分析,在可見光下降解有機染料作為模型反應(yīng)研究所制備光催化劑的活性,以及光電流密度和光電化學(xué)產(chǎn)氫能力來考察光電陽極的光電化學(xué)性能。主要的研究內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)利用乙醇胺作為形貌控制劑,通過水熱法一步合成BiOCl/BiVO4復(fù)合納米片,后又將金屬Bi用原位還原法沉積在該納米片表面。最終得到的Bi/BiOCl/BiVO4三元復(fù)合納米片同時具有p-n異質(zhì)結(jié)和金屬表面等離子共振結(jié)構(gòu)。光催化和光電化學(xué)性能測試結(jié)果表明,該新型的具有混合結(jié)構(gòu)的光催化劑具有可見光下優(yōu)異的對RhB的降解能力和瞬態(tài)光電流響應(yīng)。(2)通過簡單的滴涂-焙燒法,一步合成孔徑可調(diào)的BiVO4納米多孔薄膜。表征和測試結(jié)果表明,孔徑分布在300-400 nm的BiVO4納米多孔薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收、電荷分離能力以及光電化學(xué)性能。更重要的是,我們探索并解釋了導(dǎo)致多孔BiVO4光電陽極如此高效的光電轉(zhuǎn)換效率的原因。具體來說,利用一種新型的檢測手段,同步光照射光電子能譜(SIXPS)直接觀測到了BiVO4納米多孔薄膜內(nèi)部光生電子-空穴的有效分離。另外,光學(xué)測試證明,多孔結(jié)構(gòu)中存在光的衍射和限域效應(yīng),從而促進了對可見光的吸收。(3)利用簡單的浸漬法將超薄的g-C3N4納米片均勻地覆蓋在納米多孔的BiVO4光電極表面。并且通過新型的同步光照射光電子能譜(SIXPS)技術(shù)揭示了半導(dǎo)體材料體相內(nèi)光生電荷的遷移過程,結(jié)果表明,超薄的g-C3N4納米片能夠有效抑制BiVO4中光生電荷的復(fù)合,而且光生空穴能快速遷移到納米片表面進行氧化水的反應(yīng)。另一方面,莫特-肖特基和電化學(xué)阻抗譜進一步表明超薄的g-C3N4層狀結(jié)構(gòu)能夠顯著提高載流子密度,促進光電極/電解液反應(yīng)界面光生電荷的遷移。正如預(yù)期的一樣,超薄的g-C3N4納米片負(fù)載后的BiVO4多孔光電極呈現(xiàn)出比Co-Pi和FeOOH修飾的更加優(yōu)異的光電化學(xué)氧化水性能。
[Abstract]:Photocatalysis and photocatalytic decomposition of water from water to produce green hydrogen from water has attracted widespread attention under sunlight. However, there are still many challenges in improving energy conversion efficiency, such as, Hydrogen is prepared by using photons of wide wavelength to promote the reaction efficiency at specific wavelengths and to increase the lifetime of semiconductor materials. Because the semiconductor properties of photocatalytic and photocatalytic materials determine whether the materials can be excited under light, And how many photo-generated carriers can migrate to the surface of the reaction to decompose water. Therefore, the regulation of these properties is the most important aspect of the development of photodissociated water. First, for a particular semiconductor material, Surface modification can not only activate semiconductors to decompose water, but also promote charge separation and enhance the stability of semiconductor materials under photoexcitation. The formation of p-n junction has a significant effect on the efficiency of photochemical decomposition of water. In this paper, the monoclinic bismuth vanadate semiconductor material has the advantage of visible light response. The composite nanocrystalline photocatalyst of bismuthyl vanadate and the porous photoanode were constructed, and the surface of the catalyst was modified with cocatalyst. The structure and composition of the catalyst were studied by various characterization methods. The physical and chemical properties, such as morphology, were characterized and analyzed. The photocatalyst was prepared by degradation of organic dyes under visible light as a model reaction institute. The photochemical properties of photoanode were investigated by photocurrent density and photochemical hydrogen production ability. The main contents and results are as follows: 1) using ethanolamine as morphology control agent, BiOCl/BiVO4 composite nanocrystals were synthesized by hydrothermal method. Then the metal Bi was deposited on the surface of the film by in-situ reduction method. The resulting Bi/BiOCl/BiVO4 ternary composite nanocrystals have both p-n heterojunction and metal surface plasmon resonance structure. The photocatalytic and photoelectrochemical properties of the composite nanocrystals are measured. The novel photocatalyst with mixed structure has excellent degradation ability and transient photocurrent response of RhB under visible light. One-step BiVO4 nano-porous films with adjustable pore size. Characterization and measurement results show that BiVO4 nano-porous films with pore size distribution between 300 and 400 nm exhibit excellent photoabsorption, charge separation and photochemical properties. We have explored and explained why the photovoltaic conversion efficiency of porous BiVO4 photoanode is so high. Simultaneous photoelectron spectroscopy (SIX PS) has directly observed the effective separation of photogenerated electrons and holes in BiVO4 nanoporous films. In addition, optical measurements show that there are diffraction and limiting effects of light in porous structures. Thus, the absorption of visible light is promoted. The ultra-thin g-C _ 3N _ 4 nanoparticles are uniformly covered on the surface of BiVO4 photoelectrode by a simple impregnation method, and the results are revealed by a new type of simultaneous photoelectron irradiation photoelectron spectroscopy (SIX) technique. The transfer process of photogenerated charges in the bulk phase of semiconductor materials, The results show that the ultrathin g-C _ 3N _ 4 nanoparticles can effectively inhibit the recombination of photogenerated charges in BiVO4, and the photogenerated holes can migrate rapidly to the surface of the nanoparticles for the oxidation of water, on the other hand, Mott-Schottky and electrochemical impedance spectroscopy further show that the ultra-thin g-C _ 3N _ 4 layered structure can significantly increase the carrier density and promote photoinduced charge transfer at the interface of photoelectrode / electrolyte reaction. The BiVO4 porous photoelectrodes supported on ultrathin g-C _ 3N _ 4 nanoparticles exhibit better photoelectrochemical oxidation performance than those modified by Co-Pi and FeOOH.
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

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