【摘要】：半導(dǎo)體光催化技術(shù),作為一種綠色理想的技術(shù),可以通過水分解、二氧化碳光還原以及污染物降解將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。氧化鋅作為一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、易制備以及對人體無害等優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來被學(xué)術(shù)界認(rèn)為是一種重要的半導(dǎo)體材料,但是由于氧化鋅的光腐蝕造成了其在光照下的不穩(wěn)定,大大限制了氧化鋅的實(shí)際應(yīng)用。如何提高氧化鋅在光催化反應(yīng)中的穩(wěn)定性仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。本課題報(bào)道了碳材料修飾的氧化鋅納米棒陣列的制備以及其二氧化碳光還原穩(wěn)定性研究。本文合成氧化鋅納米棒陣列的制備工藝是水熱法,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳材料對氧化鋅納米棒陣列的雙修飾,即碳包覆和碳摻雜。本課題使用了不同質(zhì)量的葡萄糖(0.05g、0.1g、0.2g、0.3g)作為碳源。利用TEM、SEM、UV-Vis、Raman、PL、EIS等分析手段對合成材料的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明,碳材料的修飾可以大大提高氧化鋅納米棒陣列的穩(wěn)定性,抑制了光催化反應(yīng)過程中的光腐蝕。同時(shí)由于碳材料的修飾,氧化鋅納米棒陣列大大提高了光生電子和空穴的分離和遷移。基于上述的協(xié)同作用,碳材料修飾后的氧化鋅納米棒陣列的光催化二氧化碳還原穩(wěn)定性能大大提高。本文還探究了光催化材料的光電性能,發(fā)現(xiàn)在可見光下,當(dāng)碳材料修飾時(shí),光電流提高了4.4倍,光電性能的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的設(shè)想。最后,本文探究了碳材料的雙修飾提高氧化鋅納米棒陣列穩(wěn)定性的機(jī)理。
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文體光化學(xué)的角度來看，光催化是半導(dǎo)體材料在光照條件下氧化還原反應(yīng)。當(dāng)入射光子的能量不少于半導(dǎo)體的禁帶寬料受光激發(fā)才會(huì)產(chǎn)生電子空穴對。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電子級(jí)范圍是+0.5~-1.5 V，因此這些半導(dǎo)體材料可以作為還原空穴的強(qiáng)氧化能級(jí)范圍是+1.0 ~ +3.5 V。入射光子的能量中。這些能量通過一系列的電子傳導(dǎo)過程以及表界面反應(yīng)。

也被命名為“人工光合成”，越來越，這也由于由于氫氣具有超高的能力密度。作為 100 kWh 的化學(xué)能，然而 450 Kg 的鋰電池才相外，如果全部的化石燃料可以被可再生能源代替碳的化合物，這樣全球氣候變暖危機(jī)也可以得到產(chǎn)生可再生能源的光催化技術(shù)為人們提供了可持應(yīng)由兩個(gè)半反應(yīng)組成，即產(chǎn)氫反應(yīng)和產(chǎn)氧反應(yīng)。應(yīng)必需的一步，產(chǎn)氧反應(yīng)為產(chǎn)氫反應(yīng)提供了質(zhì)子解水的基本原理如圖 1-2 所示36。如圖所示，電在價(jià)帶產(chǎn)生同量的空穴，這些電子和空穴隨后轉(zhuǎn)應(yīng)和產(chǎn)氧反應(yīng)。因此，為了實(shí)現(xiàn)全水分解，，匹配得尤為重要。從熱力學(xué)角度講，光催化半導(dǎo)體材級(jí)下的-0.41 V（pH =7），同時(shí)價(jià)帶位置要高于標(biāo)因此，為了實(shí)現(xiàn)全水分解，材料的禁帶寬度最小
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1

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本文編號(hào)：2639985