發(fā)布時間：2020-11-03 22:56

　　 表面等離激元材料因其在外界光場的激發(fā)下所表現(xiàn)出的特有的表面等離激元共振特性(SPR)而備受關(guān)注,廣泛應(yīng)用于催化、成像、檢測、生物等領(lǐng)域。作為一種典型的各向異性等離激元納米材料,金納米棒(GNRs)具有響應(yīng)波長在550 nm-1550 nm之間可調(diào)、生物相容性良好、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點。近年來研究表明金納米棒能夠增強半導(dǎo)體材料的光催化活性,但目前多為無機半導(dǎo)體用于光催化,吸收大多位于紫外區(qū),對可見光的利用率較低。因此為了提高可見光的利用,需要設(shè)計并制備可見光下的高效光催化劑。卟啉組裝體是一種光電性能優(yōu)異的有機半導(dǎo)體材料,相較于傳統(tǒng)的TiO_2等無機半導(dǎo)體材料,其吸收光譜位于可見光區(qū),能更有效地利用太陽光,但反應(yīng)中需Pt納米顆粒作為助催化劑。為此本論文工作選擇金納米棒與卟啉進(jìn)行復(fù)合,以期結(jié)合二者特點獲得更高效的太陽能利用材料,并研究其光催化制氫機理。本論文內(nèi)容主要從以下兩個方面展開:1.通過酸堿中和/膠束限域自組裝的方法,制備形貌規(guī)整的金納米棒-卟啉核殼結(jié)構(gòu)。以水分散性好的金納米棒(GNRs)和具有光學(xué)活性的四吡啶基鋅卟啉(ZnTPyP)為組裝單元,通過調(diào)控GNRs長徑比、乳化劑種類及濃度、體系pH值等反應(yīng)參數(shù)來實現(xiàn)復(fù)合材料的可控制備。通過調(diào)控反應(yīng)參數(shù),利用由CTAB/NaOL包覆且長徑比大于4的GNRs與ZnTPyP制備出了形貌規(guī)整、尺寸均一、單分散性好的復(fù)合結(jié)構(gòu)。結(jié)合TEM等電鏡觀測及動態(tài)追蹤實驗,顯示復(fù)合材料為卟啉自組裝體包覆GNRs的核殼結(jié)構(gòu)。對GNRs-ZnTPyP核殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行晶型分析(XRD),結(jié)果顯示核殼結(jié)構(gòu)具有較好的晶格結(jié)構(gòu)且堆積方式為六棱堆積。2.對GNRs-ZnTPyP核殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行紫外-可見光譜表征、穩(wěn)態(tài)熒光表征、瞬態(tài)熒光壽命測試及光電流測試分析,顯示復(fù)合材料兼具GNRs與ZnTPyP的可見光響應(yīng),其在可見光區(qū)有很好的光吸收。光電流測試結(jié)果顯示,GNRs-ZnTPyP核殼結(jié)構(gòu)、ZnTPyP自組裝體的光電流密度分別約為2.0μA/cm~2、0.8μA/cm~2,核殼結(jié)構(gòu)約是自組裝體的2.5倍。以抗壞血酸(AA)為電子供體,在pH≈5.0條件下,對不同催化劑體系進(jìn)行了無Pt負(fù)載可見光催化產(chǎn)氫測試。相同條件下,GNRs-ZnTPyP核殼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)氫速率為37 mmol/g/h,是GNRs與ZnTPyP自組裝體物理混合的15倍。對GNRs-ZnTPyP核殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同波段的光催化分解水制氫測試,結(jié)果顯示鋅卟啉為主要的電子供體,GNRs表面等離激元共振的局域場作用及與卟啉之間的耦合作用能夠提高光生電子-空穴的數(shù)量并促進(jìn)分離和傳輸,最終增強光催化制氫效果。而GNRs自身產(chǎn)生的熱電子也能夠?qū)策鸬揭欢ɑ罨饔迷鰪姶呋阅�。這幾種效應(yīng)彼此協(xié)同增強使得核殼結(jié)構(gòu)具有較為優(yōu)異的光催化制氫效果。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;O644.1
【部分圖文】：

程示意圖[8]：Ⅰ 載流子的形成；Ⅱ 載流子的復(fù)合；Ⅳ 價帶空穴引發(fā)氧化途徑；Ⅴ 活性氧物種的水解或產(chǎn)生的光生電子-空穴對具有強的還原和氧化，目前研究較多的有光解水產(chǎn)氫[9, 10]、光還原系列由活性氧物種（ROS）驅(qū)動的反應(yīng)。光催化應(yīng)用高的能量和環(huán)境友好性，被認(rèn)為是潛在的能量和光電化學(xué)分離技術(shù)進(jìn)行光解水制氫已成為人轉(zhuǎn)向如何有效地利用太陽能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)分解水產(chǎn)生氫氣，而氫氣作為清潔能源又可用生產(chǎn)方式（圖 1-2）[9]是對環(huán)境問題的適當(dāng)關(guān)

過程示意圖[8]：Ⅰ 載流子的形成；Ⅱ 載流子的復(fù)合；Ⅲ ；Ⅳ 價帶空穴引發(fā)氧化途徑；Ⅴ 活性氧物種的水解或反中所產(chǎn)生的光生電子-空穴對具有強的還原和氧化能力應(yīng)，目前研究較多的有光解水產(chǎn)氫[9, 10]、光還原二等一系列由活性氧物種（ROS）驅(qū)動的反應(yīng)。光光催化應(yīng)用很高的能量和環(huán)境友好性，被認(rèn)為是潛在的能量載化和光電化學(xué)分離技術(shù)進(jìn)行光解水制氫已成為人們光轉(zhuǎn)向如何有效地利用太陽能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能化分解水產(chǎn)生氫氣，而氫氣作為清潔能源又可用于能源生產(chǎn)方式（圖 1-2）[9]是對環(huán)境問題的適當(dāng)關(guān)注

入的是 TiO2體系[16]。發(fā)展到現(xiàn)在，光響應(yīng)位于紫外區(qū)要，因此人們設(shè)計并制備出了一系列具有高效、高穩(wěn)定化劑，如金屬-金屬異質(zhì)結(jié)、金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、卟啉機-有機復(fù)合材料、量子點等體系。盡管有如此多的光 O2，但是由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度較大，它0 nm）。由于入射到地球表面近一半的太陽能位于可見-3，因此傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料并不能很好的利用可見光，用率很低，因此如何有效地利用可見光高效地實現(xiàn)光的工作。
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本文編號：2869225