發(fā)布時(shí)間：2021-07-06 03:13

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展顯著提升了人們的生活水平,也帶來(lái)了日益嚴(yán)重的能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題。半導(dǎo)體光催化技術(shù),作為一種環(huán)境友好型的綠色催化技術(shù),可直接將豐富的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能,是解決能源短缺與環(huán)境污染的有效途徑。鉍系氧化物半導(dǎo)體,既有較寬的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍,同時(shí)具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性,已經(jīng)成為光催化材料研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。然而,其在光催化應(yīng)用中仍然面臨以下問(wèn)題:第一,單組分材料的光生電子空穴易于復(fù)合,導(dǎo)致光量子產(chǎn)率偏低,光催化活性仍然較弱;第二,納米尺寸的光催化劑有利于表面催化反應(yīng),但其較高的表面能導(dǎo)致納米粉體易于團(tuán)聚、暴露的反應(yīng)位點(diǎn)減少,降低了光催化活性。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文利用靜電紡絲與溶劑熱相結(jié)合的方法,設(shè)計(jì)制備了一系列Bi Fe O₃基鉍系氧化物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)納米纖維材料,利用異質(zhì)結(jié)的界面內(nèi)建電場(chǎng)提升載流子的分離效率,利用納米纖維的一維特性提升載流子的傳輸和轉(zhuǎn)移,利用其納米級(jí)直徑和三維網(wǎng)氈結(jié)構(gòu)既保持了較高的比表面積也克服了納米材料易于團(tuán)聚的難題。同時(shí),Bi Fe O₃的鐵磁性也提升了材料的可分離回收能力和循環(huán)使用性能。... 

【文章來(lái)源】：東北師范大學(xué)吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：152 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體光激發(fā)后其光生電子空穴的轉(zhuǎn)移路徑示意圖

東北師范大學(xué)博士學(xué)位論文3體光催化可應(yīng)用于光催化分解水、光催化降解污染物、光催化還原二氧化碳（CO2）、光催化有機(jī)合成和光催化殺菌等（圖1.2）[16–22]。從機(jī)理上來(lái)說(shuō)，光催化分解水主要是利用半導(dǎo)體中的光生電子與水發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，光生空穴與水發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣[23,24]；光催化降解污染物是利用光生空穴及產(chǎn)生的反應(yīng)活性物種的氧化性來(lái)分解污染物[25,26]；光催化還原CO2制備碳?xì)淙剂现饕抢霉馍娮影l(fā)生一系列還原反應(yīng)[27,28]；光催化合成有機(jī)物即用到了光生電子的還原性也用到了光生空穴的氧化性來(lái)發(fā)生一系列反應(yīng)[29,30]；光催化殺菌和光催化降解污染物相同，同樣需要用到光生空穴及產(chǎn)生的反應(yīng)活性物種的氧化能力進(jìn)行氧化殺菌反應(yīng)[31]。接下來(lái)將對(duì)這幾個(gè)方向的應(yīng)用進(jìn)行深入討論。圖1.2半導(dǎo)體光催化的應(yīng)用領(lǐng)域。（1）光催化分解水制氫制氧光催化分解水制氫制氧是一種環(huán)保的綠色技術(shù)，產(chǎn)生的氫氣為清潔能源，能有效緩解日益增長(zhǎng)的能源危機(jī)和環(huán)境污染，產(chǎn)生的氧氣在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中也有著良好的應(yīng)用前景[32–36]。圖1.3為半導(dǎo)體光催化全解水的機(jī)理圖，該反應(yīng)能夠發(fā)生的前提條件是半導(dǎo)體的導(dǎo)帶位置要高于H+/H2的標(biāo)準(zhǔn)電位（0Vvs.NHE），同時(shí)半導(dǎo)體的價(jià)帶位置要低于H2O/O2的標(biāo)準(zhǔn)電位（1.23Vvs.NHE），此外半導(dǎo)體還應(yīng)具有較高的光生電子空穴分離效率，才能保證全解水反應(yīng)的發(fā)生[37,38]。在光激發(fā)下，半導(dǎo)體中的光生電子遷移到材料表面與吸附在表面的H+發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，而光生空穴遷移到材料表面與吸附的H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2，其反應(yīng)方程式為H2O=H2+1/2O2。然而目前為止，在沒(méi)有添加助催化劑和犧牲劑的條件下，光催化全解水的效率非常低，遠(yuǎn)不能達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是半導(dǎo)體材料的光生?

東北師范大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1.3半導(dǎo)體光催化全解水的反應(yīng)機(jī)理圖。圖1.4（a-e）不同Pt/g-C3N4復(fù)合樣品的TEM圖和Pt顆粒尺寸分布圖，（f）Pt/g-C3N4復(fù)合樣品的TEM高倍率圖，（g）不同Pt/g-C3N4復(fù)合樣品的光催化產(chǎn)氫速率圖，（c）利用XPS結(jié)果計(jì)算的不同Pt/g-C3N4復(fù)合樣品中Pt納米顆粒的負(fù)載量[46]。光催化分解水產(chǎn)氫是在反應(yīng)液中加入空穴犧牲劑，如甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H6O）、三乙醇胺（TEOA）等來(lái)消耗產(chǎn)生的光生空穴，提升載流子的分離效率。同時(shí)在催化劑表面沉積貴金屬，如鉑（Pt）、金（Au）、銠（Rh）和銀（Ag）等作為助催化劑，也能有效地提升催化劑的產(chǎn)氫效率。這是由于貴金屬能在光生電子與空穴復(fù)合前有效地將電子轉(zhuǎn)移，達(dá)到提升載流子分離的目的[39–44]。Hensen等人以石墨碳氮化物（g-C3N4）為光吸收劑，研究了Rh/g-C3N4材料中Rh納米顆粒的尺寸和負(fù)載量對(duì)光催化分解水的影響[45]。該工作表明在g-C3N4半導(dǎo)體表面負(fù)載足夠數(shù)量的Rh納米顆粒用于在光生電子與空穴復(fù)合之前除去電子，是構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]事件[J].   環(huán)境. 2019(03)



本文編號(hào)：3267402