能源短缺和環(huán)境污染已成為人類發(fā)展亟待解決的問題,太陽能是豐富、無污染、可再生的清潔能源,其開發(fā)利用對解決能源危機及生態(tài)環(huán)境污染具有重要的意義。光催化是最具有潛力和發(fā)展前途的太陽能利用技術(shù),包括利用光催化降解有機污染物技術(shù)和利用光催化或光電催化分解水以獲得高能量密度清潔能源技術(shù)。在光催化過程中,半導(dǎo)體材料起著決定性的作用。例如,氧化鋅（ZnO）是一種常用的半導(dǎo)體材料,但以ZnO為代表的金屬氧化物存在如下問題:1)較寬的帶隙寬度決定了其對太陽光的響應(yīng)范圍較窄;2)體相內(nèi)導(dǎo)電性較差、水的氧化動力學(xué)速率低,光生載流子的轉(zhuǎn)移速率慢,同時載流子的復(fù)合速度快,到達反應(yīng)物表面或反應(yīng)物/電解質(zhì)界面的光生載流子數(shù)量少,太陽能轉(zhuǎn)換效率低;3)存在腐蝕問題,光化學(xué)穩(wěn)定性較差。因此,研發(fā)理想的半導(dǎo)體光催化材料,解決上述問題,是發(fā)展光催化技術(shù)的關(guān)鍵。本論文以ZnO為基礎(chǔ),利用g-C3N4、Ag、AgBr和BiOCl等材料為助劑成功合成了系列新型半導(dǎo)體納米復(fù)合材料,包括三維花狀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料（ZnO/CN）、新型泡沫氧化鋅-二氧化硅球/氮化碳（FZSS/CN）、銀-溴化銀/泡沫氧化鋅-二氧化硅球（Ag-AgBr... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２光電催化分解水機理示意圖ｆ７］??Ｆｉｇ．?１－２?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏ－／ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?ｓｃｈｅｍｅ??

?北京化工大學(xué)博士論文???光生載流子復(fù)合的概率，同時增加了載流子的壽命［１Ｑ］。ＰＥＣ可用于水的氧化（ｎ??型半導(dǎo)體）通過ＯＥＲ生成氧氣，或用于水的還原（ｐ型半導(dǎo)體）通過ＨＥＲ生成??氫氣。實驗室常用的光電化學(xué)分解水裝置如圖１－３所示。??＃ｉｖ?：茯修??＾?＼?２Ｈ＾２ｅ?？??Ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ?Ｆｔ??圖１－３光電化學(xué)分解水裝置［１１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏ－／ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??高效的光電催化分解水半導(dǎo)體光電極應(yīng)具備如下性能：??（１）對光的吸收能力要強；??（２）光生載流子的傳輸性能要好；??（３）光生載流子復(fù)合速率要低。??１．２．３．２光電催化分解水使用的半導(dǎo)體光電極類型??光電催化分解水時，將光電極浸入電解液中，由于光電極材料和電解液兩者??的光生載流子的轉(zhuǎn)移，光電極材料的費米能級和電解液的氧化還原電勢達到平??衡。當(dāng)光電極的費米能級與電解液的氧化還原電勢不同具有能量差時，光電極中??的電子或空穴則會自發(fā)的轉(zhuǎn)移到電解液中，因此在兩者的界面之間形成半導(dǎo)體光??電極帶邊彎曲。對于下面的（１）?（２）兩種類型的半導(dǎo)體來說，要求在光的照射??下對電極的電勢等于光電極的費米能級，通過在兩個電極間施加外壓的方式提高??電極上分解水的效率，可以解決光電極電勢不理想的問題。??（１）當(dāng)使用ｎ型半導(dǎo)體作為光陽極分解水時，在光的照射以及外部偏壓的??共同作用下，此時要求光陽極的價帶電勢要高于水的氧化電勢位置，才可以使光??陽極被激發(fā)生成光生載流子，使水可以在兩個電極上發(fā)生分解反應(yīng)（如圖１－４?ａ??所示

?第一章緒論???Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｂａｎｄ?〇２??Ｐｈｏｔｏ??ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ??丨＇?°２，－??１?Ｖ?ｉ?，?｛Ｃｈａｒｇｅｓ??＇、?，５?Ｓ?ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ??Ｉ?＾?ＯＨ??〇Ｘｉｄａｔｉ〇ｎ??Ｖａｌｅｎｃｅ?ｂａｎｄ?．〇Ｈ??圖１－５光催化降解機理??Ｆｉｇ．?１－５?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．３實現(xiàn)氣化鋅高效光催化的策略??１．３．１摻雜??摻雜是將雜質(zhì)引入本征半導(dǎo)體以調(diào)節(jié)其能級結(jié)構(gòu)及光電化學(xué)性能，是增強材??料導(dǎo)電性和在可見光下催化活性非常有效的手段。??１．３．１．１金屬摻雜??過渡金屬（如?Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｗ、Ｐｔ?和?Ａｕ?等）和稀??土金屬摻雜到氧化鋅晶體中，可擴展氧化鋅的光譜響應(yīng)范圍，從而提高其光催化??性能ｔ１７＿２１］。Ａｎａｎｄａ等人［％采用金屬離子摻雜和共催化劑改性的方法制備了一種??高效的可見光敏化的Ｃｕ２＋接枝的Ｃｅ摻雜ＺｎＯ光催化劑（Ｃｉ＾－ＣｅｘＺｎｈＯ）。在??ＣｅＺｍｉＯ的ＣＢ邊緣以下形成雜質(zhì)態(tài)，這些雜質(zhì)引起可見光吸收。Ｃ＾ＺｎｈＯ在??沒有Ｃｕ２＋共催化劑時，可見光活性可忽略不計。Ｓｉｎ等人［２３］發(fā)明了一種簡單、無??表面活性劑的溶劑熱法合成了摻Ｓｍ的氧化鋅納米棒（Ｓｍ／ＺＮＲｓ）。通過對苯酸??水溶液在可見光照射下的光催化降解行為，評價了產(chǎn)物的光催化活性，效果較好。??近幾十年來，銀因其較高的可見光響應(yīng)、表面等離子體共振效應(yīng)而備受關(guān)注；??同時由于其電子捕獲能力降低了電荷復(fù)合速率，從而提高了光催化能力［２４＿２６］。??Ｚｈａｎｇ等

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Porous g-C3N4 with enhanced adsorption and visible-light photocatalytic performance for removing aqueous dyes and tetracycline hydrochloride[J]. Junlei Zhang,Zhen Ma.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2018(04)
[2]高比表面空心球狀ZnO/ZnAl2O4復(fù)合光催化劑制備及活性[J]. 張麗,閻建輝,周民杰,楊亞輝,劉又年.  無機化學(xué)學(xué)報. 2012(09)



本文編號：3457224