在過去四十年里,光催化因其在解決環(huán)境污染和能源危機方面的巨大潛力而受到廣泛關注。光催化過程是基于半導體材料的帶間激發(fā)。然而,由于大多數(shù)半導體的帶隙較寬,載流子復合嚴重,光催化的實際轉(zhuǎn)化效率很低。將具有表面等離子共振效應的金屬納米顆粒與寬禁帶的半導體結(jié)合可提高催化劑的光響應范圍和載流子的分離效率,是改善半導體光催化性能的有效途徑之一。但是,金屬/半導體界面形成的肖特基勢壘對熱電子向半導體的轉(zhuǎn)移具有一定阻礙作用,而且由于電子-電子和電子-聲子散射的作用,熱電子的壽命僅在幾百飛秒量級。因此,提高熱電子的注入效率對等離子金屬/半導體光催化體系的活性改善具有重要意義。本論文通過在TiO2能帶結(jié)構(gòu)中引入Fe雜質(zhì)能級,構(gòu)建了 Ag/Fe-TiO2光催化劑體系,有效地提高了其在可見光下光催化降解羅丹明B的活性。利用同步輻射X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)（XANES）技術,在原位光照條件下解析了 Fe和Ti的L邊吸收譜,揭示了 Ag/Fe-TiO2光催化劑體系中熱電子的轉(zhuǎn)移機理;并結(jié)合X射線衍射、X射線光電子能譜、透射電鏡照片、紫外可見漫反射吸收光譜和第一性原理計算等結(jié)果,建立了 Ag/Fe-TiO2光催化劑的構(gòu)效... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１理想金屬與ｎ型半導體接觸時的能帶變化示意圖【１２］

??，?＾?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ??Ｖ?＼?（ｂａｎｄ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｎｇ）??（ｉｉ）?Ｃｈａｒｇｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?氣?＋?〇?＼??ａｎｄ?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ｔｏ?＼?／?＼??ｓｕｒｆａｃｅ?＼?＾０一??ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｉｔｅｓ?＼?（＇？０?Ｃｏｎｓｔｒｕｃｂｏｎ?ｏｆ???〇２?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｉｔｅｓ??｛ｉ〇?Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒ?Ｏ２?ｅｖｄｕｔｉｏｎ??ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ??圖１＿３半導體光催化劑光解水的反應原理［２〇］。??（１）吸收光子產(chǎn)生載流子??在第一步過程里，材料的光吸收和散射在整個光催化過程中起著突出而又??常被低估的作用，嚴重影響著反應速率。半導體材料的吸光性能主要與其價導??帶位置和帶隙大小相關，這既與半導體材料本身的特性相關也是材料的可被調(diào)??控之處。因此，了解半導的價導帶位置對于設計改性催化劑有非常重要的作用。??如果半導體的帶隙過窄，可能無法滿足特定化學反應所需的化學勢，如果過寬??則無法有效利用可見光。所以從光吸收的角度出發(fā)，如何在滿足反應的完成的??條件下盡可能的提高材料本身的吸光性能是一個非常值得被研宄的方向之一。??目前被用作提高半導體材料光吸收性能的改性方法有很多，比較常見的有金屬／??非金屬摻雜、表面敏化等。??（２）載流子分離并遷移至表面??半導體受到能量大于禁帶寬度的光照射產(chǎn)生具有強氧化性的空穴（ｈ＋）和??強還原性型的光生電子（ｅ＿）后，光生電子和空穴需要克服體相和表面復合才??能夠氧化和還原吸附在催化劑表面的物種［２１］。因此抑制電子與空穴的復合才有??可能提高光催

其與團簇或者塊材的光催化劑相比，具有了很多特有的性質(zhì)，??因此被認為是光催化劑未來一個非常具有前景的方向。此外，為了達到完美的??催化效果，也有人將稀有金屬的原子作為助催化錨定在基底上，很少的用量便??可以達到很好的催化效果，但缺點是材料本身價格昂貴。Ｌｉ等人制備了擔載Ｐｔ??單原子的２Ｄ?ｇ－Ｃ３Ｎ４發(fā)現(xiàn)Ｐｔ原子在反應前后能夠穩(wěn)定的存在于ｇ－Ｃ３Ｎ４的表面并??且可以修飾基底表面的缺陷態(tài)。其光解水的產(chǎn)氫性能與Ｐｔ團簇相比具有明顯優(yōu)??勢，且在擔載量為０．０７５％時產(chǎn)氫活性最高，如下圖１－４所示ｆ２＇為了降低ＳＡＣ??的成本、擴大研宄范圍，研宄人員又引入了非貴金屬原子作為助催化劑。與貴??金屬ＳＡＣ?—樣，非貴金屬ＳＡＣ在光催化過程中可以提供單個活性位點并表現(xiàn)??出高活性。例如，原子分散的非貴金屬單原子（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）催化劑表現(xiàn)出比??常規(guī)材料高得多的催化性能。??＾１２－???，迄?ｆ?尤?ｗ？ｈ?Ｐｔ?爐＃?ａｏｌｍ＊??０５?ｗＯｈ?Ｐｔ?ｔｉｎｇｌｅ?ａｔｏｍｓ?ｗａ?ｃｌｙｓｌＭ??？?ｅｇ＾＾ＷｉＰｉｐａｍｃｉｗ???１８?Ｈ?ＭＲ??ｃ?．?■?．．?＇?＊??〇?４??？４Ｍ??ｌ??＞??＇?〇??—————?———??ｘ?０．０７５?０．１１?０．１６?０．３８?３．２??Ｐｔ?ｌｏａｄｉｎｇ?（ｗｔ％）??圖１－４?Ｐｔ單原子擔載的ｇ－Ｃ３Ｎ４的產(chǎn)氫量及ＳＴＥＭ－ＨＡＤＤＦ照片［２７】。??由于其獨特的電子和光學性質(zhì)，一維（］Ｄ）納米結(jié)構(gòu)如線、棒、帶等在光催??化領域的應用受到了極大的關注。這些性質(zhì)促使大量研宂者對一維材料的納米?

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3511580