近年來,由于日益嚴(yán)重的環(huán)境問題和能源短缺問題,綠色可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。氫能源是一種清潔的可再生能源,對解決上述問題至關(guān)重要。利用太陽能進(jìn)行光催化分解水產(chǎn)氫是制備氫氣的一種新型綠色技術(shù)。然而,傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化劑（如Ti O₂、Zn O、Cd S）因其禁帶寬度較大僅對紫外光有響應(yīng)（約占太陽能的4%）或化學(xué)穩(wěn)定性較差,嚴(yán)重阻礙了光催化技術(shù)的發(fā)展。目前,探索高效可見光半導(dǎo)體光催化劑已經(jīng)成為光催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。硒化銅(Cu_2-xSe)是一種p型半導(dǎo)體,晶型為立方晶系,帶隙為1.4 e V-2.2 e V,因其具有優(yōu)異的可見光捕獲能力及迅速的光電響應(yīng)性能,在光催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文首次以Cu_2-xSe為主要研究對象,篩選出單體Cu_2-xSe的最佳制備條件以及分別構(gòu)建了Cu_2-xSe/rGO和Cu_2-xSe/g-C₃N₄兩個(gè)異質(zhì)結(jié)體系,并對各體系的微觀結(jié)構(gòu)、光電性能、光催化性能進(jìn)行考察,深入分析了其... 

【文章來源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化反應(yīng)原理示意圖

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖1-2(a)type-I、(b)type-II、（c）type-III和（d）p-n異質(zhì)結(jié)在光催化過程中的電子傳輸機(jī)理示意圖[69]Fig.1-2Schematicillustrationoftheelectronictransportmechanismin(a)type-I,(b)type-II,(c)type-IIIheterojunctions,and(d)p-nheterojunctionphotocatalystinphotocatalyticprocess[69]（2）S型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)在type-II型異質(zhì)結(jié)的界面上，光生電子將從具有較高導(dǎo)帶（CB）的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到具有較低CB的半導(dǎo)體，而光生空穴則從有較低的價(jià)帶（VB）轉(zhuǎn)到較高的VB上，如圖1-3所示。在傳統(tǒng)的II型異質(zhì)結(jié)中，界面電荷轉(zhuǎn)移大大降低了光生電子和空穴的氧化還原能力，這種電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理在熱力學(xué)上不利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。此外，由于庫侖靜電排斥力的存在，PCII的導(dǎo)帶上的電子很難轉(zhuǎn)移到PCI上。另外，PCII也存在電子和空穴的庫倫引力，這也阻礙了電子的轉(zhuǎn)移。同樣，PCI的VB上的空穴也不容易轉(zhuǎn)移到PCII。因此，type-II型異質(zhì)結(jié)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上具有明顯的局限性。為了克服上述缺點(diǎn)，近年來科研人員提出構(gòu)建S-型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)[72]，其主要由兩種n型半導(dǎo)體光催化劑組成，PCⅠ和PCII分別代表氧化光催化劑和還原光催化劑。在光的照射下，半導(dǎo)體PCI和PCII的VB上的電子被激發(fā)躍遷至其導(dǎo)帶上。S型異質(zhì)結(jié)中光生電子的轉(zhuǎn)移更像是“臺(tái)階”（宏觀觀點(diǎn)）或“N”（微觀觀點(diǎn)）。電子和空穴在空間上分離，分別位于PCII的CB和PCI的VB中。電荷載流子轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)力主要來自于PCI與PCII之間的內(nèi)部電場，通常氧化光催化劑PCI具有較大的功函數(shù)和較低的費(fèi)米能級，而還原光催化劑PCII的功函數(shù)較小，費(fèi)米能級較高。當(dāng)PCI

詠?ü??塹慕緱孀?頻絇CI。在S型異質(zhì)結(jié)中，PCI的CB中相對無用的電子和PCII的VB中的相對無用的空穴在界面上被重組和消除。相反，由于內(nèi)部電場的存在，在PCI的VB中保留有用的空穴，在CB中保留有用的電子。Fu等人[72]采用靜電自組裝技術(shù)成功制備了2D/2DWO3/g-C3N4S型異質(zhì)結(jié)光催化劑，實(shí)驗(yàn)表明15%WO3/g-C3N4復(fù)合樣品具有最高的光催化產(chǎn)氫活性（982μmol·g-1·h-1），相比于單體g-C3N4和WO3，其產(chǎn)氫速率顯著提高，提升的光催化性能主要?dú)w因于構(gòu)建的S型異質(zhì)結(jié)使相對無用電子和空穴快速復(fù)合，但阻礙了有用電子和空穴的復(fù)合。圖1-3傳統(tǒng)type-II型（a）和Z（b）型載流子轉(zhuǎn)移示意圖[72]Fig.1-3Theschematicdiagramsofchargetransferinconventionaltype-IIheterojunction(a)andS-schemeheterojunction(b)[72]1.4.4構(gòu)建半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)目前，半導(dǎo)體-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)研究最多（例如MoS2/RGO、TiO2/g-C3N4、Ag3PO4/BiVO4等[73,74]），被文獻(xiàn)廣泛報(bào)道。然而，構(gòu)建半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)需要考慮多種因素的影響，因此，開發(fā)和設(shè)計(jì)高效的異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑一直是科研工作者面臨的巨大挑戰(zhàn)。目前，研究發(fā)現(xiàn)在同種半導(dǎo)體之間構(gòu)建同質(zhì)結(jié)是增強(qiáng)光催化劑活性的有效策略。同質(zhì)結(jié)的優(yōu)點(diǎn)為：①兩個(gè)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)相似，兩相界面間能帶差小，能量損失少；②兩個(gè)半導(dǎo)體晶格參數(shù)接近，界面處缺陷減少，從而加速光生載流子的轉(zhuǎn)移[75,76]。目前，科研工作者已經(jīng)成功制備出金屬/金屬同質(zhì)結(jié)、半導(dǎo)體/半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)。Wang等人[77]報(bào)道采用簡單有效的煅燒方法成功制備出銳鈦礦/金紅石TiO2同質(zhì)結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，銳鈦礦/金紅石（11.6wt%）TiO2同質(zhì)結(jié)具有最優(yōu)的RhB降解率和光催化產(chǎn)氫速率，這歸因于在金紅石與銳鈦礦界面處形成表面相直接接觸的結(jié)，并且兩相之間存

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]世界能源的未來[J]. 朱成章.  中國電力. 2003(09)

碩士論文
[1]In2Se3基復(fù)合光催化體系的構(gòu)建及催化性能研究[D]. 王瑞苗.西北大學(xué) 2019



本文編號：3605028