半導體光催化技術(shù)能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學能儲存在太陽燃料中,被視為化解當今能源與環(huán)境危機的有效途徑,近年來備受關(guān)注。光催化反應(yīng)中光生載流子的產(chǎn)生與分離過程是承接光吸收與表面催化反應(yīng)的關(guān)鍵步驟,該過程往往發(fā)生在飛秒至納秒的時間尺度。因此須利用具有時間分辨技術(shù)手段才能揭示其中的奧秘。文本以典型的二氧化鈦基光催化材料為主要研究對象,以時間分辨超快光譜技術(shù)為研究工具,探討了半導體催化劑中的缺陷對光生載流子的影響。主要完成了以下工作:（一）利用納秒時間分辨的激發(fā)能量掃描-瞬態(tài)紅外吸收光譜技術(shù)與飛秒時間分辨中紅外瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)研究了一種非金屬硼摻雜的銳鈦礦二氧化鈦微米球粉末樣品。該樣品的光催化特性表現(xiàn)為,表面不含硼的樣品的光解水性能為產(chǎn)氫效果良好但產(chǎn)氧效果不佳;但當其表面有硼摻雜時,光解水性能卻變?yōu)楫a(chǎn)氧效果良好但產(chǎn)氫不佳。為了揭示表面硼摻雜前后二氧化鈦微米球催化性能改變的原因,我們從缺陷態(tài)能級分布的變化及其對光生載流子的動力學的影響的角度展開研究。納秒時間分辨光譜的研究發(fā)現(xiàn),表面的硼摻雜可以有效地消除原先位于價帶上方的缺陷態(tài)。因此,在價帶中產(chǎn)生的光生空穴可以自由地遷移到催化劑表面,進而在光解水反應(yīng)... 

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 光催化技術(shù)簡介
    1.3 半導體光催化機理
    1.4 二氧化鈦的電子結(jié)構(gòu)
    1.5 半導體缺陷對光催化的影響
    1.6 時間分辨光譜在光催化材料表征中的應(yīng)用
    1.7 論文架構(gòu)
第2章 實驗部分
    2.1 引言
    2.2 時間分辨中紅外吸收光譜系統(tǒng)
        2.2.1 納秒時間分辨中紅外吸收光譜系統(tǒng)
        2.2.2 飛秒時間分辨中紅外吸收光譜系統(tǒng)
    2.3 其他光催化劑常用表征手段
        2.3.1 紫外-可見-近紅外吸收光譜
        2.3.2 紅外吸收光譜
        2.3.3 傅里葉變換紅外光譜
        2.3.4 電子順磁共振
        2.3.5 拉曼光譜
        2.3.6 透射電子顯微鏡
        2.3.7 X射線光電子能譜
        2.3.8 X射線吸收譜
    2.4 光催化分解水性能測試
    2.5 樣品制備
        2.5.1 硼改性的銳鈦礦二氧化鈦微米球的制備
        2.5.2 還原態(tài)金紅石相TiO2(110)單晶的制備
第3章 利用時間分辨紅外光譜研究缺陷態(tài)對硼摻雜銳鈦礦相二氧化鈦微米球光催化性能的影響
    3.1 研究背景
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 光催化分解水測試
        3.2.2 紫外-可見吸收光譜測試
        3.2.3 利用TRIRA-EESS研究光解水產(chǎn)氧性能
        3.2.4 利用飛秒時間分辨中紅外光譜研究光解水產(chǎn)氫性能
        3.2.5 表面Pt粒子對光生電子的影響
    3.3 本章小結(jié)
第4章 還原態(tài)金紅石單晶中過量電子躍遷動力學研究
    4.1 引言
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 穩(wěn)態(tài)紫外可見吸收光譜
        4.2.2 360nm激發(fā)的瞬態(tài)吸收中紅外光譜
        4.2.3 拉曼光譜分析
        4.2.4 X射線吸收光譜分析
        4.2.5 X射線光電子能譜分析
        4.2.6 飛秒時間分辨動力學分析
        4.2.7 飛秒時間分辨激發(fā)能量掃描-瞬態(tài)中紅外吸收光譜
    4.3 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)
        5.1.1 對于非金屬硼摻雜的銳鈦礦相二氧化鈦微米球的研究
        5.1.2 對于還原態(tài)金紅石二氧化鈦(110)面單晶的研究
    5.2 論文展望
        5.2.1 關(guān)于非金屬摻雜二氧化鈦的展望
        5.2.2 關(guān)于還原態(tài)金紅石單晶的展望
        5.2.3 關(guān)于時間分辨光譜探測光生載流子的展望
        5.2.4 關(guān)于光催化反應(yīng)過程的展望
        5.2.5 人工光合愿景
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]外腔式KTP光學參量振蕩器的實驗研究[J]. 謝彪,張鳳娟,蘇蓓蓓,錢穎,鄧芳,王加賢.  激光雜志. 2011(05)



本文編號：3685773