本文關(guān)鍵詞：光催化分解水產(chǎn)氫催化劑能帶調(diào)變與表面修飾研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光催化分解水產(chǎn)氫是國(guó)內(nèi)外環(huán)境與能源領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。目前,已開(kāi)發(fā)出多種能利用紫外光催化分解水的催化劑,也獲得了較高的表觀量子產(chǎn)率,但能利用可見(jiàn)光高效分解水的光催化劑的數(shù)量還十分有限。本研究旨在通過(guò)非金屬摻雜和固溶體調(diào)變半導(dǎo)體光催化劑的能帶結(jié)構(gòu),擴(kuò)展其對(duì)可見(jiàn)光的吸收范圍,并輔以Au表面等離子體(SPR)修飾以提升其光催化分解水產(chǎn)氫的效率。 本文采用水熱法制備了N-TiO2并采用光還原沉積法在其表面負(fù)載了Au和Pt納米顆粒,采用固相反應(yīng)法制備了一系列(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x固溶體。利用XRD、SEM-EDX、TEM、HRTEM、XPS、UV-vis-DRS以及電化學(xué)等分析手段對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)及光響應(yīng)等進(jìn)行了表征,測(cè)試了其光催化分解水產(chǎn)氫的活性,并輔以Materials Studio DFT模擬計(jì)算,揭示了摻雜、固溶體及Au SPR修飾的提高催化劑可見(jiàn)光響應(yīng)及光催化產(chǎn)氫效率的機(jī)理。 在氮摻雜調(diào)節(jié)TiO2能帶的研究中,通過(guò)在價(jià)帶(VB)上方引入N2p雜質(zhì)能級(jí)將TiO2對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)范圍擴(kuò)展到430nm左右,同時(shí)不影響其導(dǎo)帶(CB)的位置,從而使TiO2具備可見(jiàn)光照下分解水產(chǎn)氫的能力,產(chǎn)氫速率可達(dá)2.1μmol/h。 在N-TiO2表面負(fù)載Au不但能作為助催化劑提供產(chǎn)氫反應(yīng)的活性位點(diǎn),還能引入SPR效應(yīng),進(jìn)一步提升催化劑對(duì)可見(jiàn)光的吸收。負(fù)載Au后分解水產(chǎn)氫的速率達(dá)6.6μmol/h,是Pt作為助催化劑時(shí)的3.1倍。UV-vis-DRS表征證明Au在550nm左右有強(qiáng)烈的共振吸收,SPR通過(guò)增強(qiáng)催化劑表面的電磁場(chǎng)強(qiáng)度,提高了表面電子-空穴的產(chǎn)生率,光電子通過(guò)肖特基勢(shì)壘轉(zhuǎn)移到Au上與空穴分離,從而提高了可見(jiàn)光下分解水產(chǎn)氫的效率。 SrTiO3和AgNbO3催化劑形成不同配比的(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x固溶體后,禁帶寬度在3.19eV到2.71eV之間連續(xù)可調(diào)。該固溶體的光催化活性由禁帶寬度和導(dǎo)帶電勢(shì)共同決定,篩選得到最佳配比為x=0.75。(AgNbO3)0.25(SrTiO3)0.75固溶體同時(shí)具備了較好的可見(jiàn)光吸收和還原水產(chǎn)氫能力,具有最高的可見(jiàn)光催化分解水產(chǎn)氫活性。結(jié)合UV-vis-DRS.電化學(xué)表征和化學(xué)模擬計(jì)算,提出了(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x固溶體調(diào)變能帶結(jié)構(gòu)及可見(jiàn)光催化分解水產(chǎn)氫的機(jī)理。論文得出的結(jié)論對(duì)新型高效可見(jiàn)光產(chǎn)氫催化劑的開(kāi)發(fā)有很好的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：光催化 產(chǎn)氫 固溶體 氮摻雜 表面修飾
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ116.2;O643.36
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目次8-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化分解水現(xiàn)狀11-13
• 1.3 催化劑能帶結(jié)構(gòu)調(diào)配技術(shù)13-17
• 1.3.1 離子摻雜改性13-14
• 1.3.2 固溶體能帶調(diào)變14-16
• 1.3.3 Z-scheme體系能帶匹配16-17
• 1.4 表面修飾技術(shù)17-19
• 1.4.1 助催化劑17-18
• 1.4.2 表面等離子共振18-19
• 1.5 選題依據(jù)、研究目的及內(nèi)容19-22
• 1.5.1 選題背景及依據(jù)19-20
• 1.5.2 研究目的和意義20
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容20-22
• 2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器及分析方法介紹22-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器22-23
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)分析方法23
• 2.2.1 氣相色譜分析條件及GC標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制23
• 2.2.2 氫氣標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制23
• 2.3 催化劑活性評(píng)價(jià)23-24
• 2.4 催化劑表征分析儀器及原理24-30
• 2.4.1 X-射線衍射(XRD)分析24
• 2.4.2 紫外可見(jiàn)(UV-vis-DRS)漫反射光譜分析24-25
• 2.4.3 掃描電鏡(SEM)及能譜儀(EDX)分析25-26
• 2.4.4 透射電鏡(TEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)分析26
• 2.4.5 X射線光電子能譜(XPS)分析26-27
• 2.4.6 電化學(xué)表征27-28
• 2.4.6.1 電化學(xué)工作電極制備27
• 2.4.6.2 塔菲爾曲線(Tafel)27-28
• 2.4.6.3 Mott-Schottky曲線28
• 2.4.6.4 時(shí)間-電流(i-t)曲線28
• 2.4.7 DFT化學(xué)模擬計(jì)算28-30
• 3 N-TiO_2可見(jiàn)光分解水產(chǎn)氫研究30-36
• 3.1 催化劑制備方法30
• 3.2 結(jié)果與討論30-35
• 3.2.1 XRD表征30-31
• 3.2.2 UV-vis-DRS表征31-32
• 3.2.3 XPS表征32-33
• 3.2.4 光催化效果測(cè)試33-34
• 3.2.5 氮摻雜機(jī)理34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 Au/N-TiO_2光催化分解水產(chǎn)氫研究36-46
• 4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程36
• 4.2 結(jié)果與討論36-45
• 4.2.1 XRD表征36-37
• 4.2.2 XPS表征37-38
• 4.2.3 TEM/HRTEM表征38-39
• 4.2.4 UV-vis-DRS表征39-40
• 4.2.5 Tafel曲線40-41
• 4.2.6 i-t曲線41
• 4.2.7 光催化產(chǎn)氫效果41-42
• 4.2.8 Au SPR提高光催化分解水產(chǎn)氫效率的機(jī)理42-45
• 4.2.8.1 基于電子轉(zhuǎn)移的機(jī)理43-44
• 4.2.8.2 基于電場(chǎng)增強(qiáng)的機(jī)理44-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 5 (AgNbO_3)_(1-x)(SrTiO_3)_x固溶體能帶調(diào)變及產(chǎn)氫效果研究46-57
• 5.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程46
• 5.2 結(jié)果與討論46-56
• 5.2.1 XRD表征46-48
• 5.2.2 UV-vis-DRS表征48-50
• 5.2.3 SEM表征50-51
• 5.2.4 Mott-Schottky曲線51-52
• 5.2.5 光催化活性測(cè)試52
• 5.2.6 化學(xué)模擬計(jì)算52-55
• 5.2.7 固溶體能帶調(diào)變及光催化分解水產(chǎn)氫機(jī)理55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 6 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及建議57-59
• 6.1 結(jié)論57
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)57
• 6.3 建議57-59
• 參考文獻(xiàn)59-69
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和專利69

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 唐靜;金屬修飾二氧化鈦光催化還原硝酸鹽性能研究[D];浙江大學(xué);2012年

2 趙東星;Ag修飾的Tm~(3+)摻雜12CaO·7Al_2O_3納米粒子的制備及光學(xué)性質(zhì)[D];東北師范大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：光催化分解水產(chǎn)氫催化劑能帶調(diào)變與表面修飾研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：371026