化石燃料過度燃燒造成的污染及能源短缺問題已逐漸嚴重,人類急需尋找到一種綠色可再生的能源來取代不可再生的化石能源。氫能,被視為解決當前能源危機、全球變暖問題的重要可再生能源。在眾多的制氫方法中,太陽能光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)一直被視為最理想的產(chǎn)氫方式。而光催化劑中,貴金屬Pt基材料因具有良好的性能,逐步被人們關注。但是,貴金屬材料的高價和稀有限制了它們的應用。因此,人們不斷尋找可以代替貴金屬的材料。過渡金屬氮化物（TMNs）和Pt基金屬具有很高的相似性,TMNs的相關研究在催化領域一直備受關注。本文成功合成了過渡金屬氮化物Ni3FeN光催化劑,并將其應用于染料敏化光催化分解水產(chǎn)氫反應。設計制備Ni0.2Mo0.8N（Ni）三元氮化物,并將其負載到In2S3上,合成了 In2S3-Ni0.2Mo0.8N（Ni）復合材料,并將新材料應用于光催化分解水產(chǎn)氫。探究了 Ni0.2Mo0.8N（Ni）中Ni0.2Mo0.8N、Ni對復合材料光催化性能的影響。具體研究工作如下:（1）氧化-快速氮化法制備Ni3FeN,測試其染料敏化光催化析氫性能。實驗結(jié)果說明,多孔三元Ni3FeN納米立方體具備相對較好的析... 

【文章來源】：遼寧師范大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

半導體光催化分解水析氫機理示意圖[7]

遼寧師范大學碩士學位論文-3-產(chǎn)氫助催化劑、電子犧牲劑（即電子給體）[9,10]。染料敏化光催化分解水析氫反應原理有以下幾個基本過程，如圖1.2所示[11]：首先，染料分子被光激發(fā)后，光生電子迅速從最高占據(jù)分子軌道（HOMO）躍遷到最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）；然后，光生電子從染料的LUMO注入到半導體導帶位置；之后，導帶電子遷移到半導體表面，還原水產(chǎn)生氫氣；最后，利用犧牲劑，使氧化態(tài)的染料分子獲取到電子返回到基態(tài)，實現(xiàn)染料分子的再生循環(huán)。圖1.2染料敏化半導體材料光催化分解水析氫原理[11]。Fig.1.2Mechanismofphotocatalyticreactionondye-sensitizedsemiconductor.除了上述反應外，染料敏化光解水制氫的過程中還伴有某些副反應。比如：染料分子被光激發(fā)后，光生電子沒有傳遞給半導體，而是快速回到基態(tài)進行自身復合；除此，注入到半導體導帶位置的電子還可以與氧化態(tài)的染料分子進行復合，進而降低光解水制氫效率；犧牲劑降解產(chǎn)物的富集也在一定程度上影響了光解水制氫的性能。因此，為了提高染料敏化光解水制氫的效率，在染料分子、敏化基質(zhì)、產(chǎn)氫助催化劑、電子犧牲劑的選擇上應有所要求。（1）染料：染料敏化的本質(zhì)是太陽能、化學能之間的轉(zhuǎn)化。而染料可以收集能量，為此，染料的選擇對于反應本身而言十分重要，應滿足以下幾點：寬的光譜吸收范圍，以便更加充分地利用太陽光；含有-OH等官能團，能夠較牢固地與半導體表面結(jié)合；具有有利于能量傳遞的匹配能級；較好的光、熱穩(wěn)定性。滿足以上要求的敏化劑主要包括金屬有機配合物染料和不含金屬的有機染料[10]。其中，不含金屬的有機染料因為成本低、種類多而備受關注，主要有曙紅（EY）、熒光素（FL）、羅丹明B（RhB）等[9,12]。（2）敏化基質(zhì)：為了更好的將光生電子從染料的LUMO注

新型三元金屬氮化物的制備及光解水制氫性能-6-1.4影響光催化劑制氫性能的因素1.4.1能帶位置雖然半導體催化劑的種類繁多，但并不是所有材料都可以應用于光催化產(chǎn)氫。從理論上來說，半導體材料的導帶位置決定了光生電子的還原能力，位置越高，表明還原能力越強。因此，還原電勢在導帶位置以下的材料才能夠被還原；與之相反，價帶位置則決定了光生空穴的氧化能力，價帶位置越低，表明光生空穴的氧化能力越強。圖1.3是部分常見半導體的禁帶寬度（Eg）、導帶（ECB）和價帶（EVB）的位置以及H2和H2O的氧化還原電勢[30]。在選擇光解水產(chǎn)氫的光催化劑時需要符合，半導體的價帶位置要比O2/H2O的電位更正，導帶位置需要比H2/H2O的電位更負。并且為了更有效地利用太陽光能量，在選擇半導體光解水產(chǎn)氫的催化劑時，半導體的帶隙要盡可能的窄[31]。圖1.3部分常見半導體的導帶和價帶位置以及H2和H2O的氧化還原電勢[17]。Fig.1.3ConductionbandandvalencebandpositionofsomecommonsemiconductorsandredoxpotentialofH2andH2O.1.4.2光生電子-空穴的遷移與分離半導體光催化劑在光照過程中會產(chǎn)生光生電子-空穴，而光催化產(chǎn)氫正是利用此過程中產(chǎn)生的光生電子，使其與氫離子結(jié)合，進而產(chǎn)生氫氣，但是，用于產(chǎn)氫的光生電子還可以與空穴進行復合，這在很大程度上影響了光催化的活性。因此，延緩光生電子-空穴的復合，對于提高半導體光催化劑產(chǎn)氫活性來說至關重要，通常可采用的方法有調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)、粒徑尺寸等。煅燒溫度或?qū)嶒灄l件的改變均可以導致同一材料顯示出不同的晶體結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)有很多報告說明了晶體結(jié)構(gòu)會對半導體光催化劑產(chǎn)氫活性產(chǎn)生影響。以CdS為例，其存

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3062002