伴隨著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題是我們面對的一個重要難題。因此,開發(fā)和利用新的清潔能源變得越來越迫切。氫被認(rèn)為是處理環(huán)境污染和能源危機(jī)的替代理想綠色能源�；谒纸獾墓獯呋雽�(dǎo)體被認(rèn)為是將氫轉(zhuǎn)化為太陽能的關(guān)鍵。在所有的光催化材料中,二氧化鈦作為納米半導(dǎo)體材料由于其無毒、廉價、高活性和穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用。但是二氧化鈦有較大的禁帶寬度而光響應(yīng)范圍較窄,只能吸收太陽光波段中的紫外部分,導(dǎo)致占據(jù)太陽能約50%的可見光不能利用。而且,光生電子-空穴對的復(fù)合以熱或發(fā)光的形式耗散吸收的能量,這是導(dǎo)致其光催化效率低的主要原因之一。二元異質(zhì)結(jié)在它們重新組合之前有助于分離和傳輸表面/界面載體。不僅如此,近年來人們還嘗試在三元異質(zhì)結(jié)中利用光生載流子,例如將二元復(fù)合物與大尺寸的還原氧化石墨烯（rGO）進(jìn)行復(fù)合,這樣可以促進(jìn)光生載流子的收集,從而提高其利用率。針對以上問題,本論文從影響光催化劑催化效率的本質(zhì)原因即光生電子和空穴的快速復(fù)合出發(fā),設(shè)計了一系列基于TiO₂@rGO的分級復(fù)合材料,減少了光生電子與空穴的快速復(fù)合。主要研究內(nèi)容如下:（1）具有表面氧空位和鈦空位的T... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

光催化過程示意圖[5]

4大多數(shù)用于產(chǎn)氫的復(fù)合材料屬于I型，因為II型中的電子占據(jù)導(dǎo)帶可能不滿足產(chǎn)氫電勢。圖1-2能帶結(jié)構(gòu)和二氧化鈦與其他半導(dǎo)體的復(fù)合的三種電荷遷移方式[11]Fig1-2.BandstructuresandmigrationofthechargesinthreetypesofcombinationsystemsofTiO2withothersemiconductors硫化鎘是一種常見的具有可見光活性的n型半導(dǎo)體，是最常應(yīng)用于跟二氧

6圖1-3位于銳鈦礦和金紅石相之間的表面同質(zhì)結(jié)[24]Fig1-3.Surface-phasejunctionformedbetweenanataseandrutile[24]對α/β相Ga2O3的詳細(xì)的研究，進(jìn)一步研究了同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光催化性能和電荷分離[26]。發(fā)現(xiàn)α相和β相之間形成的同質(zhì)結(jié)可顯著提高Ga2O3基光催化裂解水的活性。通過瞬態(tài)熒光光譜研究，電子可以從導(dǎo)帶位置較高的相轉(zhuǎn)移到另一個相，這種同質(zhì)相之間的電子轉(zhuǎn)移比復(fù)合速度要快很多。最近，結(jié)合理論和實驗，Scanlon和同事證明，銳鈦礦的電子親和能高于金紅石，這有利于光生電子從金紅石轉(zhuǎn)移到銳鈦礦[27]。雖然銳鈦礦和金紅石之間的電荷轉(zhuǎn)移方向在文獻(xiàn)中有爭議的結(jié)論，但銳鈦礦和金紅石相形成的同質(zhì)結(jié)的高效電荷分離效應(yīng)在兩個爭論中都得到了共識。除銳鈦礦和金紅石相同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)外，研究人員還發(fā)現(xiàn)二氧化鈦(B)與銳鈦礦之間的界面也可以促進(jìn)光生電荷的分離，提高光催化活性。Lin等人合成了由二氧化鈦(B)納米管和銳鈦礦納米顆粒組成的雙晶結(jié)構(gòu)，它顯示出了比商業(yè)P25更高的產(chǎn)氫活性[28,29]。報告中指出二氧化鈦(B)與銳鈦礦之間在納米尺度上的緊密接觸能顯著增強(qiáng)電荷分離效率從而提高光催化活性。Li等人合成銳鈦礦/二氧化鈦(B)核殼納米纖維，發(fā)現(xiàn)該催化劑比單獨的銳鈦礦或二氧化鈦(B)表現(xiàn)更好[30]。在研究具有銳鈦礦納米晶體的二氧化鈦(B)納米纖維時，Yang等人發(fā)現(xiàn)銳鈦礦和二氧化鈦(B)的晶面可以很好地匹配并形成穩(wěn)定的界面[31]。他們提出二氧化鈦(B)和銳鈦礦的能帶邊緣的差異可以使光生空穴從銳鈦礦遷移到二氧化鈦(B)[32]。目前關(guān)于同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)二氧化鈦的催化機(jī)理已經(jīng)得到了廣泛深入的研究。最讓人信服的機(jī)理是電荷分離理論。該理論認(rèn)為，對于促進(jìn)光生電子和空穴分離的


本文編號：3090242