石墨烯,碳納米管,活性碳和納米碳纖維等碳基材料,具有較大的比表面積以及獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì),可以抑制半導(dǎo)體納米顆粒的團(tuán)聚,極大地促進(jìn)光生電荷的有效的分離并增強(qiáng)對光的吸收性能,從而來提高半導(dǎo)體材料的光催化性能。然而諸如石墨烯等高性能的碳材料,制備工藝復(fù)雜導(dǎo)致產(chǎn)品的成本比較高,因此,我們嘗試以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為碳材料的來源,通過溶劑熱反應(yīng)和后續(xù)熱處理的工藝制備新型類石墨碳/氧化物復(fù)合光催化材料,并對碳材料的性質(zhì),復(fù)合催化材料的光催化制氫性能以及碳的作用機(jī)理等進(jìn)行了研究。采用水熱反應(yīng)的合成方法獲得了碳結(jié)合的Zn₂GeO₄納米棒,然后在保護(hù)氣氛下熱處理得到類石墨碳/Zn₂GeO₄復(fù)合光催化劑。經(jīng)過分析Zn₂GeO₄復(fù)合光催化劑的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及碳的存在形式（石墨狀或無定型狀）,證實(shí)碳以石墨化的形式均勻地分布在Zn₂GeO₄納米棒的表面,增強(qiáng)了納米棒對紫外光的吸收能力。在紫外光照射下,最高的光催化制氫速率為9... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光解水制氫的主要過程

圖 1.3 太陽能光譜能量分布圖氫氣的過程是吸收能量的反應(yīng)，需要標(biāo)準(zhǔn)的吉布斯自由能 ΔG0= 1.23 eV。因此用于制氫的半導(dǎo)體光催化劑的禁帶寬度必須大于 1.2有效地利用可見光，催化劑的禁帶寬度必須小于 3.0 eV。為了能夠空穴同時(shí)參與水的氧化還原反應(yīng)，半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)要滿足水電解氧化還原電位必須全部包含到半導(dǎo)體的帶隙內(nèi)，即：半導(dǎo)體的導(dǎo)帶+/H2的還原電位（0V vs normal hydrogen electrode (NHE)) 更負(fù)，化劑價(jià)帶的頂部應(yīng)比 O2/ H2O 的氧化電位（1.23V）更正，（T S Teehen，2010；Q Li，2011）。如圖 1.5 為常見的半導(dǎo)體的能帶分布圖體的價(jià)帶結(jié)構(gòu)對于光解水來說只是熱力學(xué)方面的要求。此外，半導(dǎo)水制氫的效率與激發(fā)產(chǎn)生的光生自由電子和空穴對的數(shù)量，電子、存活壽命、再結(jié)合及表面逆反應(yīng)的抑制等因素都有關(guān)。

半導(dǎo)體光解水制氫的基本原理


本文編號：3283170