發(fā)布時間：2021-08-13 00:48

　　隨著工業(yè)的發(fā)展,化石能源日益枯竭,環(huán)境污染日漸嚴(yán)重,造成的能源短缺和環(huán)境污染問題是當(dāng)今人類面臨的兩大難題。尋找可替代的新能源已經(jīng)迫在眉睫,氫能由于其具有清潔,可持續(xù)性被認(rèn)為是21世紀(jì)最理想的新能源之一。然而傳統(tǒng)的制氫技術(shù)需要消耗大量的能量,制氫效率低下。在眾多的制氫方法當(dāng)中,光電催化制氫和電催化制氫是生產(chǎn)氫氣最高效的兩種方法。目前,雖然（Pt）作為催化劑在催化制氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,但因其價格高昂和儲量稀少很大程度上限制了大規(guī)模應(yīng)用。石墨烯由于其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和巨大的比表面積引起了研究者們廣泛的關(guān)注,用石墨烯與催化材料復(fù)合,提高復(fù)合催化劑的催化性能已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。本文研究了石墨烯與半導(dǎo)體的復(fù)合材料在催化制氫領(lǐng)域的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容包括以下兩個方面:第3章中,通過電沉積的方法合成的Au和TiO₂量子點(diǎn)共同修飾三維石墨烯的復(fù)合材料（Au@TiO₂@3DGFs）作為光電催化制氫的催化劑,并對其進(jìn)行了一系列的表征和光電催化性能的測試。通過對比實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)了最優(yōu)化的Au摻雜量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,復(fù)合材料Au@TiO₂@3D... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電催化分解水制氫原理圖

化制氫原 理 是 半 導(dǎo) 體 催 化 劑 在 一 定 光 照 條 件 下 ， 發(fā) 生 光 生 然 后 光 生 電 子 （ 或 空 穴 ） 與 離 子 （ 或 分 子 ） 結(jié) 合 產(chǎn) 原 性 ） 的 活 性 自 由 基 ， 這 些 活 性 自 由 基 具 有 很 強(qiáng) 的 有 機(jī) 物 分 解 成 無 機(jī) 物 或 更 小 的 分 子 單 元 ， 在 反 應(yīng) 過 反 應(yīng) 的 進(jìn) 行 ， 本 身 并 不 參 與 反 應(yīng) 。 在 半 導(dǎo) 體 被 光 照 由 半 導(dǎo) 體 的 性 質(zhì) 決 定 ， 半 導(dǎo) 體 的 禁 帶 寬 度 與 光 吸 收 λg(nm) =1240/Eg(eV)。 光 催 化 析 氫 過 程 主 要 是 將 太 程 中 所 需 要 的 化 學(xué) 能 ，圖 1.2 展 示 的是 半 導(dǎo) 體 光 催化 當(dāng) 照 射 的 光 子 能 量 大 于 半 導(dǎo) 體 的 禁 帶 寬 度 時 ， 半 導(dǎo) 子 激 發(fā) 到 導(dǎo) 帶 ， 因 此 導(dǎo) 帶 中 產(chǎn) 生 光 生 電 子 ， 價 帶 中 還 原 水 產(chǎn) 生 氫 氣 ， 空 穴 氧 化 水 產(chǎn) 生 氧 氣 。 半 導(dǎo) 體 光 科學(xué) 家 報道 過 ：1971 年 ，日 本東 京 大 學(xué) 的 Fujishima 和半 導(dǎo)體 TiO2單晶 光 電 極 上分 解水 制得 氫氣 ；2001

本 都 在 水 中 發(fā) 生 水 溶 作 用 。 因 此 當(dāng) 前 我 們 所 研 究 的 光 催 化 制 氫 著 下 列 問 題 ：（ 1） 對 光 能 的 （ 尤 其 是 可 見 光 ） 的 利 用 率 不 高 ；（ 載 流 子 分 離 效 率 較 低 ；（ 3） 產(chǎn) 氫 效 率 低 ， 催 化 劑 成 本 高 ， 反 應(yīng) 苛 刻 。 因 此 設(shè) 計(jì) 、 開 發(fā) 高 效 的 光 響 應(yīng) 催 化 劑 ， 且 必 須 滿 足 禁 帶 、 能 有 效 利 用 可 見 光 資 源 ； 使 用 新 的 、 更 為 有 效 的 方 法 阻 止 電 的 分 離 ， 從 而 提 高 光 催 化 反 應(yīng) 效 率 ； 深 入 研 究 光 催 化 制 氫 機(jī) 理 催 化 劑 的 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 之 間 的 關(guān) 系 ， 探 索 新 型 低 成 本 ， 高 效 率 的 是 光 催化 制 氫的 關(guān) 鍵 。.3 光電催化制氫光 催 化 制 氫 由 于 陰 陽 兩 極 處 于 同 一 半 導(dǎo) 體 上 ， 光 激 發(fā) 的 電 子 空 發(fā) 生 復(fù) 合 ， 降 低 了 光 電 轉(zhuǎn) 換 的 效 率 。 因 此 有 人 認(rèn) 為 在 電 解 液 中 捕獲 電 子 或 空 穴 的 化 學(xué) 物 質(zhì) 來 阻 止 電 子 空 穴對 的 復(fù) 合 ，如 添 加乙 等 氧 化 劑 或 還 原 劑 。 然 而 本 人 認(rèn) 為 這 是 將 一 種 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 化 成 另 能 ， 并不 能 實(shí)現(xiàn) 對 太 陽能充 分的 利用來 分 解 水 制 氫。然 而 光 電 催


本文編號：3339399