近年來,氫能的使用緩解了全球能源短缺和環(huán)境污染問題,利用可見光光催化解水析氫是目前最理想的最具有潛力的制氫技術。Ta₃N₅基化合物的導價帶位置理想,其帶隙約為2.1 eV,吸收帶邊可拓展到600 nm,理論太陽能轉氫效率為15.9%,是太陽能光催化解水的理想材料。然而,其載流子分離效率低、易光腐蝕、穩(wěn)定性能差,限制了其實際應用。以Rh³⁺-Ta₂O₅為前驅體,Rh修飾量為0.075%,采用高溫氮化還原技術,通過控制氮化時間、氮化溫度考察Rh修飾Ta₃N₅基化合物的制備工藝研究。結果表明,經850℃氮化6 h所制備的Rh修飾Ta₃N₅基樣品（Rh-Ta-6）具有較高的光電流強度(3.84μA·cm^-2),與未修飾Ta₂O₅@Ta₃N₅(0.19μA·cm^-2)相比... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（A）為光催化過程示意圖；（B）為半導體光催化整體水分解的示意圖[6]

7圖1-2所選半導體的帶隙和帶邊位置與真空度和NHE的關系,水平紅線代表導帶邊緣,水平綠線表示價帶邊緣。兩條虛線表示水氧化還原反應電位[31]Figure1-2Bandgapsandband-edgepositionswithrespecttothevacuumlevelandNHEforselectedsemiconductors.Thehorizontalredlinesrepresenttheconduction-bandedges.Thehorizontalgreenlinesrepresentthevalence-bandedges.Thetwodashedlinesindicatethewaterredoxreactionpotentials.1.4鉭基氮氧化物研究現(xiàn)狀1.4.1鉭基氮（氧）化合物的基本性質鉭的氧化物有二氧化鉭（TaO2）和五氧化二鉭（Ta2O5），分別為+4價和+5價的氧化態(tài)。Ta2O5為白色粉末，相對穩(wěn)定，20世紀Domen等人通過在流動的氨氣氣氛下高溫焙燒的方法，改變焙燒時間使Ta2O5中的O原子逐漸被N原子取代，得到了一系列氮氧化物光催化劑TaON和Ta3N5。TaON作為Ta2O5高溫氮化的中間產物，黃色粉末，相比于TiO2的帶隙能（Eg=3.2eV）來說，TaON的帶隙能較窄為2.5eV，可以吸收波長小于500nm的可見光，對可見光的響應很好，是一種很好的半導體催化劑，其制備的反應方程式為：OH3TaON2NH2OTa↑+→+2352。Ta3N5通常為紅色粉末，是很有潛力的染料和光解水催化劑。它具有較窄的帶隙能（Eg=2.1eV），可以吸收波長小于600nm的可見光，在1.5G太陽光照射下，光－氫轉化效率最髙能達到15.9%是一種理想的光催化解水材料，其制備的反應方程式為：Ta5OHNTaNHO↑+→+22153533522。

8圖1-3Ta2O5、TaON、Ta3N5的紫外-漫反射光譜圖[12]Figure1-3UV-visdiffusereflectancespectraofTa2O5,TaON,Ta3N5.通過DFT密度泛函計算可得，Ta2O5、TaON和Ta3N5均為d0電子構型的化合物，主要由O2p和N2p軌道組成了其價帶，導帶則由Ta5d軌道構成。[39-42]根據(jù)鮑林規(guī)則，O和N電負性相比，O的電負性更大，Np2的軌道能級比Op2的軌道能級高，故其紫外可見漫反射的吸收邊出現(xiàn)紅移，隨著氮化程度的加深，O2p軌道被N2p軌道所替代，使其吸收帶邊發(fā)生紅移，且程度很大，如圖1-3。Ta2O5、TaON、Ta3N5的帶隙能分別為9.3eV、4.2eV和1.2eV（圖1-4），[12]隨著氮逐漸取代氧位置，氮（氧）化鉭導帶底部比H+/H2的還原電勢（0V，NHE，pH=0）更負，而其價帶頂部比H2O/O2的氧化電勢（1.23V，NHE）更正，因此，是良好的光催化解水材料。[43-45]圖1-4Ta2O5、TaON、Ta3N5的能帶位置示意圖Figure1-4BandstructuresofTa2O5,TaON,andTa3N5.


本文編號：3461094