Ni/NiO異質(zhì)納米片的合成及光輔助電解水性能
發(fā)布時(shí)間：2022-01-01 02:40
電解水是一種環(huán)境友好的生產(chǎn)氫能源的技術(shù)。該過(guò)程通常伴隨著高的析氫（HER）和析氧（OER）過(guò)電位,發(fā)展一種簡(jiǎn)便、普適的策略來(lái)提高電催化劑的活性具有重要意義。最近研究表明,利用Au的表面等離子體效應(yīng),可以有效提高電催化劑的HER或OER活性。受此啟發(fā),廉價(jià)的半導(dǎo)體材料也能夠有效捕獲、轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能,可能產(chǎn)生與Au類似的作用,增強(qiáng)電催化劑的活性。然而,利用半導(dǎo)體光輔助增強(qiáng)電催化劑活性的研究仍未引起學(xué)者的關(guān)注�；诖�,本論文利用半導(dǎo)體材料受光激發(fā)產(chǎn)生光生載荷子,調(diào)控電催化活性中心的電子密度來(lái)增強(qiáng)HER和OER活性。選擇Ni/NiO為模型系統(tǒng),設(shè)計(jì)合成了Ni/NiO面內(nèi)異質(zhì)超薄納米片陣列。在該體系中,Ni是HER活性位點(diǎn),NiO作為半導(dǎo)體,既是光響應(yīng)組分,也是OER的活性位點(diǎn)源。光照后,HER和OER的質(zhì)量活性分別增強(qiáng)10倍和2.6倍,增強(qiáng)的活性可以維持在12小時(shí)以上,表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。當(dāng)Ni/NiO用作陰極產(chǎn)氫時(shí),光生電子從激發(fā)的NiO向HER活性Ni的轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致了HER性能的增強(qiáng);用作陽(yáng)極產(chǎn)氧時(shí),光生空穴促進(jìn)NiIII/IV活性物種的加速形成,引起OER性能的增強(qiáng)。另外...
【文章來(lái)源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）單獨(dú)半導(dǎo)體的光吸收范圍；（b）多重等離子體光敏劑捕獲完整的太陽(yáng)光譜；（c）兩種典型半導(dǎo)體的吸收和（d）單獨(dú)半導(dǎo)體用于水分解的理想帶隙[1]
1-2 等離子能量從金屬傳遞到半導(dǎo)體的三種機(jī)理：（a）光捕獲；（b）等離子元共振能量轉(zhuǎn)移；（c）熱電子注入和（d）光激發(fā)后等離子激元的演變過(guò)程Figure 1-2 Three mechanisms of plasmonic energy transfer from a metal to amiconductor. (a) Light scattering; (b) plasmon-induced resonance energy transf) hot electron injection; (d) evolution of the plasmon after being excited by ligh等離子體金屬納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用到光催化劑中后，等離子體基元主要通過(guò)以調(diào)節(jié)光催化反應(yīng): i）強(qiáng)的光吸收; ii）密集的遠(yuǎn)場(chǎng)光散射；iii）強(qiáng)的近場(chǎng)電iv）豐富的熱載流子和 v）等離子體加熱效應(yīng)。這些效應(yīng)可能改變半導(dǎo)體的物理和化學(xué)過(guò)程，例如，光吸收，電荷分離、遷移和復(fù)合等。綜合來(lái)中的等離子體能量主要通過(guò)三種機(jī)理傳遞到半導(dǎo)體：i）光散射/捕獲；子體激元共振能量轉(zhuǎn)移（PIRET）和 iii）熱電子注入，又稱為直接電子傳遞（1）光散射/捕獲。對(duì)于膠體金屬顆粒來(lái)說(shuō)，LSPR 消光帶來(lái)自于光吸收兩方面的貢獻(xiàn)。在直徑大于 50 nm 的金屬顆粒中，光散射在 LSPR 帶占主
可以調(diào)節(jié) PIRET 效率或光捕獲效率。此外，它可以直接確定能量轉(zhuǎn)移機(jī)制在半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換增強(qiáng)中占主導(dǎo)地位。當(dāng)帶隙大于與等離子體共振帶在可見(jiàn)光或近紅外光范圍內(nèi)的金屬耦合時(shí)，理可用于等離子體激元能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致只有很有限的等離子導(dǎo)體中的光轉(zhuǎn)換。最優(yōu)選擇是將帶隙小于 2.5 eV 的半導(dǎo)體與于可見(jiàn)光或近紅外光范圍內(nèi)的金屬耦合，這將允許前面提高的轉(zhuǎn)移機(jī)理同時(shí)發(fā)揮作用，從而可以達(dá)到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的理論最大化水分解概述同能量驅(qū)動(dòng)水分解
本文編號(hào)：3561484
【文章來(lái)源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
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【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）單獨(dú)半導(dǎo)體的光吸收范圍；（b）多重等離子體光敏劑捕獲完整的太陽(yáng)光譜；（c）兩種典型半導(dǎo)體的吸收和（d）單獨(dú)半導(dǎo)體用于水分解的理想帶隙[1]
1-2 等離子能量從金屬傳遞到半導(dǎo)體的三種機(jī)理：（a）光捕獲；（b）等離子元共振能量轉(zhuǎn)移；（c）熱電子注入和（d）光激發(fā)后等離子激元的演變過(guò)程Figure 1-2 Three mechanisms of plasmonic energy transfer from a metal to amiconductor. (a) Light scattering; (b) plasmon-induced resonance energy transf) hot electron injection; (d) evolution of the plasmon after being excited by ligh等離子體金屬納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用到光催化劑中后，等離子體基元主要通過(guò)以調(diào)節(jié)光催化反應(yīng): i）強(qiáng)的光吸收; ii）密集的遠(yuǎn)場(chǎng)光散射；iii）強(qiáng)的近場(chǎng)電iv）豐富的熱載流子和 v）等離子體加熱效應(yīng)。這些效應(yīng)可能改變半導(dǎo)體的物理和化學(xué)過(guò)程，例如，光吸收，電荷分離、遷移和復(fù)合等。綜合來(lái)中的等離子體能量主要通過(guò)三種機(jī)理傳遞到半導(dǎo)體：i）光散射/捕獲；子體激元共振能量轉(zhuǎn)移（PIRET）和 iii）熱電子注入，又稱為直接電子傳遞（1）光散射/捕獲。對(duì)于膠體金屬顆粒來(lái)說(shuō)，LSPR 消光帶來(lái)自于光吸收兩方面的貢獻(xiàn)。在直徑大于 50 nm 的金屬顆粒中，光散射在 LSPR 帶占主
可以調(diào)節(jié) PIRET 效率或光捕獲效率。此外，它可以直接確定能量轉(zhuǎn)移機(jī)制在半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換增強(qiáng)中占主導(dǎo)地位。當(dāng)帶隙大于與等離子體共振帶在可見(jiàn)光或近紅外光范圍內(nèi)的金屬耦合時(shí)，理可用于等離子體激元能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致只有很有限的等離子導(dǎo)體中的光轉(zhuǎn)換。最優(yōu)選擇是將帶隙小于 2.5 eV 的半導(dǎo)體與于可見(jiàn)光或近紅外光范圍內(nèi)的金屬耦合，這將允許前面提高的轉(zhuǎn)移機(jī)理同時(shí)發(fā)揮作用，從而可以達(dá)到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的理論最大化水分解概述同能量驅(qū)動(dòng)水分解
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