電解水是一種環(huán)境友好的生產(chǎn)氫能源的技術。該過程通常伴隨著高的析氫（HER）和析氧（OER）過電位,發(fā)展一種簡便、普適的策略來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,可以有效提高電催化劑的HER或OER活性。受此啟發(fā),廉價的半導體材料也能夠有效捕獲、轉(zhuǎn)換太陽能,可能產(chǎn)生與Au類似的作用,增強電催化劑的活性。然而,利用半導體光輔助增強電催化劑活性的研究仍未引起學者的關注�；诖�,本論文利用半導體材料受光激發(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增強HER和OER活性。選擇Ni/NiO為模型系統(tǒng),設計合成了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,NiO作為半導體,既是光響應組分,也是OER的活性位點源。光照后,HER和OER的質(zhì)量活性分別增強10倍和2.6倍,增強的活性可以維持在12小時以上,表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。當Ni/NiO用作陰極產(chǎn)氫時,光生電子從激發(fā)的NiO向HER活性Ni的轉(zhuǎn)移,導致了HER性能的增強;用作陽極產(chǎn)氧時,光生空穴促進Ni^III/IV活性物種的加速形成,引起OER性能的增強。另外... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）單獨半導體的光吸收范圍；（b）多重等離子體光敏劑捕獲完整的太陽光譜；（c）兩種典型半導體的吸收和（d）單獨半導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體的三種機理：（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)構應用到光催化劑中后，等離子體基元主要通過以調(diào)節(jié)光催化反應: i）強的光吸收; ii）密集的遠場光散射；iii）強的近場電iv）豐富的熱載流子和 v）等離子體加熱效應。這些效應可能改變半導體的物理和化學過程，例如，光吸收，電荷分離、遷移和復合等。綜合來中的等離子體能量主要通過三種機理傳遞到半導體：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。對于膠體金屬顆粒來說，LSPR 消光帶來自于光吸收兩方面的貢獻。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)移機制在半導體光轉(zhuǎn)換增強中占主導地位。當帶隙大于與等離子體共振帶在可見光或近紅外光范圍內(nèi)的金屬耦合時，理可用于等離子體激元能量的轉(zhuǎn)移，導致只有很有限的等離子導體中的光轉(zhuǎn)換。最優(yōu)選擇是將帶隙小于 2.5 eV 的半導體與于可見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)移機理同時發(fā)揮作用，從而可以達到太陽能轉(zhuǎn)換的理論最大化水分解概述同能量驅(qū)動水分解


本文編號：3561484