氫氣是一種清潔能源載體,通過太陽能分解水制取氫氣,是解決能源問題的理想途徑之一。但是,目前通過太陽能分解水制取氫氣遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的程度,主要原因是催化劑光生電荷的分離效率低。針對該問題,本論文從提升光催化分解水制氫效率并揭示高性能產(chǎn)氫催化劑構(gòu)效關(guān)系的角度出發(fā),制備了有機(jī)胺、低溫等離子體與二者共同修飾的三類半導(dǎo)體納米催化劑,并系統(tǒng)研究了它們的光催化分解水制氫性能。主要結(jié)果如下:（1）從半導(dǎo)體表面的有機(jī)配體能夠調(diào)控其半導(dǎo)體特性的角度出發(fā),設(shè)計合成了一系列二乙烯三胺（DETA）修飾的半導(dǎo)體Zn_0.2Cd_0.8S納米片催化劑,并研究了它們的光催化分解水制氫性能。結(jié)果表明,沒有DETA修飾的Zn_0.2Cd_0.8S納米片催化劑光催化分解水制氫性能低,其速率僅為1.47 mmol·h^-1·g^-1,而含量適中的DETA修飾的Zn_0.2Cd_0.8S納米片催化劑具有較高的制氫性能,其速率高達(dá)5.98 mmol·h^-1

【文章來源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

可再生能源生產(chǎn)氫氣的途徑[1]

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文足以滿足全球每年的能源消耗。然而，由于到，難以對太陽能進(jìn)行有效的利用。所以，若想益高且對環(huán)境無害的方式轉(zhuǎn)換和儲存太陽能。制取氫氣，是太陽能轉(zhuǎn)換和儲存的途徑之一。產(chǎn)生的能量儲存在水的雙原子氫的化學(xué)鍵中�，F(xiàn)太陽能分解水制氫的工業(yè)化。目前，實(shí)現(xiàn)太較高，制約了其發(fā)展。在水的分解過程中使用有大規(guī)模太陽能分解水制氫的潛力（圖 1.2）能量轉(zhuǎn)換效率在 5-10%，或者在某些條件下更行的太陽能分解水制氫技術(shù)[3-4]。然而，目前在%[5]。因此，開發(fā)高效的光催化分解水制氫體要。

圖 1.3 光催化分解水機(jī)理[6]Fig. 1.3 Mechanism of photocatalytic water splitting[6].在光催化分解水反應(yīng)中，太陽能的轉(zhuǎn)換效率是由光吸收效率、電荷分離效率、表面催化反應(yīng)效率，三者所共同決定的，其關(guān)系如（1.2）所示。η=η1η2η3（1.2）（η：太陽能轉(zhuǎn)換效率，η1：光吸收效率，η2：電荷分離效率，η3：表面催化反應(yīng)效率）從最開始的光吸收到最后表面催化反應(yīng)的結(jié)束，整個光催化分解水的過程通常會跨越超過 10 個數(shù)量級的時間尺度。在此期間，由于大多數(shù)光生電子與空穴通過復(fù)合過程損失，致使光催化分解水的效率較低。半導(dǎo)體具有特定的能帶結(jié)構(gòu)，其帶隙通常在 0.2-4.0 eV 之間。當(dāng)入射光的光子能量大于或等于帶隙時，電子從價帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，空穴留在價帶。隨后，光激發(fā)的電子和空穴通過弛豫過程，轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體表面進(jìn)行還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，水分子通過空穴被氧化成質(zhì)子和氧氣，質(zhì)子通過電子還原成氫氣。通常來說，導(dǎo)帶最低的位置（或有機(jī)復(fù)合光催化劑的最低未


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