能源危機和環(huán)境問題是21世紀人類面臨的最大挑戰(zhàn)。利用太陽能和水制備氫能的半導體光催化技術提供了一種安全、清潔和可持續(xù)的有效途徑。理想的光催化劑需要具備有效的光吸收、快速的電荷分離和傳輸,以及在反應體系中的高穩(wěn)定性。鈦基半導體的低成本、高活性和穩(wěn)定性使其成為最常用的光催化材料。然而,在光催化反應過程中鈦基半導體的光生電子和空穴極易發(fā)生復合使其量子效率較低。本論文通過構建基于TiO₂和鈦基金屬有機框架材料(Ti-MOF)的半導體異質結,促進光生電荷的定向分離,抑制光生電荷在遷移過程中的再復合,從而提高光催化制氫性能。以鈦酸四丁酯和氧化石墨烯(rGO)為前驅體,采用兩步水熱法制備了石墨烯(Gr)修飾的高比例{001}晶面暴露的TiO₂納米片異質結構光催化劑(Gr/TiO₂)。以及采用水熱法制備出在鈦基體上原位生長的三維TiO₂微球(3DTiO₂MSs/Ti),并通過電化學聚合法成功制備了聚-2,6-二氨基吡啶(PDAP)修飾的3DTiO₂MSs/Ti新型異質結構...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 光催化分解水制氫的途徑
        1.2.1 半導體粉末體系光催化分解水制氫
        1.2.2 光電化學體系催化分解水制氫
    1.3 金屬有機骨架光催化分解水制氫
        1.3.1 金屬有機骨架光催化分解水制氫進展
        1.3.2 金屬有機骨架光催化分解水的基本原理
        1.3.3 影響光催化活性的因素
        1.3.4 提高金屬有機骨架光催化分解水產氫活性的途徑
            1.3.4.1 精準調控帶隙工程
            1.3.4.2 活性組分/助催化劑的選擇和優(yōu)化
            1.3.4.3 構建異質結構
            1.3.4.4 摻雜工程
    1.4 二氧化鈦光電催化分解水制氫
        1.4.1 二氧化鈦光電催化分解水制氫進展
        1.4.2 二氧化鈦光電化學分解水的基本原理
        1.4.3 影響光電催化性能的主要因素
        1.4.4 提高二氧化鈦光電催化分解水產氫的途徑
            1.4.4.1 形貌控制和晶面工程
            1.4.4.2 缺陷工程和表面摻雜
            1.4.4.3 構建異質結構
    1.5 研究目的與內容
    1.6 研究方案
    1.7 預期目標
    參考文獻
第二章 實驗部分
    2.1 實驗材料與設備
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器與設備
    2.2 材料制備
    2.3 光催化材料的物性表征
    2.4 光電性能測試
        2.4.1 光電性能測試表征
        2.4.2 光電化學性能參數(shù)
    2.5 光催化分解水制氫反應
        2.5.1 半導體粉末體系光催化分解水制氫反應裝置
        2.5.2 光電化學體系催化分解水制氫反應裝置
    2.6 產物分析方法
第三章 基于二氧化鈦異質結光電催化制氫性能研究
    3.1 引言
    3.2 石墨烯/二氧化鈦異質結光電催化制氫
        3.2.1 石墨烯/二氧化鈦的晶相結構和形貌
        3.2.2 石墨烯/二氧化鈦的組成結構
        3.2.3 石墨烯/二氧化鈦的光吸收性質
        3.2.4 石墨烯/二氧化鈦的光電催化制氫性能
        3.2.5 石墨烯/二氧化鈦的光電催化制氫性能機理
    3.3 PDAP/二氧化鈦異質結光電催化制氫
        3.3.1 二氧化鈦薄膜的晶相結構和形貌
        3.3.2 二氧化鈦薄膜的光吸收性質
        3.3.3 二氧化鈦的形貌對光電催化制氫性能的影響
        3.3.4 PDAP/二氧化鈦的晶相結構和形貌
        3.3.5 PDAP/二氧化鈦的組成結構
        3.3.6 PDAP/二氧化鈦拓展的光吸收能力
        3.3.7 PDAP/二氧化鈦改善的電荷分離和轉移動力學
        3.3.8 PDAP/二氧化鈦優(yōu)異的光電催化制氫性能
        3.3.9 PDAP/二氧化鈦的光電催化機理
    參考文獻
第四章 基于Ti基 MOFs同源異質結可見光催化制氫性能研究
    4.1 引言
    4.2 結果與分析
        4.2.1 MOFs光催化劑的物相結構和形貌表征分析
        4.2.2 MOFs光催化劑的孔徑分布和光吸收性質
        4.2.3 MOFs光催化劑的組成結構
        4.2.4 MOFs光催化劑的產氫性能
        4.2.5 MOFs光催化劑的電荷分離能力
        4.2.6 MOFs光催化劑的光電化學性能
        4.2.7 MOFs光催化劑產氫機理
    參考文獻
第五章 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
作者簡介
    1 作者簡歷
    2 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文
    3 參與的科研項目及獲獎情況
    4 發(fā)明專利
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3738163