發(fā)布時間：2023-02-08 18:28

　　能源危機(jī)和環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的最大挑戰(zhàn)。利用太陽能和水制備氫能的半導(dǎo)體光催化技術(shù)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(yīng)體系中的高穩(wěn)定性。鈦基半導(dǎo)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(yīng)過程中鈦基半導(dǎo)體的光生電子和空穴極易發(fā)生復(fù)合使其量子效率較低。本論文通過構(gòu)建基于TiO₂和鈦基金屬有機(jī)框架材料(Ti-MOF)的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié),促進(jìn)光生電荷的定向分離,抑制光生電荷在遷移過程中的再復(fù)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(qū)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(xué)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(zhì)結(jié)構(gòu)...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)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(dǎo)體粉末體系光催化分解水制氫
        1.2.2 光電化學(xué)體系催化分解水制氫
    1.3 金屬有機(jī)骨架光催化分解水制氫
        1.3.1 金屬有機(jī)骨架光催化分解水制氫進(jìn)展
        1.3.2 金屬有機(jī)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(jī)骨架光催化分解水產(chǎn)氫活性的途徑
            1.3.4.1 精準(zhǔn)調(diào)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(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)
            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(jìn)展
        1.4.2 二氧化鈦光電化學(xué)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(chǎn)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(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)
    1.5 研究目的與內(nèi)容
    1.6 研究方案
    1.7 預(yù)期目標(biāo)
    參考文獻(xiàn)
第二章 實驗部分
    2.1 實驗材料與設(shè)備
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器與設(shè)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(xué)性能參數(shù)
    2.5 光催化分解水制氫反應(yīng)
        2.5.1 半導(dǎo)體粉末體系光催化分解水制氫反應(yīng)裝置
        2.5.2 光電化學(xué)體系催化分解水制氫反應(yīng)裝置
    2.6 產(chǎn)物分析方法
第三章 基于二氧化鈦異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)光電催化制氫
        3.2.1 石墨烯/二氧化鈦的晶相結(jié)構(gòu)和形貌
        3.2.2 石墨烯/二氧化鈦的組成結(jié)構(gòu)
        3.2.3 石墨烯/二氧化鈦的光吸收性質(zhì)
        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(jī)理
    3.3 PDAP/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)光電催化制氫
        3.3.1 二氧化鈦薄膜的晶相結(jié)構(gòu)和形貌
        3.3.2 二氧化鈦薄膜的光吸收性質(zhì)
        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(jié)構(gòu)和形貌
        3.3.5 PDAP/二氧化鈦的組成結(jié)構(gòu)
        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(zhuǎn)移動力學(xué)
        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(jī)理
    參考文獻(xiàn)
第四章 基于Ti基 MOFs同源異質(zhì)結(jié)可見光催化制氫性能研究
    4.1 引言
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 MOFs光催化劑的物相結(jié)構(gòu)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(zhì)
        4.2.3 MOFs光催化劑的組成結(jié)構(gòu)
        4.2.4 MOFs光催化劑的產(chǎn)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(xué)性能
        4.2.7 MOFs光催化劑產(chǎn)氫機(jī)理
    參考文獻(xiàn)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
作者簡介
    1 作者簡歷
    2 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    3 參與的科研項目及獲獎情況
    4 發(fā)明專利
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3738163