發(fā)布時(shí)間：2024-03-30 20:00

　　環(huán)境污染和能源危機(jī)已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大難題。在環(huán)境污染中,水體污染歷來(lái)受到各國(guó)人民的重點(diǎn)關(guān)注,但同時(shí)廢水中又蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)能。因此,尋求一種清潔高效且能實(shí)現(xiàn)能源再利用的廢水處理技術(shù)顯得尤為重要。光催化燃料電池技術(shù)就是這樣一種廢水處理技術(shù),它利用太陽(yáng)能將廢水中的有機(jī)物通過(guò)光電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行降解,把其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,同時(shí)也能達(dá)到降解廢水的作用。因此光催化燃料電池不僅能夠解決水體污染問(wèn)題,而且能夠有效緩解當(dāng)今社會(huì)面臨的能源危機(jī),具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的光催化燃料電池的陰極通常采用貴金屬作為催化劑,導(dǎo)致其成本高,而且不能利用太陽(yáng)能。近年來(lái),眾多學(xué)者著力于成本低廉的半導(dǎo)體光陰極的研究,尤其是半導(dǎo)體Cu₂O。盡管如此,但Cu₂O依然存在著諸多關(guān)鍵問(wèn)題需要解決,比如電子空穴極易復(fù)合、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性差、光陰極比表面積小等。針對(duì)以上諸多不足,本文提出了一種CuS/Cu₂O/Cu光陰極,基于此并構(gòu)建了雙極可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化燃料電池,降低了電池的成本,提高光能利用。主要研究成果如下:(1)基于CuS/Cu₂

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 光催化燃料電池
        1.2.1 半導(dǎo)體光催化技術(shù)原理
        1.2.2 光催化燃料電池工作原理
        1.2.3 光催化燃料電池的能質(zhì)傳輸過(guò)程
        1.2.4 光陽(yáng)極材料
        1.2.5 光陰極材料
    1.3 電池結(jié)構(gòu)
        1.3.1 腔室結(jié)構(gòu)劃分
        1.3.2 氧化劑傳輸方式劃分
    1.4 已有工作研究不足
    1.5 本文主要內(nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 主要化學(xué)試劑
    2.2 儀器設(shè)備
    2.3 電極制作
        2.3.1 光陽(yáng)極的制作
    2.4 光陰極性能評(píng)價(jià)參數(shù)及測(cè)試方法
        2.4.1 光陰極表征方法
        2.4.2 光陰極光電化學(xué)性能測(cè)試
    2.5 雙極可見(jiàn)光響應(yīng)光催化燃料電池的設(shè)計(jì)及組裝
    2.6 PFC測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法
        2.6.1 PFC測(cè)試系統(tǒng)
        2.6.2 PFC性能評(píng)價(jià)測(cè)試方法
    2.7 本章小結(jié)
3 基于CuS/Cu₂O/Cu立方體納米顆粒光陰極的光催化燃料電池
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法
        3.2.1 光陰極的制備
    3.3 光陰極的表征與結(jié)果分析
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 XPS分析
        3.3.3 TEM分析
        3.3.4 SEM分析
        3.3.5 EDS分析
        3.3.6 UV-vis吸收光譜
        3.3.7 EIS分析
        3.3.8 LSV分析
        3.3.9 長(zhǎng)時(shí)間放電測(cè)試
    3.4 電池性能測(cè)試
        3.4.1 具有CuS/Cu₂O/Cu和Cu₂O/Cu立方體納米顆粒光陰極的PFC性能測(cè)試
        3.4.2 光響應(yīng)特性測(cè)試
        3.4.3 光照強(qiáng)度影響
        3.4.4 Na2SO4電解液濃度影響
        3.4.5 流速影響
    3.5 本章小結(jié)
4 基于CuS/Cu₂O/Cu納米線光陰極的光催化燃料電池
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法
        4.2.1 銅基材料的制作
        4.2.2 Cu₂O/Cu納米線光陰極的制作
        4.2.3 CuS/Cu₂O/Cu納米線光陰極的制備
    4.3 光陰極的表征與結(jié)果分析
        4.3.1 XRD分析
        4.3.2 XPS分析
        4.3.3 SEM分析
        4.3.4 EDS分析
        4.3.5 紫外可見(jiàn)吸收光譜
        4.3.6 LSV分析
        4.3.7 長(zhǎng)期壽命測(cè)試
    4.4 電池性能測(cè)試
        4.4.1 光電性能測(cè)試
        4.4.2 光電性能測(cè)試
        4.4.3 光照強(qiáng)度影響
        4.4.4 Na₂SO₄電解液濃度影響
        4.4.5 流速影響
    4.5 本章小結(jié)
5 基于CuS/Cu₂O/Cu三維疏水光陰極的光催化燃料電池
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法
        5.2.1 Cu₂O/Cu三維光陰極的制備
        5.2.2 CuS/Cu₂O/Cu三維光陰極的制作
        5.2.3 CuS/Cu₂O/Cu三維疏水光陰極的制作
    5.3 光陰極的表征與結(jié)果分析
        5.3.1 XRD分析
        5.3.2 XPS分析
        5.3.3 SEM分析
        5.3.4 EDS分析
        5.3.5 接觸角測(cè)量
        5.3.6 LSV分析
    5.4 電池性能測(cè)試
        5.4.1 光電性能測(cè)試
        5.4.2 光電性能測(cè)試
        5.4.3 光照強(qiáng)度影響
        5.4.4 Na₂SO₄電解液濃度影響
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的發(fā)明專利
    B.作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目



本文編號(hào)：3942868