本文關(guān)鍵詞：摻雜氧化銦的制備及其光催化制氧性能研究

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【摘要】：In2O3作為優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料在光催化領(lǐng)域,例如在光催化水產(chǎn)氫、產(chǎn)氧反應(yīng)中具有良好的應(yīng)用。但是由于In203較大的禁帶寬度阻礙了其在光催化方面的應(yīng)用,所以想要提高光催化反應(yīng)活性,減小In2O3的禁帶寬度顯得十分必要。研究表明,N的摻入能夠有效減小In203的帶隙,過渡金屬陽離子摻雜可以降低導(dǎo)帶的位置,同樣可以起到減小帶隙的作用。同時,元素摻雜將引入新的能級或缺陷,嚴(yán)重影響光生載流子的復(fù)合,從而影響光催化效率。本論文采用含有In的金屬-有機骨架材料sod-ZMOF作為前軀體制備N摻雜In2O3和N、Co共摻雜In2O3并詳細討論陰離子和陰陽離子共摻雜對In2O3光解水產(chǎn)氧的影響機理。論文分為三個部分：第一章緒論。簡要介紹了光解水制氫制氧的原理以及光解水催化劑的種類,特點和制備方法。第二章N摻雜In2O3結(jié)構(gòu)的制備及光催化產(chǎn)氧性能研究。采用sod-ZMOF作為前驅(qū)體經(jīng)過燒結(jié)后轉(zhuǎn)變成N摻雜的In2O3,其中有機配體咪唑-4,5-二羧酸作為N源。制備出的N摻雜In2O3去掉表面附著的碳后禁帶寬度為2.9 eV,報道的純In2O3的禁帶寬度(3.5-3.7 eV)減小了0.6-0.8 eV。通過該制備方法獲得了具有較高比較面積的多孔In2O3納米晶,同時,N-摻雜有效抑制了光生電荷的復(fù)合。在上述因素的協(xié)同作用下,該N摻雜In203在1小時內(nèi)光解水產(chǎn)氧量為20.48 1μmol(215.04 μmol/g)。通過對材料結(jié)構(gòu)的詳細表征分析,對N摻雜方式和機理進行了探究。第三章N、Co共摻雜的In2O3結(jié)構(gòu)的制備及光催化產(chǎn)氧性能研究。采用摻入Co元素的sod-ZMOF作為前軀體燒結(jié)得到N、Co共摻雜的In203,Co的摻入在N摻雜的基礎(chǔ)上進一步減小In2O3的禁帶寬度,從2.9 eV減小到2.65 eV。研究表明Co2+的摻入可以降低導(dǎo)帶位置,在導(dǎo)帶與價帶之間更靠近導(dǎo)帶的位置形成雜質(zhì)能級。光解水產(chǎn)氧實驗證明,N、Co共摻雜可以有效提高光催化產(chǎn)氧能力,反應(yīng)四小時后摻Co10%的樣品產(chǎn)氧量為312.52 μmol/g,摻N In203產(chǎn)氧量為255.79 μmol/g,高出56.73 μmol/g。本論文工作的主要創(chuàng)新點在于：采用In-MOF作為前驅(qū)體制備In203的同時進行元素摻雜,同時獲得了具有較高比表面積的多孔氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),制備方法新穎。本文提供了N摻雜In2O3的產(chǎn)氧數(shù)據(jù),以前的研究工作鮮有報道。
【關(guān)鍵詞】：氧化銦 N摻雜 Co摻雜 光催化產(chǎn)氧
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ116.14
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 前言12-15
• 1.1.1 光合作用原理12-14
• 1.1.2 半導(dǎo)體光催化反應(yīng)類型14-15
• 1.2 光催化水產(chǎn)氫產(chǎn)氧原理15-19
• 1.2.1 光催化產(chǎn)氫產(chǎn)氧反應(yīng)原理15-16
• 1.2.2 光催化產(chǎn)氫產(chǎn)氧的過程16-19
• 1.3 光催化分解水材料的研究進展19-25
• 1.3.1 紫外光催化分解水材料的進展19-22
• 1.3.2 可見光催化分解水材料的進展22-25
• 1.4 本文研究思路及主要內(nèi)容25-26
• 第二章 N摻雜氧化銦的合成、性質(zhì)及應(yīng)用26-44
• 2.1 引言26-27
• 2.2 實驗部分27-33
• 2.2.1 試劑和儀器27-28
• 2.2.2 前驅(qū)體及N摻雜氧化銦的制備28
• 2.2.3 樣品表征方法28-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-42
• 2.3.1 TGA及XRD33-35
• 2.3.2 前驅(qū)體及N摻雜氧化銦的形貌35-38
• 2.3.3 N摻雜氧化銦去碳前后的XPS和漫反射分析38-41
• 2.3.4 N摻雜氧化銦去碳前后的光電流和產(chǎn)氧性能分析41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 第三章 N、Co共摻雜氧化銦的合成、性質(zhì)及應(yīng)用44-62
• 3.1 引言44-50
• 3.1.1 試劑和儀器44-45
• 3.1.2 前驅(qū)體及N、Co共摻雜氧化銦的制備45-46
• 3.1.3 樣品表征方法46-50
• 3.2 結(jié)果與討論50-55
• 3.2.1 不同濃度的Co摻入含N氧化銦的XRD分析50-52
• 3.2.2 不同濃度Co摻入含N氧化銦的形貌分析52-55
• 3.3 不同濃度Co摻入含N氧化銦的XPS、拉曼以及可見光漫反射分析55-60
• 3.3.1 不同濃度Co摻入含N氧化銦的光電流及光催化產(chǎn)氧性能分析59-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 第四章 結(jié)論與展望62-64
• 4.1 論文主要結(jié)論62-63
• 4.2 論文創(chuàng)新點63
• 4.3 論文工作展望63-64
• 參考文獻64-72
• 致謝72-74
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況74-75
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表75

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