環(huán)境與能源問(wèn)題是當(dāng)今世界面臨的兩大重點(diǎn)科學(xué)難題,絕大多數(shù)環(huán)境問(wèn)題是由于傳統(tǒng)化石能源的使用而產(chǎn)生的,因此優(yōu)化現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)利用新能源是解決這兩大突出問(wèn)題的先決條件。氫氣作為清潔能源有望避免因化石燃料的使用而引起的污染問(wèn)題,而絕大部分氫氣來(lái)自工業(yè)上天然氣的蒸汽-甲烷重整反應(yīng),少部分來(lái)自于水的電解,耗能巨大,不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源利用的要求。因此,尋找合適的水分解制氫驅(qū)動(dòng)力成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向,取法于自然界的光合作用,利用光敏劑受光激發(fā)所產(chǎn)生的電子還原質(zhì)子后產(chǎn)氫將成為大規(guī)模利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)制氫的重要技術(shù)手段,故尋找合適的光敏劑并組成可利用的光電器件將成為今后光電驅(qū)動(dòng)水分解產(chǎn)氫的重點(diǎn)工作。鑒于現(xiàn)有的光電驅(qū)動(dòng)水分解陰極器件中存在的一些問(wèn)題,本文利用了一種新型的材料鐵酸鑭（LaFeO₃）并將其用于染料敏化水分解光陰極器件的制備中,該材料帶隙窄,可吸收利用可見(jiàn)光;且該材料開(kāi)路電壓大,有助于實(shí)現(xiàn)水的全分解反應(yīng)的光電化學(xué)電池的構(gòu)建;能帶位置合適可驅(qū)動(dòng)質(zhì)子還原反應(yīng)并且可以受染料分子敏化形成分子光電器件,因此本文對(duì)該材料進(jìn)行重點(diǎn)研究。首先優(yōu)化材料制備工藝,通過(guò)噴霧熱解的方式制備出... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自然界中光反應(yīng)體系中的Z-Scheme體系Fig.1.1Lightreactionsofphotosynthesis(Z-Scheme)

新型染料敏化水分解器件中光陰極材料制備-2-在合成酶的驅(qū)動(dòng)下驅(qū)動(dòng)ADP和Pi合成ATP；而另一面P700捕光中心受光激發(fā)產(chǎn)生電子經(jīng)過(guò)系列電子轉(zhuǎn)移過(guò)程到達(dá)類囊體基質(zhì)側(cè)，在還原酶的作用下生成還原態(tài)氫NADPH，即在光反應(yīng)的PSⅠ和PSⅡ體系中，電子存在著類似于“Z”的轉(zhuǎn)移途徑，如圖1.1所示，也稱作Z-Scheme體系[8]。在暗反應(yīng)過(guò)程中，利用光反應(yīng)體系PSⅠ和PSⅡ所提供的ATP及NADPH進(jìn)行二氧化碳的還原，從而產(chǎn)生生物體所需的糖類化合物。圖1.1自然界中光反應(yīng)體系中的Z-Scheme體系Fig.1.1Lightreactionsofphotosynthesis(Z-Scheme)1.3人工光合作用自然界中光合作用光反應(yīng)體系在功能上可劃分為捕光中心、電荷傳遞轉(zhuǎn)移、催化反應(yīng)三個(gè)部分，取法于自然，人工光合作用即人為地構(gòu)建起光合作用體系，在該體系中存在著與自然界中的光合作用同樣的光捕獲、電荷傳遞轉(zhuǎn)移、催化化學(xué)反應(yīng)三個(gè)部分[9-15]。圖1.2人工光合作用系統(tǒng)a）一步反應(yīng)途徑b）Z-Schme體系Fig1.2Artificialphotosynthesisa)singlet-steptranferb)Z-Schemetranfer

大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文-7-1.5.1光電陰極體系構(gòu)建（1）可見(jiàn)光吸收半導(dǎo)體光陰極體系構(gòu)建2017年JaneJ.Leung[53]等將p型硅電極作為光敏劑，為避免其與溶液接觸而形成氧化物，在其上覆蓋了二氧化鈦（TiO2）作為保護(hù)層，并將Dubois催化劑NiP及鈷系催化劑CoP3在二氧化鈦表面分別進(jìn)行了負(fù)載，并通過(guò)紅外吸收光譜對(duì)催化劑的吸收譜帶及其在二氧化鈦（TiO2）吸附后形成的超分子體系的吸收譜帶進(jìn)行了對(duì)比，表明了催化劑在二氧化鈦表面成功地吸附；圖1.4可見(jiàn)光吸收半導(dǎo)體p型硅驅(qū)動(dòng)的光電催化質(zhì)子還原產(chǎn)氫Fig.1.4Visible-light-absorbing-semiconductor-drivenphotocathodeforphotoelectrochemicalcatalyticprotonreductionreactionbyNiP@p-SiandCoP3@p-Si在光陰極電流體系的測(cè)試中，將質(zhì)子還原催化劑貴金屬鉑（Pt）負(fù)載在基底表面作為對(duì)比，并對(duì)產(chǎn)氫量及法拉第效率進(jìn)行了檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在負(fù)載了兩種質(zhì)子還原催化劑的條件下，該光陰極在0.1mol/L的CH3COONa溶液中產(chǎn)生了340μAcm-2的光電流密度（appliedbias=0VvsRHE），這是由于該體系將光敏劑和催化劑進(jìn)行了分離，有效地降低了因電子和空穴而引起的復(fù)合而引起的效率的降低，且負(fù)載了NiP的催化劑的光陰極性能優(yōu)于負(fù)載了CoP的催化劑的性能，但在一定的時(shí)間后光電流密度都有所降低。并且在測(cè)試的過(guò)程中觀察到，在電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程中存在著二氧化鈦（TiO2）導(dǎo)帶的充電過(guò)程，但隨著應(yīng)用電壓的升高，二氧化鈦（TiO2）層儲(chǔ)存的電子會(huì)釋放出來(lái)進(jìn)行質(zhì)子還原催化劑的還原，進(jìn)行對(duì)溶液中的質(zhì)子進(jìn)行還原。2013年，AlexandraKrawicz等[55]通過(guò)紫外光誘發(fā)的乙烯基單體進(jìn)行接枝共聚，有效地將聚乙烯吡啶負(fù)載在直接帶隙半導(dǎo)體材料磷化鎵GaP上，合成的高分子側(cè)鏈中的吡啶基團(tuán)作為功能化基團(tuán)，有效地替換掉鈷系催


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