環(huán)境與能源問題是當今世界面臨的兩大重點科學難題,絕大多數(shù)環(huán)境問題是由于傳統(tǒng)化石能源的使用而產(chǎn)生的,因此優(yōu)化現(xiàn)有能源結構及開發(fā)利用新能源是解決這兩大突出問題的先決條件。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題,而絕大部分氫氣來自工業(yè)上天然氣的蒸汽-甲烷重整反應,少部分來自于水的電解,耗能巨大,不能滿足現(xiàn)代社會對能源利用的要求。因此,尋找合適的水分解制氫驅動力成為該領域的重點研究方向,取法于自然界的光合作用,利用光敏劑受光激發(fā)所產(chǎn)生的電子還原質子后產(chǎn)氫將成為大規(guī)模利用太陽能驅動制氫的重要技術手段,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動水分解產(chǎn)氫的重點工作。鑒于現(xiàn)有的光電驅動水分解陰極器件中存在的一些問題,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,可吸收利用可見光;且該材料開路電壓大,有助于實現(xiàn)水的全分解反應的光電化學電池的構建;能帶位置合適可驅動質子還原反應并且可以受染料分子敏化形成分子光電器件,因此本文對該材料進行重點研究。首先優(yōu)化材料制備工藝,通過噴霧熱解的方式制備出... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

自然界中光反應體系中的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-在合成酶的驅動下驅動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)過系列電子轉移過程到達類囊體基質側，在還原酶的作用下生成還原態(tài)氫NADPH，即在光反應的PSⅠ和PSⅡ體系中，電子存在著類似于“Z”的轉移途徑，如圖1.1所示，也稱作Z-Scheme體系[8]。在暗反應過程中，利用光反應體系PSⅠ和PSⅡ所提供的ATP及NADPH進行二氧化碳的還原，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體系在功能上可劃分為捕光中心、電荷傳遞轉移、催化反應三個部分，取法于自然，人工光合作用即人為地構建起光合作用體系，在該體系中存在著與自然界中的光合作用同樣的光捕獲、電荷傳遞轉移、催化化學反應三個部分[9-15]。圖1.2人工光合作用系統(tǒng)a）一步反應途徑b）Z-Schme體系Fig1.2Artificialphotosynthesisa)singlet-steptranferb)Z-Schemetranfer

大連理工大學碩士學位論文-7-1.5.1光電陰極體系構建（1）可見光吸收半導體光陰極體系構建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行了負載，并通過紅外吸收光譜對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行了對比，表明了催化劑在二氧化鈦表面成功地吸附；圖1.4可見光吸收半導體p型硅驅動的光電催化質子還原產(chǎn)氫Fig.1.4Visible-light-absorbing-semiconductor-drivenphotocathodeforphotoelectrochemicalcatalyticprotonreductionreactionbyNiP@p-SiandCoP3@p-Si在光陰極電流體系的測試中，將質子還原催化劑貴金屬鉑（Pt）負載在基底表面作為對比，并對產(chǎn)氫量及法拉第效率進行了檢測。實驗結果表明，在負載了兩種質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行了分離，有效地降低了因電子和空穴而引起的復合而引起的效率的降低，且負載了NiP的催化劑的光陰極性能優(yōu)于負載了CoP的催化劑的性能，但在一定的時間后光電流密度都有所降低。并且在測試的過程中觀察到，在電子轉移的過程中存在著二氧化鈦（TiO2）導帶的充電過程，但隨著應用電壓的升高，二氧化鈦（TiO2）層儲存的電子會釋放出來進行質子還原催化劑的還原，進行對溶液中的質子進行還原。2013年，AlexandraKrawicz等[55]通過紫外光誘發(fā)的乙烯基單體進行接枝共聚，有效地將聚乙烯吡啶負載在直接帶隙半導體材料磷化鎵GaP上，合成的高分子側鏈中的吡啶基團作為功能化基團，有效地替換掉鈷系催


本文編號：3292438