按照目前的能源消耗速率,地球上的不可再生能源僅能維持人類的發(fā)展至本世紀(jì)末。太陽能對于人類而言是取之不竭的能量來源,而氫能既提供能量又不產(chǎn)生溫室氣體,是人類社會可持續(xù)發(fā)展的首選能源。光電化學(xué)分解水提供一種直接將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的途徑。在光電化學(xué)分解水系統(tǒng)中,光陽極是其中最關(guān)鍵的部件之一。(氧)氮化物是一類合適的光陽極材料,其中LaTaON2的太陽能-氫能轉(zhuǎn)化效率理論上達(dá)到18.5%,對應(yīng)于15 mA cm-2的光電流極限值,而其首次報道值僅有0.15 mA cm-2,可能存在嚴(yán)重的載流子復(fù)合因素,具有極大的提升空間。本論文致力于提高LaTaON2顆粒膜電極的光電流,通過對實驗結(jié)果的分析,揭示了影響LaTaON2顆粒膜電極光電流受限制的原因：固態(tài)界面密度增加了光生載流子的傳輸電阻,水氧化的慢動力學(xué)過程進(jìn)一步制約光電流的提升。針對限制因素,通過降低固態(tài)界面密度以及增大固液界面的面積和對表面擔(dān)載的產(chǎn)氧電催化劑進(jìn)行后續(xù)的氣氛熱處理,大幅度提高了LaTaON2顆粒膜電極的光電流。主要研究內(nèi)容如下：通過優(yōu)化的界面(晶粒-晶粒、顆粒-顆粒、顆粒-電解液)設(shè)計提高LaTaON2顆粒膜電極的光電流。通過改...

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 可持續(xù)發(fā)展的未來
    1.2 光電化學(xué)池的構(gòu)型和太陽能-氫能轉(zhuǎn)化效率
    1.3 半導(dǎo)體-液相結(jié)與光電流特性曲線
    1.4 提高光電化學(xué)性能的策略
        1.4.1 材料
        1.4.2 載流子傳輸
        1.4.3 表面反應(yīng)
        1.4.4 液相反應(yīng)
    1.5 本文研究內(nèi)容與思路
    參考文獻(xiàn)
第二章 實驗部分
    2.1 主要化學(xué)試劑
    2.2 樣品粉末以及顆粒膜電極的制備裝置
        2.2.1 樣品粉末的制備
        2.2.2 顆粒膜電極的制備裝置
        2.2.3 表面產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載裝置
    2.3 樣品粉末以及顆粒膜電極的物性表征
        2.3.1 X射線粉末衍射(XRD)
        2.3.2 紫外-可見光漫反射吸收光譜(UV-vis)
        2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.5 X射線光電子能譜(XPS)
    2.4 (光)電極的(光)電化學(xué)表征
        2.4.1 循環(huán)伏安測試(I-V)
        2.4.2 Mott-Schottky測試
        2.4.3 穩(wěn)定性測試(恒電位法,I-t)
        2.4.4 外量子效率測試
        2.4.5 法拉第測試
    參考文獻(xiàn)
第三章 提高LaTaON₂的光電流：界面的優(yōu)化設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 LaTaON₂樣品粉末的制備
        3.2.2 LaTaON₂顆粒膜電極的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 LaTaON₂樣品粉末的物性表征
        3.3.2 LaTaON₂顆粒膜電極的(光)電化學(xué)表征
        3.3.3 LaTaON₂樣品(顆粒膜電極、粉末)的微結(jié)構(gòu)表征
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 提高LaTaON₂的光電流：表面CoO_x產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載以及優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 CoO_x產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載以及后續(xù)的氣氛熱處理
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 CoO_x產(chǎn)氧電催化劑以及CoO_x擔(dān)載的LaTaON₂顆粒膜電極的光電化學(xué)表征
        4.3.2 CoO_x修飾的LaTaON₂顆粒膜電極的微觀形貌表征
        4.3.3 顆粒膜電極表面的LaTaON₂顆粒的高分辨電鏡圖
        4.3.4 顆粒膜電極的PCE以及穩(wěn)定性表征
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 光電化學(xué)的未來展望
攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果
致謝
附錄A



本文編號：3881489