半導(dǎo)體光催化包括有機(jī)物降解、水分解產(chǎn)氫和cO2還原,被認(rèn)為是能夠有效利用豐富的太陽(yáng)能資源,解決當(dāng)前環(huán)境污染和能源危機(jī)的有效方法之一,有著廣闊的應(yīng)用研究前景。然而其核心本質(zhì)和面臨的主要問題在于研究和開發(fā)具有高效光吸收與光催化效率的半導(dǎo)體光催化劑。（GaN）1-x（ZnO）x固溶體作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體GaN（3.4 eV）和ZnO（3.2 eV）置換固溶形成的四元半導(dǎo)體合金,其帶隙可通過控制ZnO固溶含量實(shí)現(xiàn)3.4-2.2 eV自由調(diào)控,擁有良好的可見光吸收和光催化全分解水產(chǎn)氫能力,吸引了廣大科研工作者的密切關(guān)注。然而之前絕大部分的研究工作主要集中在微米晶團(tuán)聚燒結(jié)的塊體粉末,其過長(zhǎng)的光生載流子遷移路徑和固溶本身帶來的大量結(jié)構(gòu)缺陷,顯著增加了載流子的復(fù)合效率,降低了整體光催化性能。針對(duì)以上問題,本論文研究?jī)?nèi)容主要從低維（GaN）-x（ZnO）,固溶體納米材料的合成出發(fā),以降低光生載流子的復(fù)合效率為核心,同時(shí)提高可見光吸收和光催化活性面積,以獲得更高的光催化活性。本論文首先采用溶膠凝膠法制備了 ZnO含量為25-85%,帶隙為2.76-2.38 eV可調(diào)的多孔（GaN）1-x（ZnO）x固溶... 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：168 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?２０１５年中國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)占比［１］??

過程中的能量損失、反應(yīng)激活能以及產(chǎn)物的吸附與脫附等多方面原因，使得無(wú)論是光還??原還是光氧化都存在一定的過電勢(shì)，因此一般認(rèn)為半導(dǎo)體光催化材料最合適的禁帶大小??Ｅｇ約為１．８－２．０ｅＶ。光催化全分解水原理可以按照?qǐng)D１．３描述為：當(dāng)半導(dǎo)體受到大于Ｅｇ??能量波長(zhǎng)的光照射時(shí)，處于價(jià)帶中的電子會(huì)受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶底部的空軌道，而在價(jià)帶??－５－??

?ｈ２ｏ、?（４）?＾??［Ｈ２０２，?．ＯＨ，?．ＯＯＨ］?＋?Ｒ?—＞?Ｃ０２，?Ｈ２０??圖１．２光催化氧化降解有機(jī)物原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｓｎｉｓｍ?ｏｆ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ??１．２．２光催化分解水制氫??光催化分解水制氫氣對(duì)于實(shí)現(xiàn)零碳排放的能源結(jié)構(gòu)體系有著重要的研究?jī)r(jià)值，然而??水是一種十分穩(wěn)定的化合物，破壞其化學(xué)鍵需要耗費(fèi)巨大的能量。根據(jù)水分解的化學(xué)反??應(yīng)方程式，其分解生成氫氣和氧氣的吉布斯自由能增加２３７?ｋＪｍｏｒ１，是一個(gè)能量升高??的非自發(fā)反應(yīng)：??Ｈ２０?＾?Ｈ２?＋?０２；?ＡＧ０?＝?＋２３７?ｋＪ?ｍｏｆ１?（１．８）??熱力學(xué)要求其需要從外部吸收至少２３７?ｋＪ?ｍｏｒ１或１．２３?ｅＶ的能量，與電化學(xué)分解水??的理想分解電位能量相同，即要求作為光催化劑的半導(dǎo)體材料的禁帶Ｅｇ至少大于１．２３??ｅＶ。此外，水氧化半反應(yīng)的發(fā)生需要空穴擁有足夠的氧化能力，因此熱力學(xué)上還需要半??導(dǎo)體催化劑的導(dǎo)帶電位跨過氫標(biāo)準(zhǔn)電位Ｅｈ＋／Ｈ２，且比其更負(fù)，而水還原反應(yīng)的發(fā)生需要??價(jià)帶電位超過氧標(biāo)準(zhǔn)電位Ｅ０２／Ｈ２０


本文編號(hào)：3602885