環(huán)境污染的日益嚴峻和能源需求的不斷增長,是當今世界共同面對的兩大挑戰(zhàn)。低成本且環(huán)境友好的無機半導(dǎo)體材料光催化體系,兼具解決能源與環(huán)境問題的巨大潛力。經(jīng)過科研工作者四十多年的不懈努力,在光催化/光電催化分解水、光催化CO2還原、光催化降解有機污染物等光催化領(lǐng)域,都取得了極大的進展,開發(fā)出了許多高性能的光催化體系。盡管如此,半導(dǎo)體光催化材料的光催化效率仍然很低,不足以滿足實際生產(chǎn)應(yīng)用的需求。基于半導(dǎo)體材料的光催化反應(yīng),主要分為三個過程:(1)半導(dǎo)體吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對;(2)光生電荷的分離、遷移和復(fù)合;(3)光生電荷在表面活性位點參與氧化還原反應(yīng)。光催化劑的活性,是上述三個過程熱力學(xué)與動力學(xué)平衡的結(jié)果,也就是說,理想的光催化劑應(yīng)該同時具有三個特性,即較寬的光譜吸收范圍、高效的電荷分離與傳輸性能以及表面化學(xué)反應(yīng)的快速發(fā)生�？蒲泄ぷ髡咛岢隽嗽S多半導(dǎo)體改性的策略,諸如金屬/非金屬摻雜、增加表面缺陷密度、異質(zhì)結(jié)/同質(zhì)結(jié)光催化劑的構(gòu)建、助催化劑的負載等,用以提高半導(dǎo)體光催化劑的上述性能。事實上,上述策略可以被分為兩類,即光催化劑的表面與界面調(diào)控。表面效應(yīng)和界面效應(yīng)是影響無機半導(dǎo)體光催化材料性能的...

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 非均相光催化反應(yīng)的幾種類型
        1.2.1 利用太陽能分解水產(chǎn)氫
        1.2.2 利用太陽能還原CO2

        1.2.3 利用太陽能降解有機污染物
    1.3 太陽能光催化中的科學(xué)問題與解決方法
        1.3.1 半導(dǎo)體光催化的基本過程
        1.3.2 半導(dǎo)體光催化材料的表面設(shè)計
        1.3.3 半導(dǎo)體光催化材料的界面設(shè)計
    1.4 表面光電壓技術(shù)用于研究半導(dǎo)體材料的光生電荷行為
        1.4.1 表面光電壓技術(shù)的基本原理
        1.4.2 表面光電壓技術(shù)的應(yīng)用
    1.5 本論文的立題思想和研究內(nèi)容
第二章 Ni²⁺離子摻雜對CdS納米棒表面態(tài)及光催化性能影響的研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 化學(xué)試劑與主要儀器
        2.2.2 Ni²⁺離子摻雜的Cd S納米棒的制備
        2.2.3 光生電荷行為的表征測試
            2.2.3.1 表面光電壓譜與瞬態(tài)光電壓測試
            2.2.3.2 熒光光譜測試
        2.2.4 光解水產(chǎn)氫實驗
    2.3 實驗結(jié)果與討論
        2.3.1 乙二胺對CdS納米棒表面性質(zhì)的影響
        2.3.2 Ni²⁺摻雜前后CdS納米棒表面態(tài)性質(zhì)分析
        2.3.3 Ni²⁺摻雜前后CdS納米棒光生電荷行為示意圖
        2.3.4 Ni²⁺摻雜的CdS納米棒光催化分解水產(chǎn)氫性能研究
    2.4 本章小結(jié)
第三章 表面態(tài)的類型對CdS納米晶體光催化性能影響的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 化學(xué)試劑與主要儀器
        3.2.2 CdS納米晶體的制備
        3.2.3 光生電荷行為的表征測試
            3.2.3.1 表面光電壓譜與瞬態(tài)光電壓測試
            3.2.3.2 表面光電流測試
        3.2.4 光催化降解實驗
    3.3 實驗結(jié)果與討論
        3.3.1 CdS納米晶樣品光催化降解RhB性能研究
        3.3.2 CdS納米晶表面態(tài)性質(zhì)分析
        3.3.3 CdS納米晶表面態(tài)與RhB降解機理間的內(nèi)在聯(lián)系
        3.3.4 CdS納米晶光生電荷遷移及RhB降解機理圖
    3.4 本章小結(jié)
第四章 產(chǎn)氧助催化劑Ni₂P的修飾對Ti-Fe₂O₃電極光電化學(xué)水氧化性能影響的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 化學(xué)試劑、耗材與主要儀器
        4.2.2 光陽極的制備
        4.2.3 電化學(xué)與光電化學(xué)測試
            4.2.3.1 光電流密度測試
            4.2.3.2 IPCE及光電流穩(wěn)定測試
            4.2.3.3 空穴注入效率測試
            4.2.3.4 開路電壓與開路光電壓測試
            4.2.3.5 表面累積電荷量測試
            4.2.3.6 電化學(xué)阻抗譜測試
        4.2.4 表面光電壓譜測試
    4.3 實驗結(jié)果與討論
        4.3.1 光陽極的形貌與XRD表征
        4.3.2 光電化學(xué)水氧化的性能研究
        4.3.3 Ti-Fe₂O₃/Ni₂P光陽極光電性能提升的原因分析
        4.3.4 Ti-Fe₂O₃/Ni₂P光陽極光生電荷遷移示意圖
    4.4 本章小結(jié)
第五章 助催化劑CoO_x與Ti-Fe₂O₃電極間金屬電荷傳輸通道的構(gòu)建及其對光電化學(xué)水氧化性能影響的研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 化學(xué)試劑、耗材與主要儀器
        5.2.2 光陽極的制備
        5.2.3 電化學(xué)與光電化學(xué)測試
        5.2.4 光生電荷行為的表征測試
            5.2.4.1 表面功函分布測試
            5.2.4.2 表面光電壓譜與瞬態(tài)光電壓測試
            5.2.4.3 瞬態(tài)光電流測試
    5.3 實驗結(jié)果與討論
        5.3.1 光陽極表面Co基納米顆粒的存在形式表征
        5.3.2 光陽極光生電荷分離效率和壽命的表征
        5.3.3 光電化學(xué)水氧化的性能研究
        5.3.4 金屬Co電荷傳輸通道在光電化學(xué)過程中的重要作用
        5.3.5 光陽極性能的進一步測試
        5.3.6 Ti-Fe₂O₃@CoO_x與Ti-Fe₂O₃@Co/CoO_x光陽極光生電荷遷移示意圖
    5.4 本章小結(jié)
參考文獻
作者簡介及科研成果
致謝



本文編號：3889866

boshi