能源危機(jī)和環(huán)境污染情況日益嚴(yán)重,制備無污染、高清潔的H2能源,成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的可行性方案。介于此,本文主要研究基于CN和Cd S的復(fù)合型納米半導(dǎo)體材料的制備,構(gòu)建特殊的電荷傳輸路徑,提高可見光驅(qū)動(dòng)下分解水制H2的催化性能,同時(shí)探討光催化劑的光學(xué)性能、電學(xué)性能以及光解水的反應(yīng)機(jī)理。本文主要涉及三個(gè)研究?jī)?nèi)容:1、通過水熱合成法用雙金屬磷化物（Co Mo P）納米顆粒修飾CN納米片,成功制備了納米光催化劑Co Mo P/CN,在HER中表現(xiàn)出可喜的光催化活性,可見光照射5h后的H2產(chǎn)量達(dá)到646.4μmol,是純CN的66.7倍之多。FTIR、XRD、FESEM和TEM的表征結(jié)果顯示,復(fù)合催化劑具有良好的晶型和特有的官能團(tuán),UV-vis DR、瞬態(tài)熒光和電化學(xué)的測(cè)試結(jié)果顯示,復(fù)合物催化劑具有更強(qiáng)的可見光吸收性能和電化學(xué)性能。附著在CN表面的納米顆粒Co Mo P為HER過程提供了足夠多的活性位點(diǎn),使其電荷與空穴的分離效率、光生電子的轉(zhuǎn)移效率得到極大提高,加速了在水中的還原反應(yīng)速率并提升了H2產(chǎn)量。針對(duì)在EY敏化體系中高效的光催化析氫活性,提出了可能的電荷傳輸及HER機(jī)理。2、在Cd S@CN納米復(fù)合材料上光沉積Ni（OH）2,構(gòu)建了Cd S與CN之間特殊的電荷傳輸通道,使光生電子能高效的轉(zhuǎn)移至活性位點(diǎn)Ni2+/Ni簇上,顯著的加速了電子與空穴的分離。制成的復(fù)合型催化劑Cd S@CN/Ni（OH）2極大地提高了HER速率,5h后的H2產(chǎn)量達(dá)到1445.58μmol,分別是Cd S和CN的39.5倍和149倍之多,其對(duì)應(yīng)的AQE為5.59%。FESEM、TEM、XRD、XPS、UV-vis DR和BET等表征結(jié)果顯示復(fù)合催化劑具有較好的晶型結(jié)構(gòu)、元素具有特定的化合價(jià)態(tài)和更強(qiáng)的可見光吸收能力,比表面積得到提升。穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜和電化學(xué)表征結(jié)果顯示Cd S@CN/Ni（OH）2的光電流密度最高、阻抗最小、光生電子壽命最長(zhǎng),綜合顯示出更優(yōu)的光電化學(xué)性能。同時(shí),提出了在可見光照射下,乳酸溶液作為犧牲試劑,復(fù)合型半導(dǎo)體材料光催化分解水制H2的反應(yīng)機(jī)理。3、構(gòu)建了有獨(dú)特光生電荷傳輸路徑的Z型異質(zhì)結(jié)Cd S@WO3,使WO3的CB上的光生電荷直接傳遞到Cd S的VB上并與之空穴復(fù)合,有效抑制Cd S上光生空穴和電子的復(fù)合,在可見光下能高效分解水制H2。以乳酸溶液為犧牲試劑,催化劑Cd S@WO3/Co P在可見光照射5h后的H2產(chǎn)量為736.89μmol,分別是純Cd S和WO3的20.2和24.5倍,對(duì)應(yīng)的AQE為1.72%。XRD、TEM、XPS表征結(jié)果顯示出催化劑有高的結(jié)晶度、納米棒狀的微觀形貌和元素特定的化合價(jià)態(tài)分布。UV-vis DR、PL、電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示出Cd S@WO3/Co P對(duì)可見光的吸收強(qiáng)度最高,光電流響應(yīng)最強(qiáng),有效提高了光生空穴和電子的分離效率,其光學(xué)和電學(xué)性能均優(yōu)于對(duì)比催化劑,并根據(jù)其結(jié)果詳細(xì)的計(jì)算并分析了催化劑的能帶結(jié)構(gòu)。具有特殊能帶結(jié)構(gòu)的Z型異質(zhì)結(jié)Cd S@WO3搭載Co P后,有更多的活性位點(diǎn),提高了光生電荷的傳輸速率,促進(jìn)了還原反應(yīng)的發(fā)生,提升了H2產(chǎn)量。同時(shí),探究并提出了基于Z型異質(zhì)結(jié)Cd S@WO3上的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制和HER機(jī)理。

基本信息

題目	基于g-C3N4、CdS&WO3異質(zhì)結(jié)光催化劑的構(gòu)筑及其光解水制氫性能研究
文獻(xiàn)類型	碩士論文
作者	張玉鵬
作者單位	北方民族大學(xué)
導(dǎo)師	靳治良
文獻(xiàn)來源	北方民族大學(xué)
發(fā)表年份	2020
學(xué)科分類	工程科技Ⅰ輯
專業(yè)分類	化學(xué),化學(xué),無機(jī)化工
分類號(hào)	O643.36;O644.1;TQ116.2
關(guān)鍵詞	光生電子,異質(zhì)結(jié),光催化,分解水,產(chǎn)氫
總頁數(shù)：	85
文件大小：	3875K

論文目錄

摘要

abstract

第一章 緒論

1.1 光催化簡(jiǎn)介

1.1.1 光催化現(xiàn)狀

1.1.2 光催化分解水的基本原理

1.1.3 光解水制氫面臨的問題

1.1.4 光催化的其他應(yīng)用

1.2 幾種半導(dǎo)體材料的性能和應(yīng)用

3N4）'>    1.2.1 類石墨相氮化碳（g-C3N4）

1.2.2 硫化鎘（CdS）半導(dǎo)體材料

3）半導(dǎo)體材料'>    1.2.3 三氧化鎢（WO3）半導(dǎo)體材料

1.2.4 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料

1.3 提升光催化分解水效率的方法

1.3.1 搭載貴金屬或非貴金屬助催化劑

1.3.2 制備復(fù)合型納米半導(dǎo)體材料

1.3.3 選擇合適的染料敏化和犧牲試劑

1.3.4 通過結(jié)合MOFs增加比表面積

1.3.5 制備量子點(diǎn)催化劑

1.4 選題背景、意義和研究?jī)?nèi)容

第二章 納米顆粒CoMoP修飾CN加快電荷轉(zhuǎn)移速率及其光解水性能研究

2.1 引言

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 催化劑CN和 CoMoP/CN制備

2.2.2 光催化制氫實(shí)驗(yàn)和AQE測(cè)試

2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 結(jié)構(gòu)表征與分析

2.3.2 形貌表征與分析

2.3.3 催化性能表征與分析

2.3.4 光電性能表征與分析

2.3.5 元素成分檢測(cè)與分析

2.3.6 吸附脫附曲線分析

2.3.7 光催化反應(yīng)機(jī)理

2.4 本章小結(jié)

2 實(shí)現(xiàn)可見光驅(qū)動(dòng)下分解水制氫研究'>第三章 復(fù)合材料CdS@CN表面光沉積Ni（OH）2實(shí)現(xiàn)可見光驅(qū)動(dòng)下分解水制氫研究

3.1 引言

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.2.1 硫化鎘納米棒的制備

3.2.2 光催化制氫實(shí)驗(yàn)

3.2.3 表觀量子產(chǎn)率測(cè)量

3.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和表征儀器

3.3 結(jié)果與討論

3.3.1 結(jié)構(gòu)表征與分析

3.3.2 形貌表征與分析

3.3.3 催化性能表征與分析

3.3.4 電學(xué)性能表征與分析

3.3.5 光學(xué)性能表征與分析

3.3.6 元素成份測(cè)定與分析

3.3.7 吸附脫附曲線分析

3.3.8 光催化反應(yīng)機(jī)理

3.4 本章小結(jié)

3實(shí)現(xiàn)可控的電子傳輸機(jī)制研究'>第四章 用CoP修飾Z型異質(zhì)結(jié)CdS@WO3實(shí)現(xiàn)可控的電子傳輸機(jī)制研究

4.1 引言

4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.2.1 光催化劑的制備

4.2.2 析氫動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

4.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

4.2.4 表觀量子產(chǎn)率測(cè)量

4.3 結(jié)果與討論

4.3.1 形貌結(jié)構(gòu)表征與分析

4.3.2 催化性能測(cè)試和分析

4.3.3 電學(xué)性能表征與分析

4.3.4 光學(xué)性能表征與分析

4.3.5 元素成份測(cè)定與分析

4.3.6 光催化反應(yīng)機(jī)理

4.4 本章小結(jié)

第五章 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

5.2 展望

參考文獻(xiàn)

致謝

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

個(gè)人簡(jiǎn)介

附件

參考文獻(xiàn)

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