可见光响应型TiO 2-x /半导体异质(相)结的构筑与光电转换性能研究

发布时间：2024-06-30 05:26

　　目前以化石燃料为主要能源的各类活动导致全球气温变暖、环境恶化，给人们的生活带来诸多危害。面对环境污染和能源短缺的威胁，人们采用各种方法来改善环境并开发新型能源代替不可再生能源。其中利用半导体光催化技术处理污染废水、光催化分解水制氢是一项非常有前景的污染治理和新能源生产技术。目前性能较为优异和研究最为深入的光催化剂是纳米二氧化钛(TiO2)半导体。TiO2光化学稳定性高、对环境无污染、催化效率高，可广泛应用于污水处理、杀菌、空气净化、分解水制氢等领域。但是纯的TiO2禁带宽度大(锐钛矿³.2eV，金红石³.0eV，板钛矿³.03eV)，只能被紫外光激发，太阳光利用率低；并且TiO2电导率低，光生电子和空穴的传输速率慢，易在TiO2的缺陷部位复合，从而严重影响光催化效率。因此，制备高活性TiO2光催化剂的关键是减小其禁带宽度，抑制光生电子和空穴的复合。 基于材料结构与性能的关系，光催化剂的性能与其形貌、晶型、晶面等微观因素有关。随着研究的深入，一些新的纳米结构不断涌现，新的合成技术不断完善，新的分析技术不断成熟。结合纳米材料...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 TiO₂半导体纳米材料
        1.1.1 引言
        1.1.2 纳米 TiO₂光催化原理
        1.1.3 纳米 TiO₂半导体的应用
    1.2 TiO₂半导体的改性研究
        1.2.1 金属离子掺杂
        1.2.2 非金属元素掺杂
        1.2.3 贵金属沉积
        1.2.4 半导体复合
        1.2.5 表面光敏化
        1.2.6 Ti³⁺自掺杂
        1.2.7 TiO₂微结构调控
    1.3 论文选题意义
    1.4 论文研究内容和技术手段
        1.4.1 论文研究使用的主要仪器
        1.4.2 材料的表征
        1.4.3 材料的性能
第2章 金属单质还原制备 Ti³⁺自掺杂的 TiO₂-x异质(相)结与光电转换性能12
    2.1 Ti³⁺自掺杂的 TiO₂-x(A)/TiO₂-x(R)异相结的制备与光催化性能
        2.1.1 材料制备
        2.1.2 结果与讨论
            2.1.2.1 样品表征
            2.1.2.2 Ti³⁺自掺杂 TiO₂-x(A)/TiO₂-x(R)异相结形成机制
            2.1.2.3 样品的光学性质和光催化活性
            2.1.2.4 光催化机理
        2.1.3 本节结论
    2.2 不同工艺制备 Ti³⁺自掺杂钛-锌复合氧化物及其性能
        2.2.1 样品制备
        2.2.2 结果与讨论
            2.2.2.1 样品的表征
            2.2.2.2 Ti³⁺自掺杂 Ti-Zn 复合氧化物的形成机理
            2.2.2.3 光学特性和光催化活性
            2.2.2.4 光电化学和析氢性能
            2.2.2.5 光生电子和空穴转移机制和催化机理
        2.2.3 本节结论
    2.3 Ti³⁺自掺杂的 TiO₂-x/SnO2/SnS2异质结的制备与光电转换性能
        2.3.1 样品制备
        2.3.2 结果与讨论
            2.3.2.1 样品表征
            2.3.2.2 光催化活性
            2.3.2.3 光电转换性能
            2.3.2.4 光电转换和光催化过程机制
        2.3.3 本节结论
    2.4 本章结论
第3章 Ga3+掺杂的 TiO₂-x异相结的构筑与光电转换性能
    3.1 引言
    3.2 样品制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 样品表征
        3.3.2 Ga3+掺杂 TiO₂-x异相结的可能形成机制
        3.3.3 样品的光吸收性能和光催化活性
        3.3.4 样品的光电转换和分解水制氢性能
        3.3.5 样品的光电转换和光催化机制
    3.4 本章结论
第4章 原位构筑 TiO₂-x/BiOCl 异质结及其光催化性能研究
    4.1 前言
    4.2 样品制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 样品表征
        4.3.2 还原态 TiO₂-x/BiOCl 异质结的形成机制
        4.3.3 光学特性和光催化活性
        4.3.4 提高的光催化活性机制
    4.4 本章结论
第5章 总结与展望
    5.1 论文主要结论
    5.2 存在的问题和展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果
    1. 学术论文研究成果
    2. 其它研究成果



本文编号：3998449