ZnO基纳米阵列光阳极的构建与光电水分解应用
发布时间：2023-03-05 09:46
人类社会步入21世纪以来,以能源为支撑的经济得到飞速发展,由此衍生出的化石能源枯竭和新能源的开发利用问题,也逐渐成为人们谈论和关注的热点。为了替代污染严重的传统化石燃料,研究人员们致力于利用以太阳能和风能为主的可再生能源来获取廉价、清洁、高热值的氢能源。其中,使用半导体材料进行的光电催化水分解为高效地利用太阳能提供了一种较为理想的途径。然而,在光电水分解系统中,光阳极表面发生的水氧化反应涉及4个电子的转移,因此动力学过程更为复杂、缓慢且过电位较大,这极大的束缚了该系统太阳能转化效率的提升。由此可见,研发兼具优异的光电水氧化活性和稳定性的光阳极材料,对于组装高效的光电水分解电池具有根本意义。本论文选用低成本、易于合成的氧化锌纳米棒阵列为对象开展研究工作,借助ZnO自身物理化学性质的诸多优势以及纳米棒阵列结构形貌的特点,结合异质结构建、氧空位及表面钝化层修饰以及析氧助催化剂改性等策略逐步优化ZnO基纳米阵列光阳极的水氧化性能,并且通过详细的物理表征和光电化学测试对复合光阳极优异的光电活性来源进行深入的讨论和分析。本论文的主要研究内容和结论包括以下三个部分:1、p-n异质结和氧空位修饰的Zn...
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 PEC水分解系统
1.2.1 PEC水分解系统的基本结构和工作原理
1.2.2 半导体/电解液界面能带弯曲
1.2.3 半导体电极中电荷转移行为
1.3 PEC水分解系统的主要性能参数
1.4 几种常见的光电极材料的发展研究
1.4.1 常见的光阴极材料
1.4.2 常见的光阳极材料
1.5 ZnO半导体材料
1.5.1 ZnO的基本结构性质和相关用途
1.5.2 改善ZnO光阳极PEC性能的常见方法
1.6 本论文选题意义和研究内容
1.7 参考文献
第二章 p-n型异质结和氧空位修饰的ZnO NRs光阳极光电水氧化性能的研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要化学试剂
2.2.2 ZnO纳米棒(NRs)阵列光阳极的制备
2.2.3 CoOx/ZnO NRs光阳极的制备
2.2.4 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的制备
2.2.5 CoOx光阳极的制备
2.2.6 样品物性表征
2.2.6.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
2.2.6.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
2.2.6.3 样品的光学性能表征
2.2.7 样品光电化学性能表征
2.2.7.1 仪器设备
2.2.7.2 测试条件及参数设置
2.3 结果与讨论
2.3.1 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的制备流程
2.3.2 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的形貌、结构及表面化学组成分析
2.3.3 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
2.3.4 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
2.3.5 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
2.4 本章小结
2.5 参考文献
第三章 竹笋状FeVO4 钝化的ZnO NRs光阳极光电水氧化性能的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要化学试剂
3.2.2 ZnO NRs和 FVO/ZnO NRs光阳极的制备
3.2.3 FeVO4光阳极的制备
3.2.4 样品物性表征
3.2.4.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
3.2.4.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
3.2.4.3 样品的光学性能表征
3.2.5 .样品光电化学性能表征
3.2.5.1 仪器设备
3.2.5.2 测试条件及参数设置
3.3 结果与讨论
3.3.1 FVO/ZnO NRs光阳极的制备流程及形貌结构和物相分析
3.3.2 FVO/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
3.3.3 FVO/ZnO NRs光阳极的表面化学组成分析
3.3.4 FVO/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
3.3.5 FVO/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
3.4 本章小结
3.5 参考文献
第四章 钙钛矿和层状双氢氧化物包裹的ZnO NRs光阳极水氧化性能的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要化学试剂
4.2.2 钙钛矿型氧化物LaFeO3粉末样品的制备
4.2.3 ZnO NRs和 LFO/ZnO NRs光阳极的制备
4.2.4 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的制备
4.2.5 样品物性表征
4.2.5.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
4.2.5.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
4.2.5.3 样品的光学性能表征
4.2.6 样品光电化学性能表征
4.2.6.1 仪器设备
4.2.6.2 测试条件及参数设置
4.3 结果与讨论
4.3.1 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的制备流程和形貌结构
4.3.2 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的物相及化学组成分析
4.3.3 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
4.3.4 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
4.3.5 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
4.4 本章小结
4.5 参考文献
总结与展望
在学期间研究成果
致谢
本文编号：3755966
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 PEC水分解系统
1.2.1 PEC水分解系统的基本结构和工作原理
1.2.2 半导体/电解液界面能带弯曲
1.2.3 半导体电极中电荷转移行为
1.3 PEC水分解系统的主要性能参数
1.4 几种常见的光电极材料的发展研究
1.4.1 常见的光阴极材料
1.4.2 常见的光阳极材料
1.5 ZnO半导体材料
1.5.1 ZnO的基本结构性质和相关用途
1.5.2 改善ZnO光阳极PEC性能的常见方法
1.6 本论文选题意义和研究内容
1.7 参考文献
第二章 p-n型异质结和氧空位修饰的ZnO NRs光阳极光电水氧化性能的研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要化学试剂
2.2.2 ZnO纳米棒(NRs)阵列光阳极的制备
2.2.3 CoOx/ZnO NRs光阳极的制备
2.2.4 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的制备
2.2.5 CoOx光阳极的制备
2.2.6 样品物性表征
2.2.6.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
2.2.6.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
2.2.6.3 样品的光学性能表征
2.2.7 样品光电化学性能表征
2.2.7.1 仪器设备
2.2.7.2 测试条件及参数设置
2.3 结果与讨论
2.3.1 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的制备流程
2.3.2 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的形貌、结构及表面化学组成分析
2.3.3 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
2.3.4 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
2.3.5 Ov-CoOx/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
2.4 本章小结
2.5 参考文献
第三章 竹笋状FeVO4 钝化的ZnO NRs光阳极光电水氧化性能的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要化学试剂
3.2.2 ZnO NRs和 FVO/ZnO NRs光阳极的制备
3.2.3 FeVO4光阳极的制备
3.2.4 样品物性表征
3.2.4.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
3.2.4.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
3.2.4.3 样品的光学性能表征
3.2.5 .样品光电化学性能表征
3.2.5.1 仪器设备
3.2.5.2 测试条件及参数设置
3.3 结果与讨论
3.3.1 FVO/ZnO NRs光阳极的制备流程及形貌结构和物相分析
3.3.2 FVO/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
3.3.3 FVO/ZnO NRs光阳极的表面化学组成分析
3.3.4 FVO/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
3.3.5 FVO/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
3.4 本章小结
3.5 参考文献
第四章 钙钛矿和层状双氢氧化物包裹的ZnO NRs光阳极水氧化性能的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要化学试剂
4.2.2 钙钛矿型氧化物LaFeO3粉末样品的制备
4.2.3 ZnO NRs和 LFO/ZnO NRs光阳极的制备
4.2.4 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的制备
4.2.5 样品物性表征
4.2.5.1 样品表面微观形貌和元素分布分析
4.2.5.2 样品的晶体结构和表面化学组成分析
4.2.5.3 样品的光学性能表征
4.2.6 样品光电化学性能表征
4.2.6.1 仪器设备
4.2.6.2 测试条件及参数设置
4.3 结果与讨论
4.3.1 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的制备流程和形貌结构
4.3.2 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的物相及化学组成分析
4.3.3 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的光学性能表征
4.3.4 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的光电化学性能测试
4.3.5 LDH/LFO/ZnO NRs光阳极的PEC活性来源分析
4.4 本章小结
4.5 参考文献
总结与展望
在学期间研究成果
致谢
本文编号：3755966
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