能源短缺和化學(xué)污染是當(dāng)今全球快速發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)。氫能被認(rèn)為是一種理想的新能源,具有燃燒熱值高、資源豐富、清潔無污染、減輕燃料自重等系列優(yōu)點(diǎn)。在眾多技術(shù)中,半導(dǎo)體光催化分解水產(chǎn)氫被認(rèn)為是解決目前全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的最具發(fā)展前景的技術(shù)手段之一。碳化硅（SiC）是第三代半導(dǎo)體的重要材料之一,具有突出的穩(wěn)定性和耐光腐蝕性。雖然當(dāng)前SiC光催化研究已取得了一些進(jìn)展,但依然面臨如下主要的困難和挑戰(zhàn):i)比表面積偏低;ii)表面吸附性差;iii)產(chǎn)氫活性效率偏低。本論文針對上述問題,開展相關(guān)研究工作,首先通過工藝的探索和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了介孔中空SiC納米纖維光催化劑材料的制備及其結(jié)構(gòu)調(diào)控,然后在其表面原位生長石墨烯和負(fù)載CdS,在提高其比表面積的同時,強(qiáng)化其光生載流子分離與轉(zhuǎn)移,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其可見光催化產(chǎn)氫性能的強(qiáng)化。所取得的主要研究成果如下:以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚氮硅烷（PSN）為原料,采用靜電紡絲和高溫?zé)峤?實(shí)現(xiàn)了介孔中空SiC納米纖維的制備及其結(jié)構(gòu)調(diào)控。研究結(jié)果表明,原料中PVP和PSN的質(zhì)量濃度是影響SiC介孔中空納米纖維制備的關(guān)鍵參數(shù)之一。其可見光最佳產(chǎn)氫速率為7.67 μmol ... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１半導(dǎo)體光催化反應(yīng)示意圖??

但僅有很少部分的半導(dǎo)體能夠完成步驟（３）水的分解反應(yīng)。這是因?yàn)樗??的分解不僅取決于半導(dǎo)體催化劑是否具有合適的禁帶寬度，還取決于是否達(dá)??到電化學(xué)方面的要求，如圖２－２中列舉了一些半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)，并且??與氫和氧的電極電勢相對比（需要說明的是，氫和氧電極電勢的數(shù)值與溶液??的ｐＨ值直接相關(guān)）。其中只有導(dǎo)帶底的位置高于（或負(fù)于）氫的電極電勢的??半導(dǎo)體所產(chǎn)生的光生電子才具有充足的能力還原Ｈ２？產(chǎn)生Ｈ２；半導(dǎo)體價帶??頂?shù)奈恢玫陀冢ɑ蛘冢┭醯碾姌O電勢，所生成的光生空穴才具備將Ｈ２０氧??化生０２的能力；簡略地歸納，半導(dǎo)體光催化劑的導(dǎo)帶底位置必需要位于Ｈ＋／Ｈ２??電位（Ｅ＝０ＶｖｓＮＨＥ，?ｐＨ＝０）的上面，若導(dǎo)帶位置越高，其電位越負(fù)，則它??的還原能力就越強(qiáng)；產(chǎn)氧反應(yīng)則需要半導(dǎo)體的價帶電位處于氧的電極電位??〇２／Ｈ２０?（Ｅ＝１．２３ＶｖｓＮＨＥ，ｐＨ＝０）的下面，其電位越正，則其氧化能力就越??強(qiáng)。如果僅只滿足產(chǎn)氫的還原電位或者產(chǎn)氧的氧化電位之一，則需在有犧牲??劑的條件下才能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)氫或氧。??Ｅ?（Ｖ?ｖｓ．?ＮＨＥ）??４?＼??－２．０?－??？Ｉ?〇?？?ｒ■■■＂＇＂＂＂＂ｉ?ｆ．??ｎ?ｎ?＂Ｔ？?ｃ—ｉ???Ｈ７Ｈ２??ｗ

解電勢１．２３?ｅＶ這一條件才有可能發(fā)生全分解水反應(yīng)，同時還要考慮到熱力??學(xué)因素及過電位等方面的影響，一般認(rèn)為半導(dǎo)體的帶隙應(yīng)在２ｅＶ以上［２］，其??對應(yīng)的光吸收范圍則在６００ｎｍ以下。從太陽光譜圖（圖２－３）可知，紫外光??占約４％，可見光占約４６％，紅外光占約５０％。根據(jù)上述半導(dǎo)體光催化解水??氫的需求可知，太陽光譜中占比最大的紅外光不能用于光解水，因此如何高??效開發(fā)可見光這部分能量是半導(dǎo)體光催化解水實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題。??紫外線可ａ光?近紅外線??１．６?．．．．．．．．．．．．．．．．．．?■??‘壓?Ｉｋ?－??１：：?Ｉ?ｎ??ｇ〇４?｜?Ｉ?ｉｆｖ?｜?太?＿?麥全鴦譜?＿??＝ｉ?■亂?’?ｆ?＼ｊＴ＾＼??２５０?５００?７５０?１０００?１２５０?１５００?１７５０?２０００?２２５０?２５００??波長［ｎｍ］??圖２－３太陽光譜圖??２．２半導(dǎo)體光催化材料的開發(fā)??２．２．１無機(jī)化合物半導(dǎo)體??自從１９７２年開創(chuàng)性地通過半導(dǎo)體光催化實(shí)現(xiàn)水分解到現(xiàn)在以來�？蒲腥�??員從元素周期表出發(fā)，數(shù)百種可以用做光催化的材料被挖掘出來，其中無機(jī)??化合物半導(dǎo)體是最主要的光催化材料，如氮化物、金屬氧化物、硫化物、磷??化物以及他們的復(fù)合物等。在己知的可以應(yīng)用于光催化過程的無機(jī)半導(dǎo)體材??料的元素組成擁有以下特征：通過擁有ｄＱ或ｄ１（）電子結(jié)構(gòu)的金屬元素與一些??非金屬元素組成半導(dǎo)體的基本晶體結(jié)構(gòu)，并決定其能帶結(jié)構(gòu)；一些堿金屬、??堿土金屬或鑭系元素也能夠介入上述半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的構(gòu)成

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]硼摻雜SiC的制備、表征及其可見光分解水產(chǎn)氫性能（英文）[J]. 董莉莉,王英勇,童希立,靳國強(qiáng),郭向云.  物理化學(xué)學(xué)報. 2014(01)



本文編號：3251878