由于社會和經(jīng)濟的發(fā)展,人們越來越關(guān)注太陽能利用的問題。其中,利用貴金屬納米材料獨特的局域表面等離子體共振效應(yīng)提高半導體材料的光吸收和光催化效率已經(jīng)成為一個研究熱點。在本文中,我們基于時域有限差分法搭建了較為完善的金納米或銀納米顆粒與半導體催化劑的復合模擬模型,用以計算貴金屬納米顆粒形狀、尺寸、介電常數(shù)、周期和間隔距離等參數(shù)對復合材料催化性能的影響,為半導體材料效率的計算提供依據(jù)。在貴金屬納米顆粒與二氧化鈦薄膜的復合結(jié)構(gòu)中,合理設(shè)置各項幾何參數(shù),能夠極大地提高太陽能的利用效率。我們在計算中發(fā)現(xiàn),Ag納米顆�？梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣叨趸伇∧さ墓馕招�,但是Au納米顆粒會使其周圍二氧化鈦薄膜的吸收效率降低。復合統(tǒng)中,采用間隔距離D為6nm-8nm,周期P為360nm,且邊長L為120nm的立方型Ag納米顆粒所修飾的二氧化鈦催化劑的催化效率最高。為了進一步對Ag/TiO₂的復合結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,提高復合材料的催化效率,我們將表面內(nèi)凹的Ag納米顆粒代替立方型和球型Ag納米顆粒加入到復合系統(tǒng)中。計算發(fā)現(xiàn),表面內(nèi)凹的顆粒具有更高的消光效率,更容易引發(fā)“hot-spot”現(xiàn)象,并在... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?ＰＮ結(jié)示意圖??

引了環(huán)境、材料和化學等領(lǐng)域的學者的關(guān)注。光催化技術(shù)的核心是催化劑，因此??研發(fā)高效率的光催化材料是能源領(lǐng)域的研究熱點。半導體材料得益于特殊的能帶??結(jié)構(gòu)，是理想的催化劑選擇。如圖１．２所示，價帶頂中的電子（ｅ－）在受到能量??大于禁帶寬度的入射光激發(fā)時，就會產(chǎn)生帶間躍遷，電子（ｅ＿）從價帶激發(fā)躍遷??到導帶，并在價帶上留下相對應(yīng)的空穴（ｈ＋）。電子（Ｆ）和空穴（／１＋）在電場??力的作用下或者以自由擴散的方式運動遷移。如果沒有俘獲劑，“電子－空穴”對??就會迅速復合，如果有合適的俘獲劑來俘獲電子或空穴，復合就會被抑制，當遷??移到半導體表面時就會參與發(fā)生氧化還原反應(yīng)。??以二氧化鈦催化劑為例，銳鈦礦相的二氧化鈦的禁帶寬度Ｅｇ＝３．２ｅＶ，根據(jù)半??導體的光吸收閾值Ａｇ與禁帶寬度Ｅｇ的關(guān)系式為：??Ａｇ（ｎｍ）?＝?１２４０／Ｅｇ（ｅＶ）?（１．１）??波長小于３８７．５ｎｍ的入射光照射到銳鈦礦相的二氧化鈦上時，價帶中的電子??（ｅ＿）就會吸收光子的能量并躍遷到導帶，形成“電子－空穴”對，其中光生電子??具有還原性

初始時我們設(shè)置ｎ?＝?１，即取初值Ｅ１和Ｈ１／２，先通過求／／ｎ＋Ｖ２，再由／／ｎ＋１／２??求Ｅｎ＋１，反復迭代可以求得任意時刻的各點的電磁場。??需要注意的是，在蛙跳式求解的過程中為了保證計算的準確性和穩(wěn)定性，Ａｔ??和Ａｘ，ＡＭＭｚ之間需要滿足以下關(guān)系：??Ｍ?＼松）《）２?（１．４９）??其中，為電磁波的相速度［３４，３５］。??１．５本文的主要研究工作??使用解析法求解復雜電磁問題難度較大，而數(shù)值法可以很好地解決此問題。??在本文中我們主要采用時域有限差分法對貴金屬納米顆粒與半導體催化劑之間??復雜相互作用的機制和原理進行研宄和分析，同時探討研宄如何提高現(xiàn)有催化劑??１０??


本文編號：3444464