新能源的開發(fā)與利用是有效應(yīng)對當(dāng)前環(huán)境污染和能源危機(jī)的關(guān)鍵。通過選擇合適的材料體系來實(shí)現(xiàn)太陽能的高效轉(zhuǎn)換、存儲以及利用其促進(jìn)光/電化學(xué)反應(yīng)對徹底解決能源和環(huán)境問題有重要的意義。本論文以鈦基材料為基礎(chǔ),重點(diǎn)研究了柔性碳布負(fù)載的鈦基多級結(jié)構(gòu)在可見光降解污染物、光電化學(xué)分解水制氫以及鋰離子電池能源存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用,主要包括:(1)通過水熱合成過程結(jié)合化學(xué)氣相沉積的方法制備了柔性碳布襯底負(fù)載、金納米顆粒修飾的TiO₂納米棒陣列多級結(jié)構(gòu)(Au-TiO₂ NRAs),并詳細(xì)研究了其在可見光下的光催化性能。Au-TiO₂ NRAs結(jié)構(gòu)的可見光催化降解污染物的能力比純的TiO₂ NRAs提高了13倍。此外,該體系也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在經(jīng)過連續(xù)60天的攪拌后,催化活性幾乎沒有衰減,可實(shí)現(xiàn)100%的循環(huán)重復(fù)使用。結(jié)合FDTD理論模擬,我們系統(tǒng)研究了該復(fù)合體系可見光光催化性能提升的主要機(jī)制。其中,Au納米顆粒在可見光區(qū)強(qiáng)的LSPR吸收產(chǎn)生熱電子,隨后熱電子越過Au/TiO₂界面處的肖特基勢壘轉(zhuǎn)移到...

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1人類社會面臨的十大問題

油、煤炭和天然氣等化石燃料耗盡之時(shí)，基本上能夠（除部分可控核能外）完全占據(jù)整個(gè)能源市場，成為推動全球經(jīng)濟(jì)和人類社會穩(wěn)步發(fā)展的決定性力量。圖1.1人類社會面臨的十大問題然而，在可再生清潔能源完全替代化石燃料之前，人類社會目前已經(jīng)面臨著

圖1.2全球已探明原油總量及分布(截止2016年)

占比例不到3%（不到500億桶）�？梢姡蚴唾Y源的分布呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異，同時(shí)這種極不平衡的分布對地區(qū)穩(wěn)定和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有著重大影響。圖1.2全球已探明原油總量及分布(截止2016年)此外，石油資源的消耗也呈現(xiàn)出區(qū)域不均衡的特點(diǎn),盡管全球石油的消耗總量整體呈逐年....

圖1.3太陽能光解水制氫示意圖

博士學(xué)位論文5圖1.3太陽能光解水制氫示意圖[33]由于電子的還原性和空穴的氧化性，在工作電極和對電極表面發(fā)生水的氧化和還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣和氫氣。具體的反應(yīng)過程可簡單用以下化學(xué)反應(yīng)式表示：光激發(fā)電子空穴對：TiO2+hν→e+h+(1.1)陰極還原反應(yīng)：2H+(a....

圖1.4TiO2納米材料光催化污染物降解過程中電子-空穴對的產(chǎn)生和遷移機(jī)制示意圖

TiO2納米材料光催化污染物降解過程中電子-空穴對的產(chǎn)生和遷移機(jī)制于成功遷移到TiO2催化劑表面的電子和空穴而言，由于空穴具有氧取半導(dǎo)體表面被吸附物質(zhì)或溶劑中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)。同時(shí)，電子受體通過接受表面的電子而被還原。在液相反應(yīng)過程中去電子的主要是水分子（H2O）....

本文編號：3968173