半導體光催化技術,因其利用太陽能實現(xiàn)對有機污染物的降解以及H2、CH4等化學能源的制備,成為解決能源危機及環(huán)境污染最有潛力的新技術之一。其中,構筑半導體異質結構,對于改善載流子傳輸、提升光催化效率具有至關重要的作用。目前,研究較多的光催化半導體異質結類型包括Ⅱ型和Z型兩種。其中,Z型半導體異質結,因其在光催化過程中電子富集在還原能力更高的導帶,空穴富集在氧化能力更高的價帶,充分發(fā)掘了半導體的氧化還原能力,而備受人們關注。目前,針對于g-C3N4/β-Bi2O3異質結的探索,多數(shù)集中于光催化性能的提升和改善,而對于Ⅱ型和Z型異質結的形成轉化機理以及其與光催化性能之間的關系,還尚不明確。本文擬以g-C3N4/β-Bi2O3異質結為研究對象,通過在g-C3N4、β-Bi2O3半導體中引入缺陷,探究缺陷對半導體能帶結構及異質結類型的影響規(guī)律,進而達到異質結光催化性能的最優(yōu)化,實現(xiàn)Z型異質結的可控制備。采用第一性原理計算方法,從理論上闡明氧空位的引入能夠在β-Bi2O3價帶頂引入受主缺陷能級,降低β-Bi2O3的帶隙,并且,在一定濃度范圍內,隨氧空位濃度的增加,帶隙的變化值越大。通過實驗方法,控... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 半導體光催化技術
        1.2.1 半導體光催化原理
        1.2.2 面臨的主要問題
        1.2.3 半導體異質結構
    1.3 g-C_3N_4的研究進展
        1.3.1 g-C_3N_4的結構
        1.3.2 g-C_3N_4的性質
        1.3.3 g-C_3N_4的性能優(yōu)化
    1.4 β-Bi_2O_3的研究進展
        1.4.1 形貌調控
        1.4.2 缺陷調控
        1.4.3 異質結構筑
    1.5 密度泛函理論
        1.5.1 Hohenberg-Kohn定理
        1.5.2 Kohn-Sham方法
        1.5.3 交換能量泛函
        1.5.4 Castep軟件包簡介
    1.6 本文研究內容
第2章 實驗及計算方法
    2.1 實驗部分
        2.1.1 實驗材料及設備
        2.1.2 氧缺乏β-Bi_2O_(3-x)的制備
        2.1.3 氮缺乏g-C_3N_(4-y)的制備
        2.1.4 g-C_3N_4/β-Bi_2O_(3-x)異質結的制備
    2.2 分析表征方法
        2.2.1 X射線衍射分析
        2.2.2 場發(fā)射掃描電子顯微分析
        2.2.3 紫外-可見分光光度計分析
        2.2.4 紫外-可見漫反射吸收光譜分析
    2.3 光催化性能測試
    2.4 計算方法與參數(shù)
        2.4.1 β-Bi_2O_3結構的計算方法與參數(shù)
        2.4.2 g-C_3N_4結構的計算方法與參數(shù)
        2.4.3 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結構的計算方法與參數(shù)
第3章 氧缺乏β-Bi_2O_(3-x)的第一性原理計算及光催化性能
    3.1 引言
    3.2 第一性原理計算
        3.2.1 β-Bi_2O_3的幾何結構
        3.2.2 氧缺乏β-Bi_2O_(3-x)的晶體結構與穩(wěn)定性
        3.2.3 氧缺乏β-Bi_2O_(3-x)的能帶結構及態(tài)密度
    3.3 物相與形貌表征
    3.4 光催化性能分析
    3.5 本章小結
第4章 氮缺乏g-C_3N_(4-y)的第一性原理計算及光催化性能
    4.1 引言
    4.2 第一性原理計算
        4.2.1 g-C_3N_4的幾何結構
        4.2.2 氮缺乏g-C_3N_(4-y)的結構與穩(wěn)定性
        4.2.3 氮缺乏g-C_3N_(4-y)結構的能帶結構及態(tài)密度
        4.2.4 氮缺乏g-C_3N_(4-y)結構的功函數(shù)
        4.2.5 氮缺乏g-C_3N_(4-y)結構的光學性質
    4.3 物相與形貌表征
    4.4 光催化性能分析
    4.5 本章小結
第5章 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結的第一性原理計算及光催化性能
    5.1 引言
    5.2 第一性原理計算
        5.2.1 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結模型的構建
        5.2.2 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結的能帶結構及態(tài)密度
        5.2.3 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結的光催化機理
        5.2.4 g-C_3N_4/β-Bi_2O_3異質結Ⅱ型與Z型的轉換理論分析
    5.3 物相與形貌表征
    5.4 光催化性能分析
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Enhancing visible-light photocatalytic activity of α-Bi2O3 via non-metal N and S doping[J]. 尚軍,高遠,郝維昌,井溪,信會菊,王亮,馮海鳳,王天民.  Chinese Physics B. 2014(03)

博士論文
[1]g-C3N4的吸附和光催化活性：第一性原理計算和實驗研究[D]. 朱必成.武漢理工大學 2018

碩士論文
[1]Bi2O3和Bi2O2CO3第一性原理模擬與光催化活性研究[D]. 曹琨.西南石油大學 2016



本文編號：3427919