化石燃料過度燃燒造成的污染及能源短缺問題已逐漸嚴(yán)重,人類急需尋找到一種綠色可再生的能源來取代不可再生的化石能源。氫能,被視為解決當(dāng)前能源危機(jī)、全球變暖問題的重要可再生能源。在眾多的制氫方法中,太陽能光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)一直被視為最理想的產(chǎn)氫方式。而光催化劑中,貴金屬Pt基材料因具有良好的性能,逐步被人們關(guān)注。但是,貴金屬材料的高價和稀有限制了它們的應(yīng)用。因此,人們不斷尋找可以代替貴金屬的材料。過渡金屬氮化物（TMNs）和Pt基金屬具有很高的相似性,TMNs的相關(guān)研究在催化領(lǐng)域一直備受關(guān)注。本文成功合成了過渡金屬氮化物Ni3FeN光催化劑,并將其應(yīng)用于染料敏化光催化分解水產(chǎn)氫反應(yīng)。設(shè)計制備Ni0.2Mo0.8N（Ni）三元氮化物,并將其負(fù)載到In2S3上,合成了 In2S3-Ni0.2Mo0.8N（Ni）復(fù)合材料,并將新材料應(yīng)用于光催化分解水產(chǎn)氫。探究了 Ni0.2Mo0.8N（Ni）中Ni0.2Mo0.8N、Ni對復(fù)合材料光催化性能的影響。具體研究工作如下:（1）氧化-快速氮化法制備Ni3FeN,測試其染料敏化光催化析氫性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,多孔三元Ni3FeN納米立方體具備相對較好的析... 

【文章來源】：遼寧師范大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體光催化分解水析氫機(jī)理示意圖[7]

遼寧師范大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-產(chǎn)氫助催化劑、電子犧牲劑（即電子給體）[9,10]。染料敏化光催化分解水析氫反應(yīng)原理有以下幾個基本過程，如圖1.2所示[11]：首先，染料分子被光激發(fā)后，光生電子迅速從最高占據(jù)分子軌道（HOMO）躍遷到最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）；然后，光生電子從染料的LUMO注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶位置；之后，導(dǎo)帶電子遷移到半導(dǎo)體表面，還原水產(chǎn)生氫氣；最后，利用犧牲劑，使氧化態(tài)的染料分子獲取到電子返回到基態(tài)，實(shí)現(xiàn)染料分子的再生循環(huán)。圖1.2染料敏化半導(dǎo)體材料光催化分解水析氫原理[11]。Fig.1.2Mechanismofphotocatalyticreactionondye-sensitizedsemiconductor.除了上述反應(yīng)外，染料敏化光解水制氫的過程中還伴有某些副反應(yīng)。比如：染料分子被光激發(fā)后，光生電子沒有傳遞給半導(dǎo)體，而是快速回到基態(tài)進(jìn)行自身復(fù)合；除此，注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶位置的電子還可以與氧化態(tài)的染料分子進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)而降低光解水制氫效率；犧牲劑降解產(chǎn)物的富集也在一定程度上影響了光解水制氫的性能。因此，為了提高染料敏化光解水制氫的效率，在染料分子、敏化基質(zhì)、產(chǎn)氫助催化劑、電子犧牲劑的選擇上應(yīng)有所要求。（1）染料：染料敏化的本質(zhì)是太陽能、化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。而染料可以收集能量，為此，染料的選擇對于反應(yīng)本身而言十分重要，應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：寬的光譜吸收范圍，以便更加充分地利用太陽光；含有-OH等官能團(tuán)，能夠較牢固地與半導(dǎo)體表面結(jié)合；具有有利于能量傳遞的匹配能級；較好的光、熱穩(wěn)定性。滿足以上要求的敏化劑主要包括金屬有機(jī)配合物染料和不含金屬的有機(jī)染料[10]。其中，不含金屬的有機(jī)染料因?yàn)槌杀镜�、種類多而備受關(guān)注，主要有曙紅（EY）、熒光素（FL）、羅丹明B（RhB）等[9,12]。（2）敏化基質(zhì)：為了更好的將光生電子從染料的LUMO注

新型三元金屬氮化物的制備及光解水制氫性能-6-1.4影響光催化劑制氫性能的因素1.4.1能帶位置雖然半導(dǎo)體催化劑的種類繁多，但并不是所有材料都可以應(yīng)用于光催化產(chǎn)氫。從理論上來說，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶位置決定了光生電子的還原能力，位置越高，表明還原能力越強(qiáng)。因此，還原電勢在導(dǎo)帶位置以下的材料才能夠被還原；與之相反，價帶位置則決定了光生空穴的氧化能力，價帶位置越低，表明光生空穴的氧化能力越強(qiáng)。圖1.3是部分常見半導(dǎo)體的禁帶寬度（Eg）、導(dǎo)帶（ECB）和價帶（EVB）的位置以及H2和H2O的氧化還原電勢[30]。在選擇光解水產(chǎn)氫的光催化劑時需要符合，半導(dǎo)體的價帶位置要比O2/H2O的電位更正，導(dǎo)帶位置需要比H2/H2O的電位更負(fù)。并且為了更有效地利用太陽光能量，在選擇半導(dǎo)體光解水產(chǎn)氫的催化劑時，半導(dǎo)體的帶隙要盡可能的窄[31]。圖1.3部分常見半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶位置以及H2和H2O的氧化還原電勢[17]。Fig.1.3ConductionbandandvalencebandpositionofsomecommonsemiconductorsandredoxpotentialofH2andH2O.1.4.2光生電子-空穴的遷移與分離半導(dǎo)體光催化劑在光照過程中會產(chǎn)生光生電子-空穴，而光催化產(chǎn)氫正是利用此過程中產(chǎn)生的光生電子，使其與氫離子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生氫氣，但是，用于產(chǎn)氫的光生電子還可以與空穴進(jìn)行復(fù)合，這在很大程度上影響了光催化的活性。因此，延緩光生電子-空穴的復(fù)合，對于提高半導(dǎo)體光催化劑產(chǎn)氫活性來說至關(guān)重要，通�？刹捎玫姆椒ㄓ姓{(diào)控晶體結(jié)構(gòu)、粒徑尺寸等。煅燒溫度或?qū)嶒?yàn)條件的改變均可以導(dǎo)致同一材料顯示出不同的晶體結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)有很多報告說明了晶體結(jié)構(gòu)會對半導(dǎo)體光催化劑產(chǎn)氫活性產(chǎn)生影響。以CdS為例，其存

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本文編號：3062002