日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境污染問題使開發(fā)可再生的清潔能源迫在眉睫。太陽(yáng)能和氫能是兩種廣受關(guān)注的新能源,通過光催化技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能受到了研究者的高度關(guān)注。其中,高效、穩(wěn)定的催化劑的設(shè)計(jì)和組裝是研究的重點(diǎn)。由于過渡金屬氧化物的價(jià)態(tài)可調(diào)、結(jié)構(gòu)豐富及價(jià)格低廉等優(yōu)異特性,被認(rèn)為是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體光催化劑。本論文基于具有一定光催化活性的氧化亞銅和氧化鋅,以卟啉和金屬有機(jī)框架（MOFs）作為光吸收天線,通過非共價(jià)相互作用構(gòu)建了一系列金屬氧化物/卟啉和金屬氧化物/MOFs納米組裝體,并進(jìn)一步研究了組裝體的組裝機(jī)制、光催化析氫活性及光生電子轉(zhuǎn)移機(jī)理,其主要研究?jī)?nèi)容如下:以立方相氧化亞銅為電子受體和活性中心,5,10,15,20-四（4-磺酰基苯基）卟啉（TSPP）為光捕獲天線和電子供體,構(gòu)建了TSPP/Cu2O異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米光催化劑。通過紫外可見光譜、紅外光譜、理論計(jì)算等手段詳細(xì)研究了其組裝機(jī)理。結(jié)果表明,TSPP通過雙重相互作用錨定在立方相Cu2O上,這不但能提高TSPP與Cu2O之間的相互作用,也能有效抑制Cu2O的氧化和TSPP分子之間的聚集。此外,進(jìn)一步對(duì)比研究了多種相關(guān)材料的光催化析氫性... 

【文章來(lái)源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體光催化析氫機(jī)理示意圖[17]

饕?逑衷詮獯呋?戀哪艽?位置、晶體結(jié)構(gòu)、形貌尺寸等幾個(gè)方面。因此，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的針對(duì)光催化劑的改性也主要圍繞這幾個(gè)影響因素展開。1.2.3.1能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控光催化劑參與催化反應(yīng)最重要的一步就是吸收太陽(yáng)光并被激發(fā)，但是只有當(dāng)半導(dǎo)體光催化劑被合適能量的光源(hν≥Eg)照射時(shí)，半導(dǎo)體才能被激發(fā)從而產(chǎn)生光生電子。如果半導(dǎo)體的帶隙較寬，就會(huì)使得吸收的光集中在紫外光區(qū)域，導(dǎo)致對(duì)光的利用率過低。半導(dǎo)體的能帶位置直接決定了其發(fā)生氧化還原反應(yīng)的能力，因此目前眾多研究者希望通過改變其能帶結(jié)構(gòu)來(lái)提高對(duì)可見光的響應(yīng)(圖1.2)。圖1.2三種優(yōu)化光催化劑能帶結(jié)構(gòu)以提高其光響應(yīng)的示意圖[36]。Fig.1.2Schematicdiagramofthreeoptimizedphotocatalystbandstructurestoimprovetheirlightresponse[36].

ZIFs克服了一般MOFs材料水熱穩(wěn)定性差的問題，這為其廣闊的應(yīng)用前景提供了獨(dú)特的可能性。2006年，Yaghi課題組[66]首次合成了幾種不同結(jié)構(gòu)的ZIFs，其孔徑范圍為0.7-13.1，是用于氣體存儲(chǔ)和分離的理想材料。自此，大量的ZIFs拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被爭(zhēng)先報(bào)道，而ZIF-8是其中被研究最廣泛的ZIFs物種之一。ZIFs的框架中含有規(guī)則的孔和通道，能允許客體分子進(jìn)入并可以在分子水平識(shí)別物種[67]。除此之外，ZIFs的骨架在改性方面也具有極大的靈活性，有時(shí)甚至允許合理設(shè)計(jì)其表面性質(zhì)。因此，ZIFs在實(shí)際應(yīng)用中要比其他類型的MOFs更有優(yōu)勢(shì)。圖1.4MOFs與不同功能材料復(fù)合的示意圖[70]。Fig.1.4SchematicdiagramofcompositeMOFswithdifferentfunctionalmaterials[70].與MOFs材料一樣，ZIFs也可視為半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)帶由金屬中心外層空軌道組成，而價(jià)帶則由與之橋聯(lián)的有機(jī)分子的外層軌道組成[68]。與傳統(tǒng)催化劑相比，ZIFs具有較高的孔隙率和比表面積，這在催化過程中能促進(jìn)對(duì)入射光的吸收，同時(shí)可以提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。不過，具有光催化活性的MOFs帶隙通常較寬，且在水溶液中的穩(wěn)定性較差，限制了其作為光催化劑的應(yīng)用[69]。此時(shí)，若將MOFs與其它活性材料(如氧化物、金屬顆粒、聚合物等，如圖1.4所示)進(jìn)行復(fù)合，MOFs材料結(jié)構(gòu)可控的優(yōu)勢(shì)就得到發(fā)揮，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Mn摻雜Cu2O微粒的制備及其光催化性能研究[J]. 劉宗斌,余曉皎,張健,余中,劉廣鈞,趙寧寧,姚秉華.  應(yīng)用化工. 2020(07)
[2]AgI負(fù)載納米介孔TiO2的制備及其光降解性能[J]. 高瑞,侯萬(wàn)國(guó).  青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020(02)
[3]淺談金屬氧化物氣敏傳感材料的改性[J]. 吳進(jìn),王雪晴.  科技與創(chuàng)新. 2020(05)
[4]氫安全研究現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J]. 鄭津洋,劉自亮,花爭(zhēng)立,顧超華,王賡,陳霖新,張一葦,朱盛依,韓武林.  安全與環(huán)境學(xué)報(bào). 2020(01)
[5]Cu摻雜的金紅石相金屬氧化物半導(dǎo)體吸附HCl氣體的光催化性能研究[J]. 陳楊.  工程技術(shù)研究. 2020(03)
[6]敏化氮化碳的制備及其光催化性能[J]. 王帥,常薇,李云鋒,尚嘉鈺.  西安工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[7]Cu,O共摻雜AlN晶體電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)研究[J]. 程麗,王德興,張楊,蘇麗萍,陳淑妍,王曉峰,孫鵬,易重桂.  物理學(xué)報(bào). 2018(04)
[8]能源利用現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 唐群.  四川水泥. 2015(01)



本文編號(hào)：3604054