按照目前的能源消耗速率,地球上的不可再生能源僅能維持人類(lèi)的發(fā)展至本世紀(jì)末。太陽(yáng)能對(duì)于人類(lèi)而言是取之不竭的能量來(lái)源,而氫能既提供能量又不產(chǎn)生溫室氣體,是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的首選能源。光電化學(xué)分解水提供一種直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能的途徑。在光電化學(xué)分解水系統(tǒng)中,光陽(yáng)極是其中最關(guān)鍵的部件之一。(氧)氮化物是一類(lèi)合適的光陽(yáng)極材料,其中LaTaON2的太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)化效率理論上達(dá)到18.5%,對(duì)應(yīng)于15 mA cm-2的光電流極限值,而其首次報(bào)道值僅有0.15 mA cm-2,可能存在嚴(yán)重的載流子復(fù)合因素,具有極大的提升空間。本論文致力于提高LaTaON2顆粒膜電極的光電流,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,揭示了影響LaTaON2顆粒膜電極光電流受限制的原因：固態(tài)界面密度增加了光生載流子的傳輸電阻,水氧化的慢動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)一步制約光電流的提升。針對(duì)限制因素,通過(guò)降低固態(tài)界面密度以及增大固液界面的面積和對(duì)表面擔(dān)載的產(chǎn)氧電催化劑進(jìn)行后續(xù)的氣氛熱處理,大幅度提高了LaTaON2顆粒膜電極的光電流。主要研究?jī)?nèi)容如下：通過(guò)優(yōu)化的界面(晶粒-晶粒、顆粒-顆粒、顆粒-電解液)設(shè)計(jì)提高LaTaON2顆粒膜電極的光電流。通過(guò)改...

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)
    1.2 光電化學(xué)池的構(gòu)型和太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)化效率
    1.3 半導(dǎo)體-液相結(jié)與光電流特性曲線(xiàn)
    1.4 提高光電化學(xué)性能的策略
        1.4.1 材料
        1.4.2 載流子傳輸
        1.4.3 表面反應(yīng)
        1.4.4 液相反應(yīng)
    1.5 本文研究?jī)?nèi)容與思路
    參考文獻(xiàn)
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 主要化學(xué)試劑
    2.2 樣品粉末以及顆粒膜電極的制備裝置
        2.2.1 樣品粉末的制備
        2.2.2 顆粒膜電極的制備裝置
        2.2.3 表面產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載裝置
    2.3 樣品粉末以及顆粒膜電極的物性表征
        2.3.1 X射線(xiàn)粉末衍射(XRD)
        2.3.2 紫外-可見(jiàn)光漫反射吸收光譜(UV-vis)
        2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.5 X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)
    2.4 (光)電極的(光)電化學(xué)表征
        2.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試(I-V)
        2.4.2 Mott-Schottky測(cè)試
        2.4.3 穩(wěn)定性測(cè)試(恒電位法,I-t)
        2.4.4 外量子效率測(cè)試
        2.4.5 法拉第測(cè)試
    參考文獻(xiàn)
第三章 提高LaTaON₂的光電流：界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 LaTaON₂樣品粉末的制備
        3.2.2 LaTaON₂顆粒膜電極的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 LaTaON₂樣品粉末的物性表征
        3.3.2 LaTaON₂顆粒膜電極的(光)電化學(xué)表征
        3.3.3 LaTaON₂樣品(顆粒膜電極、粉末)的微結(jié)構(gòu)表征
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 提高LaTaON₂的光電流：表面CoO_x產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載以及優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 CoO_x產(chǎn)氧電催化劑的擔(dān)載以及后續(xù)的氣氛熱處理
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 CoO_x產(chǎn)氧電催化劑以及CoO_x擔(dān)載的LaTaON₂顆粒膜電極的光電化學(xué)表征
        4.3.2 CoO_x修飾的LaTaON₂顆粒膜電極的微觀(guān)形貌表征
        4.3.3 顆粒膜電極表面的LaTaON₂顆粒的高分辨電鏡圖
        4.3.4 顆粒膜電極的PCE以及穩(wěn)定性表征
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 光電化學(xué)的未來(lái)展望
攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果
致謝
附錄A



本文編號(hào)：3881489